Le termoresistenze sono dispositivi termosensibili sfruttano il principio per il quale la resistenza elettrica specifica varia in funzione della temperatura: questa proprietà si chiama PTC (Positive Temperature Coefficient). Basandosi su questo effetto fisico, una sonda Pt100 può rilevare la temperatura durante processo. In effetti, i sensori più comunemente usati per le termoresistenze sono i Pt100 (i quali sono denominati in tal modo perchè hanno una resistenza di 100 Ohm a 0°C. e 138.4 Ohm a 100°C) ed è necessario sapere quali sono le metodologie per il collegamento di tali sonde: abbiamo tre diverse maniere di collegare una sonda Pt100 ad un trasmettitore, in base a quanti fili dobbiamo collegare: due, tre o quattro fili. Nel seguito di questo articolo si descrive in dettaglio questi vari tipi di possibili collegamenti.
Come collegare un pt100?
Dopo aver già parlato in linee generali dei sensori pt100 in quest’articolo, di seguito descriviamo in dettaglio i vari tipi di possibili collegamenti.
- Collegamento a due fili di una sonda Pt100
Bisogna anzitutto specificare che la modalità a due fili di connessione normalmente non è più utilizzata in contesti industriali, anche se comunque vi sono ambiti di applicazione dove ancora si usano. Questo perché, nelle modalità a tre ed a quattro cavi di collegamento, vi è la possibilità di andare a misurare la resistenza del cavo al fine di andare poi ad aggiustare il valore della misura di temperatura (cosa non da poco in impianti dove i cavi di collegamento potrebbero essere abbastanza lunghi). Invece, nel collegamento a due fili, la resistenza del cavo si va ad aggiungere come errore sulla misura reale. Ad ogni modo, nel caso di un cavo in rame avente una sezione trasversale di 0,22 mm2, per una sonda Pt100 si usa il valore guida: 0,162 Ω/m → 0,42 °C/m. - Collegamento a tre fili di una sonda Pt100
Nel collegamento con tre fili si compensa abbastanza l’effetto della resistenza portata dal cavo. L’unica prerogativa è che il diametro dei conduttori, e pertanto le loro relative resistenze, siano sempre uguali (cosa che tra l’altro è un requisito base in un collegamento a tre fili). La sezione trasversale del conduttore, insieme alle varie compensazioni dell’elettronica di misura (controllore, display, trasmettitore o sistema di controllo di processo), vanno a stabilire qual è la lunghezza massima del filo di collegamento. - Collegamento a quattro fili di una sonda Pt100
La modalità di collegamento a quattro fili è senza dubbio quella più utilizzata in ambiti industriali dove la precisione della misurazione della temperatura è un requisito altamente stringente (come ad esempio i sistemi industriali regolati da software hard real time, i quali utilizzano i dati ricevuti dalle sonde per regolare opportunamente l’intero funzionamento di un apparato industriale). Infatti, Il collegamento a quattro fili consente di eliminare del tutto l’influenza del filo sul risultato della misurazione, questo perché viene compensata ogni possibile asimmetria della resistenza del filo di collegamento attraverso un collegamento parallelo dei fili a due a due: due servono per forzare corrente e due sono usati per misurare la tensione sulla resistenza. Attraverso questo sistema si scopre in maniera esatta l’errore indotto dal meccanismo di misurazione e pertanto si può procedere all’opportuna rettifica del valore della temperatura misurato.
Conclusioni
I vantaggi derivanti dall’uso di una sonda Pt100 sono senza dubbio:
- l’affidabilità che dura nel tempo,
- le elevate prestazioni, le dimensioni ridotte,
- più di ogni altra cosa, l’accuratissima misurazione ottenuta, la quale raggiunge il suo culmine utilizzando un collegamento a quattro fili.
Questo perché nel caso della sonda Pt100, una semplice variazione di temperatura pari a 1 grado centigrado, comporta la variazione nella resistenza di 0.384 Ohm, da cui si evince facilmente che anche un piccolissimo errore nella misura della resistenza (ad esempio la resistenza dovuta al contatto del connettore del sensore) può generare un significativo errore nella misura della temperatura. Per le misure di precisione, infatti, le sonde sono dotate di quattro fili, due servono per forzare corrente e due sono usati per misurare la tensione sulla resistenza. Per i sensori a tre fili, i quali partono dal presupposto che la resistenza dei tre cavi sia la stessa, dato che questa cosa non è sempre vera, talvolta danno luogo a minore precisione rispetto ad una sonda aquattro fili di collegamento . Inoltre, per ogni cointesto va scelto con attenzione il cavo più indicato (inoltre, può essere buona prassi usare cavi con schermo a massa per diminuire l’effetto di possibili interferenze). Le considerazioni da fare riguardano anche l’intervallo di temperatura da misurare e l’eventuale presenza di liquidi corrosivi e/o conduttivi. Ovviamente, se vi sono saldature sul filo di collegamento, non devono essere esposte a temperature che vanno oltre i 170 gradi centigradi.
