Guida alla Selezione dei Sensori
Metodi di rilevazione della temperatura
Ci sono due metodi per la rilevazione della temperatura:
- A contatto
- Non a contatto
La rilevazione a contatto mette il sensore fisicamente a contatto con una sostanza o un oggetto. Può essere usata con solidi, liquidi o gas. La rilevazione di temperatura non a contatto (a infrarossi) legge la temperatura intercettando una porzione della radiazione infrarossa emessa da un oggetto o una sostanza, e rilevandone l'intensità. La rilevazione non a contatto viene utilizzata per rilevare la temperatura di solidi e liquidi. Non può essere usata per i gas a causa della loro trasparenza.
Tipi di sensori di temperatura a contatto e confronti
I sensori a contatto, a parte i termometri a bulbo e tubo capillare e le giunzioni bimetalliche, usano segnali di tensione o valori di resistenza variabili.
Segnali di tensione
I sensori a termocoppia generano segnali in tensione. Le diverse combinazioni di metalli e leghe nei rami della termocoppia producono una determinata tensione a una determinata temperatura.
Valori di resistenza
I sensori di temperatura a resistenza (RTD) generano diversi valori di resistenza. Gli RTD come classe si dividono in due tipi:
- RTD a filamento resistivo
- Termistori (transistor termosensibili)
Gli RTD funzionano producendo una resistenza di valore prevedibile data la temperatura. Gli RTD a filamento resistivo (generalmente in platino) hanno un coefficiente positivo in quanto la loro resistenza aumenta all'aumentare della temperatura. I termistori generalmente sono a coefficiente negativo poiché la loro resistenza diminuisce all'aumentare della temperatura. Ciascuno di questi tre tipi di sensori a contatto (RTD, termocoppie e termistori) ha vantaggi e svantaggi secondo l'applicazione, il tempo di risposta desiderato e la precisione richiesta. Una presentazione dei vantaggi generali può aiutare a determinare il tipo di sensore a contatto più adatto.
Vantaggi delle termocoppie
- Temperature estremamente alte: le termocoppie in metalli nobili possono raggiungere temperature anche fino ai 1700°C (3100°F).
- Solidità: la semplicità fondamentale delle termocoppie permette di resistere ad urti e vibrazioni.
- Dimensioni ridotte / risposta rapida: le termocoppie con giunzioni esposte o a massa offrono risposta quasi immediata ai cambiamenti di temperatura.
Vantaggi degli RTD
- Ampio intervallo di temperatura: i sensori di platino Watlow coprono temperature da -200 a 650°C (da -328 a 1200°F).
- Ripetibilità e stabilità: gli RTD con resistenza in platino sono il primo strumento di interpolazione utilizzato dal National Bureau of Standards da -260 a 630°C (da -436 a 1135°F). Possono essere prodotti RTD di precisione con una stabilità di 0,0025°C per anno. I modelli industriali hanno una deriva tipica di meno di 0,1°C per anno.
- Uscita elevata: il calo di corrente attraverso un RTD offre un segnale molto più ampio della tensione di uscita di una termocoppia.
- Linearità: gli RTD con elementi in platino o rame seguono una curva più lineare rispetto alle termocoppie o alla maggior parte dei termistori
- Costo del cablaggio del sistema: a differenza delle termocoppie, un RTD usa normali fili di rame come prolunghe e non richiede nessuna compensazione delle giunzioni a freddo.
- Rilevamento ad area: le misurazioni su singoli punti, anche se a volte sono utili, possono determinare errori. Un elemento RTD può coprire un'ampia superficie, migliorando il controllo con la rilevazione di un valore medio dell'area, una tecnica poco fattibile con le termocoppie.
Vantaggi dei termistori
A causa delle notevoli differenze di prezzo e prestazioni tra i vari termistori, è difficile definire vantaggi e svantaggi generali, che possono non essere presenti. Vantaggi comuni comprendono:
- Basso costo dei sensori: la maggior parte dei termistori, nei formati di base, costano molto meno degli RTD. Se sono contenuti in guaine protettive, la differenza è molto minore.
- Alta resistenza: la resistenza di base può essere di diverse migliaia di Ohm. Ciò permette un maggiore cambiamento di segnale rispetto agli RTD a filamento resistivo con la stessa corrente di misura, andando ad annullare i problemi dovuti alla resistenza dei cavi di collegamento.
- Intercambiabilità: molti modelli recenti di termistori sono messi a punto su tolleranze molto strette su intervalli di temperatura limitati.
- Rilevazione puntuale: il bulbo di un termistore può essere delle dimensioni di una punta di spillo, permettendo una rilevazione puntuale.
Conclusioni sui sensori a contatto
- Le termocoppie sono la scelta più adatta per alte temperature, condizioni ambientali estreme o applicazioni che richiedano sensori di dimensione microscopica.
- Gli RTD sono la scelta migliore per la maggior parte delle misure industriali su un ampio intervallo di temperatura, specialmente quando la stabilità del sensore è essenziale per avere un buon controllo.
- I termistori sono la scelta migliore per le applicazioni a basso costo su intervalli di temperatura limitati.
Sensori non a contatto
Un sensore non a contatto (a infrarosso) intercetta e converte la radiazione infrarossa in un segnale di tensione. Tipicamente i sensori non a contatto usano una lente per concentrare l'energia infrarossa irradiata su una cellula termovoltaica. Il segnale in tensione prodotto dalla cellula termovoltaica viene inviato su un circuito elettronico per essere amplificato ed elaborato prima di essere ritrasmesso come segnale in tensione o corrente. I sensori di temperatura non a contatto in generale reagiscono e registrano (rispondono) più velocemente dei sensori di temperatura a contatto.
Vantaggi dei sensori di temperatura non a contatto
I motivi per cui si rende preferibile usare sensori non a contatto piuttosto che a contatto sono:
- Quando il contatto fisico con l'oggetto o la sostanza può danneggiare o contaminare il sensore
- Il processo o l'oggetto non è statico
- Un processo richiede una risposta più veloce che quella possibile con un sensore a contatto
- Può essere isolato da ambienti contaminati o esplosivi tramite una finestra
Raffronto tra sensori a contatto e non a contatto