Vantaggi e svantaggi dei diversi sensori di temperatura

In molti processi tecnologici, una delle grandezze fisiche più importanti è la temperatura. Nell'industria, i sensori di temperatura vengono utilizzati per la misurazione. Questi sensori convertono le informazioni sulla temperatura in un segnale elettrico, che viene poi elaborato e interpretato dall'elettronica e dall'automazione. Di conseguenza, il valore della temperatura viene semplicemente visualizzato sul display o serve come base per cambiare automaticamente la modalità operativa di una o di un'altra apparecchiatura.

In un modo o nell'altro, i sensori di temperatura sono indispensabili oggi, soprattutto nell'industria. Ed è importante scegliere il sensore giusto per il tuo scopo, comprendendo chiaramente le caratteristiche distintive dei diversi tipi di sensori di temperatura. Ne parleremo dopo.

Sensori diversi per scopi diversi

Tecnologicamente, i sensori di temperatura sono divisi in due grandi gruppi: a contatto e senza contatto. I sensori senza contatto utilizzano il principio della misurazione nel loro lavoro parametri infrarossiproveniente da una superficie lontana.

I sensori di contatto, invece, sul mercato più ampiamente, si differenziano per il fatto che il loro elemento sensore nel processo di misurazione della temperatura è a diretto contatto con la superficie o il mezzo di cui si vuole misurare la temperatura. Pertanto, sarà più opportuno esaminare in dettaglio i sensori di contatto, confrontarne i tipi, le caratteristiche, valutare i vantaggi e gli svantaggi dei diversi tipi di sensori di temperatura.

Quando si sceglie un sensore di temperatura, la prima cosa da fare è determinare come sarà necessario misurare la temperatura. Il sensore infrarosso sarà in grado di misurare la temperatura a distanza dalla superficie, quindi è di fondamentale importanza che tra il sensore e la superficie verso cui sarà diretto, l'atmosfera sia il più possibile trasparente e pulita, altrimenti la temperatura i dati saranno distorti ( guarda - Misurazione della temperatura senza contatto durante il funzionamento dell'apparecchiatura).

Il sensore a contatto ti permetterà di misurare direttamente la temperatura della superficie o dell'ambiente con cui è a contatto, quindi la pulizia dell'atmosfera circostante non è generalmente importante. Qui, il contatto diretto e di alta qualità tra il sensore e il materiale di prova è fondamentale.

Una sonda a contatto può essere prodotta utilizzando una delle diverse tecnologie: termistore, termoresistenza o termocoppia. Ogni tecnologia ha i suoi vantaggi e svantaggi.

Il termistore è molto sensibile, il suo prezzo è a metà tra termocoppie e termometri a resistenza, ma non differisce per accuratezza e linearità.

La termocoppia è più costosa, reagisce più velocemente alle variazioni di temperatura, le misurazioni saranno più lineari del termistore, ma la precisione e la sensibilità non sono elevate.

Il termometro a resistenza è il più preciso dei tre, è lineare ma meno sensibile, anche se costa meno della termocoppia nel prezzo.

Inoltre, nella scelta di un sensore, bisogna prestare attenzione al range di temperature misurate, per termocoppie e termoresistenze dipende dal materiale dell'elemento sensibile utilizzato. Quindi devi trovare un compromesso.

Termocoppia

Sensori di temperatura termocoppia lavoro grazie a Effetto Seebekov… Due fili di metalli diversi sono saldati a un'estremità: questa è la cosiddetta giunzione calda di una termocoppia, che è esposta alla temperatura misurata. Sul lato opposto dei fili, la temperatura delle loro estremità non cambia, in questo punto è collegato un voltmetro sensibile.

La tensione misurata da un voltmetro dipende dalla differenza di temperatura tra la giunzione calda e i fili collegati al voltmetro. Le termocoppie si differenziano per i metalli che formano le loro giunzioni calde, che determinano l'intervallo di temperature misurate per un particolare sensore a termocoppia.

Di seguito è riportata una tabella dei diversi tipi di sensori di questa varietà. Il tipo di sensore viene selezionato in base all'intervallo di temperatura richiesto e alla natura dell'ambiente.

I sensori di tipo E sono adatti per l'uso in ambienti ossidanti o inerti. Tipo J — per funzionamento in ambienti sottovuoto, inerti o riducenti. Tipo K — adatto per ambienti ossidanti o neutri. Tipo N: ha una durata maggiore rispetto al tipo K.

I sensori di tipo T sono resistenti alla corrosione, quindi possono essere utilizzati in ambienti umidi, ossidanti, riducenti, inerti e sotto vuoto. I tipi R (industriale) e S (laboratorio) — sono sensori per alte temperature che devono essere protetti da speciali isolanti ceramici o tubi non metallici. Il tipo B ha una temperatura ancora più alta rispetto ai tipi R e S.

I vantaggi dei sensori a termocoppia sono la stabilità dei loro parametri operativi alle alte temperature e la relativa velocità di risposta alle variazioni della temperatura della giunzione calda. I sensori di questo tipo sono presentati in un'ampia gamma di diametri disponibili. Hanno un prezzo basso.

Per quanto riguarda gli svantaggi, le termocoppie sono caratterizzate da una bassa precisione, hanno una tensione misurata estremamente bassa e inoltre questi sensori richiedono sempre circuiti di compensazione.

Termometri a resistenza

Termometro a resistenza o il sensore di temperatura del reostato è abbreviato in RTD. Funziona secondo il principio di modificare la resistenza del metallo a seconda del cambiamento della sua temperatura. Metalli utilizzati: platino (da -200°C a +600°C), nichel (da -60°C a +180°C), rame (da -190°C a +150°C), tungsteno (da -100°C ° C a +1400 ° C) — a seconda dell'intervallo di temperatura misurato richiesto.

Più spesso di altri metalli, il platino viene utilizzato nei termometri a resistenza, che offre un intervallo di temperatura abbastanza ampio e consente di scegliere sensori con sensibilità diverse. Quindi, il sensore Pt100 ha una resistenza di 100 Ohm a 0 °C, e il sensore Pt1000 ha 1kOhm alla stessa temperatura, cioè è più sensibile e permette di misurare la temperatura in modo più preciso.

Rispetto alla termocoppia, il termometro a resistenza ha una maggiore precisione, i suoi parametri sono più stabili e l'intervallo delle temperature misurate è più ampio. Tuttavia, la sensibilità è inferiore e il tempo di risposta è più lungo di quello delle termocoppie.

Termistori

Un altro tipo di sensori di temperatura a contatto: termistori… Usano ossidi metallici che possono cambiare notevolmente la loro resistenza a seconda della temperatura. I termistori sono di due tipi: PTC — PTC e NTC — NTC.

Nel primo, la resistenza aumenta all'aumentare della temperatura in un certo intervallo operativo, nel secondo, all'aumentare della temperatura, la resistenza diminuisce. I termistori sono caratterizzati da una risposta più rapida alle variazioni di temperatura e dal basso costo, ma sono piuttosto fragili e hanno un intervallo di temperatura di esercizio ristretto rispetto alle stesse termoresistenze e termocoppie.

Sensori a infrarossi

Come accennato all'inizio dell'articolo, i sensori a infrarossi interpretano la radiazione infrarossa emessa da una superficie distante: un bersaglio. Il loro vantaggio è che la misurazione della temperatura viene eseguita senza contatto, ovvero non è necessario premere saldamente il sensore contro l'oggetto o immergerlo nell'ambiente.

Reagiscono molto rapidamente alle variazioni di temperatura, motivo per cui sono applicabili per esaminare le superfici anche di oggetti in movimento, ad esempio su un nastro trasportatore.Solo con l'ausilio di sensori a infrarossi è possibile misurare la temperatura di campioni situati, ad esempio, direttamente in un forno o in qualsiasi zona aggressiva.

Gli svantaggi dei sensori a infrarossi includono la loro sensibilità alle condizioni della superficie che emette calore, nonché alla pulizia delle proprie ottiche e all'atmosfera nel percorso tra il sensore e il bersaglio. Polvere e fumo interferiscono notevolmente con misurazioni accurate.