Trasmettitori di temperatura: cos'è? (Tipi ed esempi)

Cosa è un Trasducitore di Temperatura?

Un Trasducitore di Temperatura è un dispositivo che converte la quantità termica in una qualsiasi quantità fisica come energia meccanica, pressione e segnali elettrici, ecc. Ad esempio, in un termocoppia viene prodotta una differenza di potenziale elettrico a causa della differenza di temperatura tra i suoi terminali. Quindi, la termocoppia è un trasducitore di temperatura.

Principali Caratteristiche dei Trasduttori di Temperatura

• L'ingresso per loro sono sempre le quantità termiche

• Generalmente convertono la quantità termica in una quantità elettrica

• Sono generalmente utilizzati per la misurazione della temperatura e del flusso di calore

Schema di Base dei Trasduttori di Temperatura

Lo schema di base dei trasduttori di temperatura è dato di seguito nei passaggi successivi
Elemento Sensore.

L'elemento sensore nei trasduttori di temperatura è l'elemento le cui proprietà cambiano con il cambiamento di temperatura. Quando la temperatura cambia, si verifica una corrispondente variazione in una certa proprietà dell'elemento.

Esempio – In un Termometro a Resistenza (RTD) l'elemento sensore è il metallo Platino.

Condizioni Desiderabili per la Scelta dell'Elemento Sensore sono:

• Il cambiamento per unità di resistenza del materiale per unità di cambiamento di temperatura dovrebbe essere elevato

• Il materiale dovrebbe avere una resistività elevata in modo da utilizzare il minimo volume di materiale per la sua costruzione

• Il materiale dovrebbe avere una relazione continua e stabile con la temperatura

• Elemento di Trasduzione
  È l'elemento che trasforma l'uscita dell'elemento sensore in una quantità elettrica. Il cambiamento nella proprietà dell'elemento sensore agisce come uscita per esso. Misura il cambiamento nella proprietà dell'elemento sensore. L'uscita dell'elemento di trasduzione viene poi tarata per fornire un'uscita che rappresenta il cambiamento nella quantità termica.

Esempio - Nella termocoppia, la differenza di potenziale prodotta tra i due terminali viene misurata con un voltmetro e la magnitudine del voltaggio prodotto dopo la taratura fornisce un'idea del cambiamento di temperatura.

Tipi di Trasduttori di Temperatura

Tipi di Sensori di Temperatura a Contatto

In questi, l'elemento sensore è in contatto diretto con la sorgente termica. Utilizzano la conduzione per il trasferimento di energia termica.

Tipi di Sensori di Temperatura a Distanza

In un sensore di temperatura a distanza, l'elemento non è in contatto diretto con la sorgente termica (analogamente a un tester di tensione a distanza o penna di tensione). I sensori di temperatura a distanza utilizzano il principio della convezione per il flusso di calore. I vari trasduttori di temperatura comunemente utilizzati sono descritti di seguito:

Termistore

La parola termistore può essere definita come resistenza termica. Come indica il nome, è un dispositivo la cui resistenza cambia con il cambiamento di temperatura. A causa della loro alta sensibilità, vengono ampiamente utilizzati per le misurazioni della temperatura. Sono generalmente chiamati il trasducitore di temperatura ideale. I termistori sono solitamente composti da una miscela di ossidi metallici.

Caratteristiche dei Termistori

• Hanno un Coefficiente Termico Negativo, cioè la resistenza del termistore diminuisce con l'aumento della temperatura

• Sono realizzati con materiali semiconduttori

• Sono più sensibili rispetto agli RTD (Termometri a Resistenza) e alle Termocoppie

• La loro resistenza varia tra 0,5Ω e 0,75 MΩ

• Vengono generalmente utilizzati in applicazioni in cui la gamma di misurazione della temperatura va da -60°C a 15°C.

Termometri a Resistenza

Un altro tipo di trasducitore di temperatura è il Resistance Temperature Detector (RTD). Gli RTD sono precisi sensori di temperatura realizzati con metalli conduttori ad alta purezza come platino, rame o nichel avvolti in una spirale e la cui resistenza elettrica cambia con il cambiamento di temperatura, simile al termistore.

La loro resistenza cambia secondo la seguente relazione:

R = Resistenza dell'elemento alla temperatura data
α = Coefficiente termico dell'elemento
R0 = Resistenza dell'elemento a 0°C

Principali Caratteristiche degli RTD

• Sono altamente sensibili e molto economici rispetto ai termistori e alle termocoppie

• Possono misurare la temperatura da -182,96°C a 630,74°C

Termocoppie

Le termocoppie sono trasduttori di temperatura che fondamentalmente consistono in due giunzioni di metalli diversi, come rame e constantan, saldati. Una giunzione è mantenuta a una temperatura costante chiamata giunzione di riferimento (fredda), mentre l'altra è la giunzione di misura (calda). Quando le due giunzioni sono a temperature diverse, si sviluppa una tensione attraverso la giunzione che viene utilizzata per misurare la temperatura.

Principio della Termocoppia

Quando le giunzioni di due metalli come rame e constantan sono connesse insieme, viene prodotta una differenza di potenziale tra di loro. Questo fenomeno è chiamato effetto Seebeck poiché un gradiente di temperatura viene generato lungo i fili conduttori producendo un f.e.m. Quindi