In un mondo sempre più connesso, dove ogni dispositivo è in comunicazione con gli altri e nel quale è possibile visualizzare statistiche in tempo reale o popolare database con volumi importanti di informazioni sono spesso sottovalutati, o trascurati completamente, quei dispositivi che si occupano della raccolta di tutto ciò che è utile alla consultazione e che lavorano direttamente sul campo: i sensori.

Le utilità sono pressoché infinite e uno fra i più comuni è sicuramente quello di temperatura. Di diffusione capillare, si possono trovare all’interno di microchip per il controllo dei sistemi di raffreddamento oppure come campionatore di calore a scopo statistico. Entrando nello specifico, un sensore di temperatura effettua una traduzione di una grandezza fisica (segnale d’interesse) in una differente, in genere più adatta all’elaborazione, come nel caso della corrente continua a bassa tensione; tutto questo con la minore alterazione possibile. 

Caratteristiche

I sensori di temperatura differiscono in molti aspetti fra loro, poiché le loro applicazioni sono pressoché infinite e le esigenze vastissime. Si possono categorizzare per:

  • Principio di funzionamento: è il modo in cui il sensore effettua la conversione del segnale in ingresso nel corrispondente segnale di uscita;
  • Gamma operativa: si intende lo spettro di temperatura nel quale il sensore è in grado di rispettare le caratteristiche di precisione e di risoluzione, nonché di mantenere intatte le proprietà di funzionamento, dichiarate dalla casa costruttrice;
  • Risoluzione: con questo termine si vuole indicare la capacità del sensore di effettuare misurazioni rispettando un certo numero di cifre dopo la virgola, restituendo un segnale in output che fornisce più o meno informazioni;
  • Precisione: è la caratteristica che indica di quanto le misurazioni si discostino dal valore reale positivamente o negativamente in modo assoluto;
  • Tempo di risposta: è la velocità con cui il sensore è in grado di percepire una variazione della temperatura o la frequenza massima con cui è in grado di effettuare rilevazioni;
  • Uscita: si tratta del tipo di segnale in uscita dal sensore, quali siano i valori nominali e quali, invece, agli estremi e la sua impedenza;

Riguardo il principio di funzionamento, che è il principale parametro da tenere in considerazione relativamente all'applicazione, i sensori di temperatura si possono individuare in:

  • RTD (Sensori di temperatura resistivi): chiamati anche termistori a conduttore metallico, il loro funzionamento è semplice quanto efficace; sono formati da un filamento metallico (in genere platino) che, in base alla temperatura, si surriscalda provocando un aumento dell'agitazione termica degli atomi, ostacolando il passaggio degli elettroni. Pertanto, questo tipo di sensore non fa altro che trasformare le variazioni di temperatura in variazioni di resistenza;
  • Termistore a semiconduttore: il funzionamento è analogo alla precedente tipologia; il semiconduttore consente un passaggio di cariche elettriche maggiore all’aumentare della temperatura, dipendentemente da quanto sia stato drogato o dalle sue dimensioni fisiche;
  • Termocoppia: in questo caso, la misurazione avviene mediante l'uso di due conduttori di materiale metallico, con due estremità libere (dette punto freddo) e due estremità unite in un ponto singolo (dette punto caldo). Conoscendo la temperatura al quale sono esposte le due terminazioni distinte e misurando la temperatura nel punto di giunzione, è possibile ricavare la temperatura effettiva alla quale si trova il giunto caldo. Se, ad esempio, nelle vicinanze della connessione dei conduttori fosse rilevata una temperatura di 11°C, mentre le terminazioni esterne fossero sottoposte a una temperatura ambientale di 20°C, la temperatura reale del punto di giunzione sarebbe di 31°C;

Vantaggi e svantaggi

I sensori RTD presentano i seguenti vantaggi

  • Sono lineari su un vasto intervallo operativo (il rapporto fra temperatura e resistenza rimane invariato);
  • Possibilità di utilizzo su temperature sia molto alte che molto basse
  • Ampio spettro di rilevamento
  • ottima stabilità alle temperature più elevate

Gli svantaggi, tuttavia, sono:

  • Costosi;
  • Sensibilità bassa;
  • Influenzati da urti, vibrazioni e punti di saldatura;
  • Per il funzionamento sono necessari tre o quattro cavi;
  • Non sono in grado di misurare la temperatura di punti singoli;

Per quanto concerne, invece, i termistori, si trovano i seguenti vantaggi:

  • Rapidi nei tempi di risposta;
  • Dimensioni contenute;
  • L'elevata resistenza di funzionamento rende quella del cavo trascurabile;
  • Non sono influenzati da urti o vibrazioni;
  • Meno costosi;

In ogni caso, però, c’è il rovescio della medaglia; a questo proposito gli svantaggi sono:

  • Non lineari (rispondo in modo diverso in base alla temperatura);
  • Possibilità di effettuare misurazioni in una gamma ristretta di temperature;
  • Intercambiabilità limitata;

Nel caso delle termocoppie, infine, i vantaggi sono:

  • Molto economiche;
  • Facilmente sostituibili;
  • Seguono uno standard;
  • Capacità di misurare un ampio spettro di temperature;

Purtroppo, anche in questo caso sono presenti svantaggi non trascurabili:

  • Molto imprecise (difficile ottenere misurazioni con errori inferiori al grado Celsius);
  • Non sono lineari;
  • Dimensioni molto grandi

Applicazioni e utilizzi

Come citato poco fa, l'utilizzo dei sensori di temperatura è di importanza vitale per svariate applicazioni; per misurare la temperatura di una camera di un forno, ad esempio, è consigliabile l'uso di sensori RTD, in grado di estendersi fino a temperature molto elevate con linearità. Nel caso fosse necessario, tuttavia, misurare la temperatura di un microchip per tenere sotto controllo il surriscaldamento dello stesso, si raccomanda l'uso di sensori a semiconduttore che, grazie alle dimensioni e alla precisione, possono essere inseriti in spazi molto ristretti e applicati a una superficie. Infine, per utilizzi dove è necessaria una determinata affidabilità, come nei sistemi di chiusura forzata del GAS all'interno dei fornelli in caso di mancata fiamma, è d'obbligo ricorrere alla termocoppia se non si hanno problemi di ingombro e di precisione, grazie alla loro standardizzazione e alla facilità di sostituzione.