Sonde PT100: schede tecniche e caratteristiche dei sensori

La necessità di predisporre appositi misuratori di temperatura nelle applicazioni industriali o nei laboratori può essere soddisfatta ricorrendo alle termoresistenze. Tra queste, i Sensori PT100 appartengono alla categoria delle termoresistenze al platino, note nella terminologia inglese come “Resistance Temperature Detector” (RTD) o, secondo l’acrononimo italiano,“termometro a resistenza di platino” (PRT). Andiamo ad approfondire nei prossimi paragrafi tutte le caratteristiche delle Sonde PT100, scoprendo anzitutto cosa sono ed a cosa servono. Analizzeremo, inoltre, schede tecniche di PT100, ambiti di applicazione e modalità di configurazione. Ma procediamo per gradi, cosa s’intende per Termoresistenze?

Generalità sulle Termoresistenze

Come anticipato, le termoresistenze agiscono in qualità di sensori di temperatura nel momento in cui questa varia, incidendo sul materiale che subisce il cambiamento e sulla resistività dello stesso. In commercio sono disponibili varie tipologie di termoresistenze, in grado di resistere a determinate temperature a seconda dei materiali. Non solo. Le termoresistenze sono anche in grado di resistere ad alcuni agenti corrosivi, il che le rende ancor più utili. Tra le termoresistenze più comuni troviamo le già citate Pt100, ovvero termoresistenze in platino che alla temperatura di 0 °C hanno una resistenza pari a 100 Ω (ohm, l’unità di misura della resistenza elettrica). Grazie alla loro grande utilità, i sensori Pt100 vengono utilizzati comunemente in diversi ambiti industriali, così come sono protagonisti in laboratorio nel caso in cui si debbano effettuare misurazioni relative alle temperature. Tali dispositivi, infatti, sono in grado di restituire dati molto precisi, il che li rende particolarmente utili in fase di lavoro anche in caso di condizioni lavorative ostili.

Caratteristiche specifiche delle termoresistenze

La norma che stabilisce le specifiche tecniche relative ai sensori Pt100 è la IEC 751 del 1995, all’interno della quale le termoresistenze vengono classificate in base alla tolleranza che sono in grado di esprimere in fase di misurazione della temperatura. La classificazione che ne consegue divide le termoresistenze in questione in sensori Pt100 di classe A e sensori Pt100 di classe B. Dal punto di vista dei materiali, invece, gli elementi Pt100 si suddividono in sensori a filo avvolto e sensori a film sottile:

i primi sono caratterizzati da un sottile filo di platino avvolto attorno ad un nucleo particolare, il quale può essere composto vetro o ceramica;
i secondi sono costituiti da un film di platino che può essere depositato sopra un substrato ceramico, per poi venire incapsulato.

Dal punto di vista del funzionamento le termoresistenze in platino sfruttano la presenza del sensore, il quale utilizza una resistenza elettrica (da cui il nome tecnico del dispositivo) che varia al variare della temperatura. Dal punto di vista, dell’utilizzo industriale, i sensori Pt100 possono essere utilizzati con delle sonde dotate di cavo, il quale viene applicato direttamente sull’area metallica delle sonde stesse; l’utilizzo industriale più comune, però, è quello che prevede l’installazione in un sistema di montaggio definito pozzetto termometrico, con la creazione di un collegamento elettrico apposito. Il collegamento mediante pozzetto risulta decisamente più comodo, grazie alla facilità con cui è possibile sostituire i sensori Pt100 appena utilizzati.

Le varie tipologie di termoresistenze

In commercio esistono vari tipi di termoresistenze, anche se le più diffuse sono le termoresistenze in platino (Pt), sotto forma dei sensori Pt100 e Pt1000: il loro nome deriva dal fatto che presentano una resistenza alla temperatura di 0 °C pari, rispettivamente, a 100 Ω e 1000 Ω. In particolare, le termoresistenze al platino si dividono in due categorie:

Termoresistenze a film sottile, che si realizzano deponendo un sottile strato di platino su una base di ceramica, per poi fissare i terminali del collegamento elettrico;
Termoresistenze a filo: in questo caso, si impiega un filo di platino, che viene avvolto attorno ad un nucleo di ceramica o vetro e sigillato a sua volta all’interno di una capsula.

Caratteristiche delle Sonde PT100

Gli elementi Pt100 costituiscono il più semplice dei sensori termoresistenti, dal momento che la loro meccanica, a seconda della tipologia, consiste in un filo conduttore avvolto intorno ad un corpo di vetro o di ceramica (modello a filo), ovvero in una lamina sottile depositata sui medesimi materiali e successivamente incapsulata (modello a film). Le ridotte dimensioni ne consentono, pertanto l’impiego in condizioni operative di maggiore ristrettezza. Inoltre, è possibile rinvenire anche sensori Pt100 per superfici piane, progettate in modo da essere particolarmente sottili, al fine di garantire un contatto migliore per la misurazione della temperatura dei piani. Infine, esistono anche sonde Pt100, che appartengono alla più robusta variante di questo tipo di sensori: in questo caso, l’elemento Pt100 è montato all’interno di una guaina metallica (che consiste in un tubo), che ha la funzione di isolare l’elemento dall’ambiente esterno.

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Vantaggi dei sensori PT100

Alla luce dei dettagli e delle caratteristiche sopra citate, è bene elencare quelli che sono i punti di forza di tali dispositivi rispetto ad altri apparecchi di utilità simile. Sono diversi i vantaggi insiti nel fare affidamento sull’utilizzo dei sensori PT100 quando si tratta di dover effettuare misurazioni di vario tipo relative alle temperature. Innanzitutto, a differenza dei termoelementi (vale a dire dispositivi come il termistore, la coppia termoelettrica e altri, anch’essi sensibili alle variazioni delle temperature) i sensori Pt100 sono dotati di una precisione maggiore e di una miglior intercambiabilità; inoltre, da un punto di vista prettamente tecnico le termoresistenze in platino sono in grado di misurare un intervallo di temperatura decisamente ampio (sicuramente migliore dei termoelementi), variabile tra i -200 °C e gli 850 °C, con una curva caratteristica quasi lineare. Tra gli altri vantaggi bisogna altresì specificare l’elevata stabilità dei sensori Pt100 e la loro duratura nel tempo.

E’ generalmente dimostrato che i sensori al platino sono fra le più lineari, stabili e precise termoresistenze, garantendo una maggiore precisione nelle misurazioni fornite. In particolare, i vantaggi principali rappresentati dalla scelta di una termoresistenza al platino, rispetto agli altri termoelementi (come rame e nichel), sono così individuabili:

Garantiscono una precisione ottima;
Maggior stabilità e durevolezza nella categoria;
Forniscono un intervallo di temperature maggiore, che può spaziare dai -200 °C agli 850 °C;
Presentano una curva caratteristica quasi lineare.

Come si installano i PT100?

Innanzitutto, è bene capire come procedere al collegamento tra il sensore Pt100 e il misuratore: infatti, perché sia possibile la misura della temperatura, il dispositivo deve essere collegato ad un misuratore di controllo e di regolazione idoneo. Dal momento che la misurazione della variazione di temperatura avviene in funzione della resistenza dell’elemento contenuto all’interno del sensore, è possibile che la presenza di altre resistenze all’interno del circuito di misurazione comporti errori durante l’installazione o imprecisioni nella misurazione. A questo proposito, è opportuno ricordare che esistono diverse configurazioni di cablaggio, che consentono agli elaboratori elettronici presenti nel circuito di isolare la termoresistenza dalle resistenze indesiderate offerte da altri elementi collegati. In proposito, si parla di compensazione tra resistenze: quest’ultima, tuttavia, avviene soltanto tra resistenze presenti nella linea di collegamento che presentano lo stesso livello di resistività; altrimenti, è possibile che possano verificarsi degli errori. In generale, invece, è possibile trascurare le variazioni di temperatura provocate dalla variazione di resistenza a carico della linea, che alterano di poco il valore effettivo.

// Scopri nel dettaglio come collegare un sensore pt100

La configurazione dei sensori Pt100

Nelle applicazioni industriali e per il monitoraggio delle temperature, l’installazione delle termoresistenze Pt100 si configura in un inserto di misurazione applicato in una testa di connessione e montato su un supporto adeguato (come, ad esempio, un pozzetto termometrico). All’interno della testa di connessione avviene il collegamento elettrico del sensore, mentre il misuratore è solitamente costituito da un tubo o da un cavo, alla cui estremità è posizionato il sensore, permettendo in questo modo la possibile sostituzione dell’inserto di misurazione, in tutti i casi in cui è necessaria una riparazione o una nuova taratura. Altra possibile modalità di esecuzione industriale dei sensori Pt100 è quella delle sonde con cavo: in questo caso, il cavo di connessione viene applicato direttamente alla parte metallica della sonda.

Applicazioni per le termoresistenze Pt100

Le termoresistenze Pt100 rinvengono il loro principale campo di applicazione nella misurazione della temperatura in laboratorio o per altre tipologie di applicazioni industriali. Sebbene siano presenti sul mercato anche termoresistenze più robuste (come la Pt500 e la Pt1000, che presentano insensibilità maggiore alle interferenze elettriche, rendendole consigliabili in prossimità di generatori o dispositivi ad alta tensione), il modello Pt100 è quello più utilizzato, dal momento che i sistemi elettrici più diffusi non producono un carico energetico tale da richiedere l’impiego di sensori più potenti.

In ambito lavorativo è di fondamentale importanza operare con una strumentazione adeguata che permetta di svolgere lavori in massima sicurezza. A seconda del proprio impiego è bene disporre della miglior strumentazione possibile, specie in quegli ambienti all’interno dei quali si è costantemente a contatto con oggetti ed elementi particolarmente pericolosi. L’industria, in linea generale, è uno dei settori in cui si ha maggiore necessità di disporre di strumenti all’avanguardia e adatti a svolgere le operazioni più disparate. Si prenda il caso di una fonderia: all’interno di un ambiente di questo tipo un operaio è costantemente esposto a rischi legati al dover maneggiare oggetti ad alte terperature, il che comporta che si prendano maggiori precauzioni ai fini della sicurezza sul lavoro.

Sicurezza sul Lavoro: l’importanza di una strumentazione adeguata

Dal punto di vista della strumentazione, uno degli accessori più utili per un operaio di fonderia o per un qualsiasi artigiano che lavori con oggetti e materiali ad alte temperature è il termometro a resistenza, anche detto termoresistenza. Particolarità della termoresistenza è quella di essere dei veri e propri sensori di temperatura, in grado di sfruttare le variazioni della resistività di determinati materiali al variare della temperatura degli stessi. Poiché esistono diverse tipologie di termoresistenze, entriamo più nello specifico nell’argomento per poi arrivare a parlare dei sensori Pt100.

Differenze tra Pt100 e Pt1000

Normalmente, la scelta tra sensori Pt100 o Pt1000 avviene in funzione della destinazione e della funzione prescelte. Per le applicazioni industriali che presentano processi globali, le sonde Pt100 sono le più consigliate e, non a caso, quelle più comuni. Viceversa, alcune applicazioni richiedono l’impiego di sonde Pt1000, giustificato dall’attacco a due fili, che consente di ridurre al minimo l’errore di misura dovuto alla lunghezza del cavo; inoltre, nel caso di impiego di sensori alimentati a batteria, la maggiore resistenza del modello Pt1000 consente minori interventi di manutenzione, grazie alla maggior durata dell’alimentazione e al conseguente risparmio sui consumi energetici. Tuttavia, come anticipato, l’impiego di questi sensori non è sempre compatibile con gli impianti elettronici a valle: viceversa, il Pt100 presenta maggiore compatibilità con la maggior parte delle configurazioni, data la più semplice possibilità di collegare l’ingresso di misura con l’alimentazione e con il dispositivo misuratore.