Cosa sono i sensori di temperatura RTD?
Gli RTD, o rilevatori di temperatura a resistenza, sono sensori di temperatura che contengono un resistore che modifica il valore di resistenza al variare della temperatura. L'RTD più diffuso è il Pt100. Sono utilizzati da molti anni per misurare la temperatura nei processi industriali e di laboratorio e si sono guadagnati una reputazione di precisione, ripetibilità e stabilità.
La maggior parte degli elementi RTD è costituita da un filo sottile avvolto a spirale attorno a un nucleo in ceramica o vetro. L'elemento è solitamente piuttosto fragile, quindi viene spesso inserito all'interno di una sonda rivestita per proteggerlo. L'elemento RTD è realizzato con un materiale puro la cui resistenza a varie temperature è stata documentata. Il materiale ha una variazione di resistenza prevedibile al variare della temperatura; è proprio questa variazione prevedibile che viene utilizzata per determinare la temperatura.
La sonda pt100 è uno dei sensori di temperatura più precisi. Non solo offre una buona accuratezza, ma anche un'eccellente stabilità e ripetibilità. La maggior parte dei pt100 standard OMEGA sono conformi alla classe B DIN-IEC. I pt100 sono anche relativamente immuni ai disturbi elettrici e quindi adatti alla misurazione della temperatura in ambienti industriali, in particolare in prossimità di motori, generatori e altre apparecchiature ad alta tensione.
Esistono due standard per gli RTD Pt100: lo standard europeo, noto anche come standard DIN o IEC, (Tabella temperatura RTD vs. resistenza) e lo standard americano (Tabella temperatura RTD vs. resistenza). Lo standard europeo è considerato lo standard mondiale per gli RTD al platino. Questo standard, DIN/IEC 60751 (o semplicemente IEC751), richiede che l'RTD abbia una resistenza elettrica di 100,00 O a 0 °C e un coefficiente di temperatura della resistenza (TCR) di 0,00385 O/O/°C tra 0 e 100 °C. La norma DIN/IEC751 specifica due tolleranze di resistenza:
Classe A = ±(0,15 + 0,002*t)°C o 100,00 ±0,06 O a 0ºC
Classe B = ±(0,3 + 0,005*t)°C o 100,00 ±0,12 O a 0 °C
Due tolleranze di resistenza utilizzate nell'industria sono:
1/3 DIN = ±1/3* (0,3 + 0,005*t)°C o 100,00 ±0,10 O a 0ºC
1/10 DIN = ±1 /10* (0,3 + 0,005*t)°C o 100,00 ±0,03 O a 0 °C
Per
Learn ulteriori informazioni su queste formule, cliccare qui. Maggiore è la tolleranza dell'elemento, maggiore sarà la deviazione del sensore da una curva generalizzata e maggiore sarà la variazione da sensore a sensore (intercambiabilità).
I rilevatori di temperatura a resistenza (RTD) oggi disponibili possono essere generalmente classificati in due tipi fondamentali, a seconda della struttura del loro elemento sensibile alla temperatura. Un tipo di RTD contiene elementi a film sottile, mentre l'altro tipo contiene elementi a filo avvolto. Ciascun tipo è più adatto all'uso in determinati ambienti e applicazioni. L'invenzione del termometro a resistenza è stata resa possibile dalla scoperta che la conduttività dei metalli diminuisce in modo prevedibile all'aumentare della loro temperatura. Il primo termometro a resistenza in assoluto è stato assemblato nel 1860 utilizzando filo di rame isolato, una batteria e un galvanometro. Tuttavia, il suo inventore, C.W. Siemens, scoprì ben presto che un elemento in platino forniva letture più accurate in un intervallo di temperature molto più ampio. Il platino rimane oggi il materiale più comunemente utilizzato nella misurazione della temperatura con elementi sensibili RTD.
Ulteriori informazioni
ogni elemento Pt100 nel circuito contenente l'elemento sensibile, compresi i cavi di collegamento, i connettori e lo strumento di misura stesso, introduce una resistenza aggiuntiva nel circuito. La configurazione del circuito
determina la precisione con cui è possibile calcolare la resistenza del sensore e il grado di distorsione della lettura della temperatura causato dalla resistenza estranea nel circuito. Poiché il cavo utilizzato tra l'elemento resistivo e lo strumento di misura ha una resistenza propria, è necessario fornire anche un mezzo per compensare questa imprecisione. Esistono tre tipi di configurazioni dei cavi, a 2 fili,
a 3 fili e a 4 fili, comunemente utilizzate nei circuiti di rilevamento RTD. È anche possibile utilizzare una configurazione a 2 fili con un circuito di compensazione. Ulteriori informazioni Pt100 Vs Pt1000 Il
sensore RTD
comunemente utilizzato, è realizzato in platino (PT) e il suo valore di resistenza a 0 °C è 100 O. Al contrario, un sensore PT1000, anch'esso realizzato in platino, ha un valore di resistenza di 1000 O a 0 °C. Gli RTD Pt100 e Pt1000 sono disponibili in
una gamma di tolleranze simile ed entrambi possono avere coefficienti di temperatura simili, a seconda della purezza del platino utilizzato nel sensore. Quando si confrontano il Pt100 e il Pt1000 in termini di resistenza, è importante tenere presente che i valori di resistenza rilevati per il Pt1000 saranno dieci volte superiori a quelli rilevati per il Pt100 alla stessa temperatura. Per la maggior parte delle applicazioni, il Pt100 e il Pt1000 possono essere utilizzati in modo intercambiabile a seconda dello strumento utilizzato. In alcuni casi il Pt1000 funzionerà meglio e sarà più preciso. Ulteriori informazioni Storia delle origini dell'RTD
Lo stesso
la sua scoperta sulla termoelettricità, Sir Humphrey Davy annunciò che la resistività dei metalli mostrava una marcata dipendenza dalla temperatura. Cinquant'anni dopo, Sir William Siemens propose l'uso del platino come elemento in un termometro a resistenza. La sua scelta si rivelò molto azzeccata, poiché il platino è utilizzato ancora oggi come elemento principale in tutti i termometri a resistenza ad alta precisione. Infatti, il rilevatore di temperatura a resistenza in platino, o RTD Pt100, è oggi utilizzato come standard di interpolazione dal punto dell'ossigeno (-182,96 °C) al punto dell'antimonio (630,74 °C). Confronto tra RTD e Termocoppie Il platino è particolarmente
adatto a questo scopo, poiché è in grado di resistere alle alte temperature mantenendo un'eccellente stabilità. Essendo un metallo nobile, mostra una suscettibilità limitata alla contaminazione. La classica
struttura del rilevatore di temperatura a resistenza (RTD) in platino fu proposta da C.H. Meyers nel 1932. Egli avvolse una bobina elicoidale di platino su una rete di mica incrociata e montò il tutto all'interno di un tubo di vetro. Questa struttura riduceva al minimo la tensione sul filo massimizzando la resistenza. Struttura RTD di
Meyers Sebbene questa struttura produca un elemento molto stabile, il contatto termico tra il platino e il punto misurato è piuttosto scarso. Ciò comporta un tempo di risposta lento. La fragilità della struttura ne limita oggi l'uso principalmente a quello di standard di laboratorio. Le variazioni di resistenza indotte dalla sollecitazione
nel tempo e in funzione della temperatura sono quindi ridotte al minimo e la gabbia diventa lo standard di laboratorio definitivo. A causa della struttura non supportata e della conseguente suscettibilità alle vibrazioni, questa configurazione è ancora un po' troppo fragile per gli ambienti industriali. Una tecnica di costruzione
più robusta è un avvolgimento bifilare su una bobina di vetro o ceramica. L'avvolgimento bifilare riduce l'area effettiva racchiusa dalla bobina per minimizzare la captazione magnetica e il rumore ad essa correlato. Una volta che il filo è avvolto sulla bobina, l'insieme viene sigillato con un rivestimento di vetro fuso. Il processo di sigillatura assicura che l'RTD mantenga la sua integrità in condizioni di vibrazioni estreme, ma limita anche l'espansione del platino alle alte temperature. A meno che i coefficienti di espansione del platino e della bobina non corrispondano perfettamente, il filo sarà sottoposto a sollecitazioni al variare della temperatura, con conseguente variazione della resistenza indotta dalla deformazione. Ciò può comportare una variazione permanente della resistenza del filo. Esistono versioni parzialmente
supportate dell'RTD che offrono un compromesso tra l'approccio a gabbia e l'elica sigillata. Uno di questi approcci utilizza un'elica di platino infilata in un cilindro di ceramica e fissata tramite fritta di vetro. Questi dispositivi mantengono un'eccellente stabilità in applicazioni con vibrazioni moderatamente robuste. Confronto tra RTD e termistore Ogni tipo
ha una serie di condizioni particolari per le quali è più adatto. Gli RTD offrono diversi vantaggi: Un ampio intervallo di temperatura (da circa -200 a 850 °C)/li> Buona accuratezza
- (migliore rispetto alle termocoppie)/li> Buona intercambiabilità/li>
- Stabilità a lungo termine Con un intervallo
- di temperatura fino a 850 °C,
- Gli RTD possono essere
utilizzati in tutti i processi industriali tranne quelli a temperature molto elevate. Quando sono realizzati con metalli come il platino, sono molto stabili e non sono soggetti a corrosione o ossidazione. Per gli RTD sono stati utilizzati anche altri materiali come il nichel, il rame e la lega di nichel-ferro. Tuttavia, questi materiali non sono comunemente utilizzati poiché hanno capacità termiche inferiori e non sono stabili e ripetibili come il platino. Ulteriori informazioni Confronto tra RTD e termistori
Sia i
di temperatura a resistenza (RTD) sono tipi di resistori con valori di resistenza che variano in modo prevedibile al variare della loro temperatura. La maggior parte degli RTD è costituita da un elemento in metallo puro (il più comunemente usato è il platino) protetto all'interno di una sonda o di una guaina o incorporato in un substrato ceramico. I termistori sono
costituiti da materiali compositi, solitamente ossidi metallici come manganese, nichel o rame, insieme a leganti e stabilizzanti. Negli ultimi anni, i termistori sono
diventati sempre più popolari grazie ai miglioramenti apportati ai misuratori e ai controller. I misuratori odierni sono sufficientemente flessibili da consentire agli utenti di configurare un'ampia gamma di termistori e di sostituire facilmente le sonde. Ulteriori
informazioni
