L'ingegnere

Jellenie Rodriguez, ingegnere applicativo e Mary McCarthy, ingegnere applicativo, Analog Devices.

Questo articolo discute la storia e le sfide progettuali per la progettazione di un sistema di misurazione della temperatura basato su un rilevatore di temperatura a resistenza (RTD). Copre inoltre la selezione dell'RTD e i compromessi di configurazione. Infine, descrive in dettaglio l'ottimizzazione e la valutazione del sistema RST.

La misurazione della temperatura svolge un ruolo importante in molte applicazioni finali diverse come l'automazione industriale, la strumentazione, il CbM e le apparecchiature mediche. Che si tratti di monitorare le condizioni ambientali o di correggere le prestazioni di deriva del sistema, l'elevata accuratezza e precisione sono molto importanti. Esistono diversi tipi di sensori di temperatura che possono essere utilizzati, come termocoppie, rilevatori di temperatura a resistenza (RTD), sensori elettronici di gap di banda e termistori. La scelta del sensore di temperatura e la progettazione dipendono dall'intervallo di temperatura da misurare e dalla precisione richiesta. Per temperature comprese tra –200°C e +850°C, gli RTD forniscono un'eccellente combinazione di elevata precisione e buona stabilità.

Le sfide includono:

Per un RTD, la resistenza del sensore varia in funzione della temperatura in modo precisamente definito. Gli RTD più utilizzati sono i Pt100 e Pt1000 al platino, disponibili nelle configurazioni a 2, 3 e 4 fili. Altri tipi di RTD sono realizzati in nichel e rame.

Tipo RTD

Materiali

Allineare

Pt100, Pt1000

Platino (il numero è la resistenza a 0°C)

da –200°C a +850°C

Pt200, Pt500

Platino (il numero è la resistenza a 0°C)

da –200°C a +850°C

Cu10, Cu100

Rame (il numero è la resistenza a 0°C)

da –100°C a +260°C

Ni120

Nichel (il numero è la resistenza a 0°C)

da –80°C a +260°C

Gli RTD Pt100 più comuni possono assumere due forme diverse: a filo avvolto e a film sottile. Ogni tipo è costruito secondo diverse curve e tolleranze standardizzate. La curva standardizzata più comune è la curva DIN. DIN sta per "Deutsches Institut für Normung", che significa "istituto tedesco per la standardizzazione".

La curva definisce le caratteristiche di resistenza rispetto alla temperatura di un sensore in platino da 100 Ω, le tolleranze standardizzate e l'intervallo di temperatura operativa. Ciò definisce la precisione dell'RTD a partire da una resistenza di base di 100 Ω a una temperatura di 0°C. Esistono diverse classi di tolleranza standard per gli RTD DIN. Queste tolleranze sono mostrate nella Tabella 2 e si applicano anche agli RTD Pt1000 utili in applicazioni a bassa potenza.

Tipo di sensore

Classe DIN

Tolleranza

@ 0°C

Tolleranza a 50°C

Tolleranza @ 100°C

Termoresistenza Pt100

Pellicola sottile

Classe B

±0,30°C

±0,55°C

±0,80°C

Termoresistenza Pt100

Pellicola sottile

Classe A

±0,15°C

±0,25°C

±0,35°C

Termoresistenza Pt100

Filo avvolto/film sottile

1/3 Classe B

±0,1°C

±0,18°C

±0,27°C

Quando si seleziona il sensore RTD è necessario considerare sia l'RTD stesso che la sua precisione. L'intervallo di temperatura varia in base al tipo di elemento e la precisione indicata alla temperatura di calibrazione (solitamente a 0°C) varia con la temperatura. Pertanto, è importante definire l'intervallo di temperatura da misurare e tenere in considerazione che qualsiasi temperatura al di sotto o al di sopra della temperatura di calibrazione avrà una tolleranza più ampia e una precisione inferiore.

Gli RTD sono classificati in base alla loro resistenza nominale a 0°C. Un sensore Pt100 ha un coefficiente di temperatura di circa 0,385 Ω/°C e un sensore Pt1000 ha un coefficiente di temperatura che è un fattore 10 maggiore rispetto al Pt100. Molti progettisti di sistemi utilizzano questi coefficienti per ottenere una resistenza approssimativa alla traslazione della temperatura, ma le equazioni di Callendar-Van Dusen forniscono una traslazione più accurata.

L'equazione per la temperatura t ≤ 0°C è

L'equazione per la temperatura t ≥ 0°C è

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