Caratteristiche del termometro di resistenza, funzionamento, usi

Lui Termometro di resistenza (Dispositivo termico di resistenza o RTD) è uno strumento che sfrutta una proprietà che gli oggetti hanno -la resistenza elettrica -per misurare la temperatura. Questa procedura è nota come misura da THERMO RESISTANCE.

La resistenza elettrica è un parametro molto adatto, poiché in molti casi di solito aumenta linearmente con la temperatura. Si dice che una determinata proprietà X sia termometrica, cioè può essere utilizzata per misurare la temperatura T, quando la relazione tra X e T è lineare:

X = k ∙ΔT

Un termometro di resistenza

Dove k è una costante di proporzionalità per determinare.

Una proprietà termometrica ben nota è l'espansione del mercurio quando riscaldato, utilizzato in un termometro clinico. Altri termometri usano gas, fogli di metallo che si dilatano con l'aumento di temperatura, resistenza o usano la luminosità di un filamento, tra le altre proprietà.

È conveniente avere questa gamma di possibilità perché la temperatura è una delle magnitudini più caratteristiche di qualsiasi sistema, sia biologico che inanimato. Ecco perché è la grandezza che è più misurata nei processi industriali e per gli intervalli che vengono gestiti in ciascuno di essi, alcune proprietà termometriche sono preferibili ad altri.

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Caratteristiche del termometro di resistenza

I termometri di resistenza hanno le seguenti caratteristiche:

-Sono un'operazione molto semplice. L'elemento del sensore è costituito da un filo metallico, essendo il platino, il nichel, il tungsteno e il rame più utilizzati.

-Offrono una lettura rapida.

-Alta precisione.

-Operare in un ampio intervallo di temperatura.

Resistività, resistenza e temperatura

I materiali utilizzati per produrre termometri di resistenza sono driver i cui resistività Quasi sempre aumenta con la temperatura. Resistenza e resistività non sono sinonimi, ma sono strettamente correlati.

IL resistività È la relazione tra il campo elettrico creato all'interno del materiale quando circola la corrente e la densità di detta corrente. È quindi una proprietà.

Per alcuni materiali, chiamato ohmico, La relazione tra campo elettrico e densità di corrente è lineare. Man mano che la temperatura aumenta, gli ioni del conducente aumentano le loro vibrazioni e con essa l'opposizione al passaggio della corrente.

D'altra parte, la resistenza è una proprietà del driver, determinata non solo dalla resistività del materiale, ma dalla geometria: lunghezza e area della sezione trasversale.

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Se la sezione trasversale rimane costante, la relazione tra queste magnitudini è:

Dove r è la resistenza del filo, ρ la resistività del materiale, la lunghezza e la sua area di sezione trasversale.

L'unità per la resistenza elettrica nel sistema internazionale è Ohmio (ω), mentre la resistività è disponibile in ω ∙ m, sebbene sia normale trovare ω ∙ mm.

Nei metalli, la resistività aumenta con una temperatura lineare:

ρ (t) = ρ_O (1+α ∙ Δt)

Dove ρ è la resistività del materiale a una certa temperatura, ρ_O È la resistività della temperatura di riferimento, di solito 0ºC o 20 ºC, α è il coefficiente termico del materiale e ΔT è la variazione di temperatura.

Poiché la resistenza dipende dalla resistività del materiale, se la differenza di temperature non è molto grande, è soddisfatta che:

R (t) = r_O (1+ α ∙ Δt)

La resistenza è facile da misurare e poiché la relazione con la temperatura è lineare, è una buona proprietà termometrica.

Funzionamento

Sensori termometri per resistenza al platino in formato incapsulato. Fonte: Teplouser attraverso Wikimedia Commons.

L'elemento centrale del termometro di resistenza è un filo metallico che viene arrotolato in un supporto isolante, solitamente fatto di mica, ceramica o vetro. È racchiuso in un tubo pieno di polvere isolante e avvolto in strati anche isolanti, sigillando l'umidità.

La pressione all'interno del tubo rimane bassa, per evitare la formazione di ossidi che causano errori nelle letture. Il set è piccolo: tra 1-5 mm di diametro e 10-50 mm di lunghezza, coperto a sua volta da un alloggiamento esterno che serve a proteggerlo, poiché il dispositivo è delicato e deve essere gestito con cura.

Il platino, un metallo prezioso, è il materiale più usato per produrre resistenza, perché è molto stabile in una vasta gamma di temperature e fornisce misure estremamente precise, al punto da servire come modello internazionale di temperatura standard nella gamma -260 ºC - 630ºC. Tuttavia, i termometri a resistenza al platino possono essere fabbricati con una gamma molto più ampia.

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Per misurare le variazioni della resistenza ai fili, è necessario incorporarlo in uno speciale circuito chiamato Ponte di grano, Utilizzato per misurare resistenze o impedenze sconosciute.

Questo viene fatto da fili di rame sottili (due, tre o quattro fili di rame, più fili, più precisi è il termometro, quelli di tre sono i più comuni).

Affinché il dispositivo funzioni, una piccola corrente di misurazione deve. Conoscendo la corrente e la tensione, la resistenza del sensore con la legge di Ohm è determinata e attraverso di essa la temperatura.

Curva caratteristica del termometro in platino

La linearità della relazione tra resistenza e temperatura non è sempre soddisfatta accuratamente in tutte le gamme di temperatura, che dipende molto dal materiale del filo.

Il problema della non linearità può essere risolto usando un circuito aggiuntivo o semplicemente utilizzando il grafico di resistenza rispetto alla temperatura, chiamato curva caratteristica, Come quello mostrato:

Curva caratteristica di resistenza al platino da 100 ohm. Fonte: Wikimedia Commons.

PT-100 Curva caratteristica o termometro a resistenza al platino da 100 Ω. Fonte: Wikimedia Commons.

Varianti

I termometri della resistenza al platino sono fabbricati in base alla resistenza della bobina: PT-25, PT-100 e PT-1000 sono i più utilizzati.

Le lettere "PT" alludono al simbolo chimico del platino e il numero è la resistenza del filo alla temperatura di riferimento 0ºC. Maggiore è la resistenza più sensibile è il termometro, per offrire una maggiore variazione di resistenza con lo stesso cambiamento di temperatura. Tuttavia, il PT-100 è quello che viene più utilizzato a livello industriale, con una risoluzione decima di grado.

Invece di rulli di filo o bobina, alcuni produttori usano un sottile strato di platino depositato sopra un substrato in ceramica isolante. Ciò riduce le dimensioni del dispositivo e lo rende ancora più preciso e veloce.

Usi/applicazioni del termometro di resistenza

Il termometro di resistenza viene preferibilmente utilizzato nell'industria chimica, farmaceutica e alimentare, nonché nelle aree in cui è necessaria una grande precisione nella misura della temperatura per garantire prodotti di qualità.

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Il produttore dello strumento indica l'intervallo di temperatura che può essere misurato con precisione. Fuori dalla loro gamma, i termometri non producono misure precise e nel peggiore dei casi l'elemento del sensore è danneggiato.

Misurazione della temperatura ambientale

Misurare la temperatura ambiente con precisione è importante nel settore automobilistico, i cui processi di assemblaggio, saldatura e test motori producono molto calore nell'ambiente. In questi casi è di solito il termometro di resistenza al rame.

Sensore di temperatura per l'auto

Per misurare la temperatura del motore di un'auto, una resistenza elettrica viene utilizzata come elemento termometrico.

Usi industriali

Per determinare la temperatura dei forni industriali di fonderia, in caldaie, frigoriferi e reattori nucleari.

Anche il controllo preciso della temperatura è molto importante per l'industria alimentare, in quanto li mantiene freschi e liberi da germi per un tempo più lungo.

Astronomia

I termometri della resistenza al platino sono usati nella rilevazione delle onde gravitazionali. Il dispositivo creato a tale scopo è costituito da due interferometri, che sono strumenti ottici per misurare l'interferenza della luce.

Gli interferometri utilizzano specchi per direttamente i raggi laser diretti e la loro temperatura viene continuamente monitorata per garantire che mantengano la curvatura appropriata e garantiscano l'accuratezza delle misure.

Vantaggi e svantaggi

Tra i vantaggi che vale la pena menzionare:

-Alta precisione.

-Varietà di usi.

-Ampio intervallo di misurazione che consente loro di essere utilizzati in vari settori.

-Rimangono stabili per molto tempo.

-Sono lineari o molto vicini alla linearità in un ampio intervallo di temperatura.

Mentre tra i limiti possono essere citati:

-Non sono usati per temperature superiori a 660 ° C.

-Né inferiore a -270 ºC.

-Devono essere attentamente manipolati.

-Sono meno sensibili rispetto ad altri dispositivi più economici come i termistori e in alcune applicazioni, il loro tempo di risposta è maggiore di questi.

-I termometri in platino sono costosi.

Riferimenti

1. Cambtronics online. PT100: spiegazione e connessione di base. Recuperato da: YouTube.
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5. Torres, b. Calcolo della resistenza (RTD - PTC). Recuperato da: YouTube.