La grandezza fisica temperatura viene misurata attraverso sensori sempre in maniera indiretta. Ciò che viene valutato è un particolare parametro dell'oggetto o dell'ambiente da monitorare che cambia in maniera nota al variare della temperatura. I più comuni sensori di tipo commerciale si differenziano tra loro in base al principio di funzionamento e quindi al parametro scelto per risalire al valore reale di temperatura. A titolo di esempio, i termometri a liquido sfruttano il principio fisico della dilatazione termica e valutano, come parametro, lo spostamento di un liquido dalle caratteristiche note al variare della temperatura. Allo stesso modo, i termometri a gas misurano come grandezza l'incremento di pressione. Ma quindi, a cosa servono le resistenze riscaldanti?

Misurare la temperatura: a cosa servono le resistenze riscaldanti?

Tra i sensori di temperatura più utilizzati e affidabili, sia ad uso civile sia industriale, vi sono le termoresistenze, anche chiamate termometri a resistenza, e i termistori. Entrambe le tipologie sfruttano come principio fisico la variazione della resistenza elettrica del materiale scelto come riferimento.

La grandezza fisica definita resistenza elettrica misura la difficoltà con cui un materiale è attraversato da una corrente elettrica nel momento in cui viene ad esso applicata una tensione. Il valore della resistenza, la cui unità di misura è l'ohm, varia a seconda del tipo di materiale, dalla geometria del corpo e dalla temperatura a cui esso si trova. Quest'ultima caratteristica permette di correlare la misura della resistenza alla misura della temperatura del materiale in oggetto. Tale concetto si trova alla base del funzionamento di tutti i sensori a resistenza elettrica presenti attualmente sul mercato. Le termoresistenze e i termistori si differenziano tra loro solamente in base alla tipologia del materiale sensibile scelto per la misurazione indiretta della temperatura. 

Funzionamento delle termoresistenze

Per la termoresistenza, o termometro a resistenza RTD (Resistance Temperature Detector), il materiale di riferimento utilizzato è sempre un metallo conduttore. Per i conduttori metallici il valore della resistenza cresce all'aumentare della temperatura. Lo strumento di misura è formato da alcuni filamenti del metallo scelto circondati da un involucro isolante e ulteriormente avvolti in una guaina a scopo protettivo.

In alcuni casi è possibile che, alternativamente all'uso del filamento metallico e per facilitare una particolare produzione, il materiale sensibile venga depositato sotto forma di film al di sopra di un supporto isolante. La tipologia standard delle termoresistenze prevede l'utilizzo di due filamenti, ma è possibile trovarne anche a tre o quattro filamenti nel caso in cui si necessiti di una maggiore accuratezza nella misura. La scelta del conduttore deve orientarsi su materiali che mantengano invariate le caratteristiche anche dopo molti cicli termici, che abbiano una temperatura di fusione alta e che siano lavorabili per produrre i filamenti (duttili).

Funzionamento dei termistori

I termistori (termine che deriva da thermistor - Thermal Sensitive Resistors) o sonde NTC (Negative Temperature Coefficient) sono concettualmente analoghi alle termoresistenze, in quanto effettuano la misura della temperatura in base alla variazione della resistenza del materiale di riferimento. Ciò che li distingue è la tipologia di materiale scelto: i termistori utilizzano materiali semiconduttori, come ossidi di metallo miscelati e sinterizzati, la cui resistenza decresce all'aumentare della temperatura (al contrario di ciò che accade per i conduttori) a causa del coefficiente di temperatura negativo. 

Come scegliere il sensore più adatto

La scelta del sensore per la misurazione di temperatura più adeguato al caso specifico deve prendere in considerazione diversi fattori, tra i quali vi sono il range di temperatura, il tipo di ambiente in cui si troverà la strumentazione, l'affidabilità e la precisione richiesta dalla sonda.

Le termoresistenze sono sonde molto precise e adeguate a tutte le applicazioni che richiedono stabilità e ripetibilità della misura. Hanno un ampio intervallo operativo di temperatura con buona affidabilità anche a temperature elevate. É necessario inoltre scegliere la tipologia di sonda RTD più adeguata in base al range di temperatura di interesse: le più note sono quelle a base di Platino (-220-800°C), Nichel (-60-180°C) e Rame (-50-150°C). Altrettanto importante è la valutazione dell'ambiente di misurazione: se infatti la misurazione avviene in ambiente corrosivo è necessario ricorrere ad un metallo nobile come il Platino. Sono frequentemente impiegati nel controllo di temperatura di forni, di aria o fluidi, negli impianti di condizionamento e in alcune strumentazioni di laboratorio.

I termistori sono sensori di misura molto versatili, che consentono un investimento economico contenuto. Hanno dimensioni molto limitate, tempi di risposta rapidi (1-10s) e, grazie alla grande escursione della resistenza al variare della temperatura, sono dotati di un'ottima sensibilità. Rispetto alle termoresistenze hanno però un intervallo di funzionamento in un range di temperatura limitato (0-300°C) e non sono altrettanto affidabili nelle misurazioni. Sensori di questo tipo sono adatti per essere impiegati in tutti i settori in cui è necessario rilevare piccole variazioni nella temperatura oppure nella applicazioni che non richiedono la stabilità e l'elevatissima precisione delle termoresistenze. Alcuni esempi di utilizzo sono i termostati, i termometri per la misurazione della febbre, il controllo di temperatura nelle macchinette del caffè o nei dispenser per la colla a caldo e in molte attrezzature di laboratorio.