Termoresistenze

Informazioni e specifiche sulle Termoresistenze

Termoresistenza

Definizione

La Termoresistenza (chiamata anche Termometro a Resistenza) è un sensore di temperatura (vedi anche la Termocoppia) che determina la temperatura a cui è sottoposto sfruttando il principio che la resistenza di un determinato metallo varia con il variare della temperatura.

   

Come funziona

La Termoresistenza lavora su una correlazione di base tra metalli e temperatura. Al variare della temperatura esse hanno una corrispondente variazione di resistenza derivato dall’elemento sensibile costituito da determinati metalli (solitamente Platino,Nichel)

Alimentando la Termoresistenza con una corrente costante e misurando la caduta di tensione del resistore è possibile calcolare la resistenza elettrica di un metallo e determinare la temperatura.

Allo stesso modo, all’aumentare della temperatura dell’elemento di resistenza (elemento sensibile), aumenta la resistenza elettrica, misurata in ohm (Ω). Gli elementi RTD sono generalmente identificati in base alla loro resistenza in ohm a zero gradi Celsius (0 C).

 

Tipi di Termoresistenza

Le tipologie di termoresistenze sono classificate con l’abbreviazione del materiale utilizzato per la loro costruzione seguito dal valore di resistenza nominale, espresso in Ohm, in riferimento alla temperatura di 0 °C (punto di fusione del ghiaccio), secondo la normativa di riferimento IEC 751 (EN 60751).

Normalmente i termometri a resistenza vengono identificati con la sigla del materiale utilizzato per la loro costruzione (Platino = Pt, Nichel = Ni ) seguito dalla loro resistenza nominale alla temperatura di 0°C (esempio Pt100). Il campo di utilizzo dei termometri a resistenza industriali è compreso tra -200 e +850°C come riportato nella normativa EN 60751. Nel caso del platino la relazione tra resistenza e temperatura viene descritta dall’equazione di Callendar-Van Dusen (EN 60751)

Pt100

La termoresistenza PT100 è la più comune: a 0 °C l’elemento sensibile assume una resistenza nominale di 100 Ω.

Pt500

a 0 °C l’elemento sensibile assume una resistenza nominale di 500 Ω.

Pt1000

a 0 °C l’elemento sensibile assume una resistenza nominale di 1000 Ω.

 

Materiali dell’elemento sensibile (resistenza)

I materiali più comuni utilizzati per la costruzione dell’elemento sensibile sono:

  • Platino (abbreviazione Pt), più popolare e accurato
  • Nichel (abbreviazione Ni)
 

Termoresistenza al Platino

È la più utilizzata in applicazioni industriali in quanto il platino ha una eccellente resistenza alla corrosione, un’ottima stabilità nel lungo periodo ed un ampio intervallo di temperature (-200 … +850 °C).

Lo standard EN 60751 prevede che le termoresistenze debbano avere un valore nominale a 0 °C. Come detto, i valori più utilizzati sono 100 ohm (Pt100), 500 ohm (Pt500), 1000 ohm (Pt1000)

Termoresistenza al Nichel

Vengono armonizzati dalla normativa DIN 43760, sono meno costosi a livello costruttivo dell’elemento in platino e meno dipendenti alla corrosione.

Tuttavia, il nichel è più soggetto ad usura nel tempo perdendo accuratezza a temperature elevate. Inoltre, il range di temperatura è più limitato (-80 … +260 °C).

Ad oggi lo scarso utilizzo nel settore industriale li rende più costosi dei comuni elementi in Platino.

 

Costruzione dell’elemento sensibile (resistenza)

L’elemento a resistenza solitamente è costruito in tre modi: a filo avvolto, a spirale o a film.

  • A filo avvolto: il filo di resistenza è avvolto attorno ad un nucleo non conduttivo, solitamente in materiale ceramico
  • A spirale: il filo di resistenza è arrotolato in bobine di piccole dimensioni, inserite in materiale ceramico e riempito con polvere non conduttiva
  • A film sottile: presenta un sottile strato di materiale resistivo depositato su un materiale ceramico. Il materiale resistivo viene protetto con un sottile strato di vetro. Sono più piccoli e solitamente prodotti in serie.
 

Configurazione a 2 fili, 3 fili e 4 fili

Una Termoresistenza può essere configurata con 2, 3, 4 fili di collegamento

La scelta della configurazione deve tenere conto di diversi fattori per un appropriato processo di misurazione della temperatura

La connessione a 2 fili (Pt100 2 fili) è la meno accurata in quanto non è possibile calcolare la resistenza del filo conduttore dalla misurazione del sensore. Vengono utilizzati principalmente in processi con fili di collegamento corti e dove non è richiesta una precisione accurata.

La costruzione a 3 fili (Pt100 3 fili) è ampiamente utilizzata nelle applicazioni industriali. Il terzo filo contribuisce a compensare la resistenza media del filo conduttore dalla misurazione del sensore. La termoresistenza a 3 fili è una valida alternativa ad una configurazione a 4 fili quando esistono lunghe distanze tra il sensore e lo strumento di misura/controllo.

La termoresistenza a 4 fili (Pt100 4 fili) viene utilizzata in processi dove è richiesta una elevata accuratezza nella misurazione della temperatura, come per esempio nei laboratori. Il circuito a 4 fili funziona con metodo volt-amperometrico, dove una coppia di fili è dedicata alla misura della tensione e la seconda coppia è dedicata alla generazione della corrente nota. Con questo metodo viene ricavata la resistenza ed inoltre il circuito permette di compensare eventuali differenze nelle resistenze dei cavi.

Tutti i termometri con classe di tolleranza superiore alla classe B devono avere una configurazione a 3 o a 4 fili, così da evitare l’errore introdotto dalla resistenza del conduttore a cui è collegato l’elemento sensibile. I termometri a resistenza possono essere realizzati con uno o due elementi sensibili e con configurazioni interne del filo di collegamento secondo la tabella seguente (EN 60751):

Termoresistenza configurazione 2, 3 e 4 fili
 

Le classi di Tolleranza

I valori di tolleranza dei termometri a resistenza termometrica sono classificati nella tabella seguente secondo la normativa EN 60751. Queste tolleranze si applicano ai termometri con qualunque valore di R0.

Classi di Tolleranza dei Termometri a Resistenza

Le classi speciali di tolleranza (ad esempio 1/3 DIN, 1/5 DIN …) sono costruite come multipli o frazioni dei valori della classe di tolleranza B. Una classe speciale di tolleranza deve essere accompagnata dall’intervallo di temperatura operativo in cui può lavorare.

Esempio per la definizione della classe di tolleranza 1/3 DIN e 1/10 DIN

1⁄3 DIN = ± 1⁄3 * (0.3 + 0.005*t) °C oppure 100.00 Ω ± 0.10 Ω a 0 °C

1⁄10 DIN = ± 1⁄10 * (0.3 + 0.005*t) °C oppure 100.00 Ω ± 0.03 Ω a 0 °C

 

Vantaggi

  • Buona Stabilità
  • Alta Accuratezza
  • Buona Linearità
  • Deriva Limitata
  • Buona intercambiabilità
  • Stabilità a lungo termine
  • Collegabili con comuni fili in rame

Svantaggi

  • Costose
  • Alimentazione necessaria
  • Bassa resistenza assoluta
  • Auto riscaldamento
  • Sensibile alle vibrazioni
       

Sonda temperatura a contatto e penetrazioneTermoresistenza
Pt100 a 2 fili
Range di lavoro da -40 °C a +250 °C
Classe di tolleranza B, IEC751
Isolamento semplice con pasta conduttiva in punta
Guaina in AISI316 con punta a spillo
Impugnatura in acciaio inox piegata a 90°
Cavo di estensione in Fibra di Vetro