L'integrità del sensore garantisce la precisione della misurazione della temperatura

Che si tratti di misurare o controllare la temperatura, tutto inizia dal sensore. Sensori migliori effettuano misurazioni di processo migliori. Questa funzionalità è apparsa originariamente nel numero di maggio 2022 di InTech Focus Temperature & Pressure.

Sebbene non tutte le applicazioni di temperatura siano misurazioni ad alta precisione, è possibile applicare le migliori pratiche per eliminare la deriva del sensore all'inizio di un'installazione. Ciò aiuta gli utenti a ottenere risultati ottimali evitando tempi di inattività o risoluzione dei problemi che potrebbero derivare da future derive durante il funzionamento. Diversi fattori influenzano la precisione del sistema di temperatura: precisione del singolo sensore, cavo di prolunga e dispositivi di misurazione. Quando si intraprende un progetto che prevede la misurazione o il controllo della temperatura, considerare queste regole pratiche di base:

I sensori di temperatura più comuni accettabili per la misurazione e il controllo della temperatura includono termocoppie, rilevatori di temperatura a resistenza (RTD), termistori e sensori basati su semiconduttori. Qui vengono discussi solo i T/C, gli RTD e gli ingressi/uscite remoti (I/O).

Le termocoppie (T/C) sono i sensori di misurazione della temperatura più comuni utilizzati negli Stati Uniti per il controllo dei processi. L'uso del T/C è una tecnologia collaudata nell'industria. Sono robusti, relativamente economici e facili da usare.

In teoria, per realizzare una termocoppia potrebbero essere utilizzati due diversi tipi di materiale conduttivo. Tuttavia, vengono utilizzate solo poche combinazioni. I criteri per le combinazioni di materiali scelti per l'uso nelle termocoppie includono l'entità del relativo coefficiente di Seebeck, stabilità chimica, stabilità metallurgica, resistenza, duttilità e costo. Esistono otto tipi di termocoppie standard stabiliti negli Stati Uniti dall'American National Standards Institute (ANSI ) hanno assegnato le designazioni delle lettere a questi otto tipi: T, J, K, E, N, S, R e B (Tabella 1). Le designazioni si basano sulla relazione tensione/temperatura per queste termocoppie. Le designazioni non si basano sulla loro composizione. I T/C costruiti secondo lo standard ASTM E230 sono più accurati. Lo standard ASTM E320 regola la precisione della termocoppia.

I sensori termocoppia costruiti secondo lo standard ASTM E230 sono più accurati. Lo standard ASTM E320 regola la precisione della termocoppia, come mostrato di seguito nella Tabella 2.

Le termocoppie possono essere costruite con fili di prima qualità o di qualità speciale che dimezzano l'incertezza. La designazione premium/speciale indica che questo filo ha una miscela di leghe di purezza più elevata. Anche con T/C di grado premium/speciale, Moore Industries consiglia di utilizzare RTD invece di T/C quando possibile, poiché la loro accuratezza, ripetibilità e stabilità sono superiori a quelle dei T/C. Confrontando i dati di precisione tra la Tabella 3 e la Tabella 2, si noti che l'incertezza viene dimezzata utilizzando sensori di prima qualità. Se è necessario utilizzare i T/C, la qualità premium offre maggiore stabilità con una differenza di costo trascurabile. Il problema riscontrato costantemente nelle termocoppie è la contaminazione dei cavi. Man mano che si verifica la contaminazione, l'errore aumenta gradualmente fino al punto in cui è necessaria la sostituzione del sensore.

Ogni volta che il cavo di prolunga T/C è collegato a un T/C, introduce una maggiore incertezza nella misurazione (Tabella 4). Se il cavo di prolunga T/C sarà esposto a temperature esterne agli intervalli specificati, prendere in considerazione l'utilizzo di un vero cavo per termocoppia. Oltre all'incertezza, il cavo di prolunga T/C è suscettibile alle interferenze in radiofrequenza (RFI) e alle interferenze elettromagnetiche (EMI). Il cavo di prolunga per i tipi di termocoppia J e K aggiunge un'altra incertezza di ±2,2°C (±4,0°F) quando il cavo è pulito e non contaminato. Inoltre, la prolunga T/C tende a comportarsi come un'antenna per RFI ed EMI. Utilizzare le migliori pratiche per mantenere il rumore disturbante lontano da questi segnali mV di basso livello. Il cavo di prolunga T/C si degraderà fino al punto di essere sostituito; sostituendolo con più cavi di prolunga si perpetua il ciclo di sostituzione del cavo di prolunga T/C. Tuttavia, il cavo di prolunga T/C di prima qualità dimezza il potenziale errore e dovrebbe essere selezionato. Se il cavo di prolunga è sollecitato dall'esposizione a temperature esterne ai limiti indicati nella Tabella 3, l'incertezza aumenterà. Il filo di prolunga di qualità premium consente ancora la possibilità di errore una volta che i metalli vengono contaminati da influenze trasportate dall'aria. Si consiglia di eliminare il cavo di prolunga del T/C il più vicino possibile al T/C installando trasmettitori di temperatura o I/O remoti.