UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CAMERINO SCUOLA DI SCIENZE E TECNOLOGIE  PERCORSO ABILITANTE SPECIALE Classe di concorso C320 LABORATORIO MECCANICO TECNOLOGICO     MISURA DELLA TEMPERATURA Tesi di specializzazione In TERMORESISTENZE       Specializzando Relatore ANGELETTI ALESSANDRO Prof. Ing. CICCONI FRANCESCO ANNO ACCADEMICO 2013 – 2014

Che cos’è la temperatura? Da un punto di vista qualitativo, si può dire che la temperatura di un oggetto è ciò che determina la sensazione di caldo o freddo al contatto con esso. La temperatura termodinamica indica il grado di agitazione termica (energia termica) di un corpo. l’equilibrio termico: assenza di scambi termici netti. la temperatura letta dallo strumento è la temperatura dell’oggetto. La propagazione del calore: avviene in tre modi differenti e combinati (conduzione, convezione, e irraggiamento): conduzione: sfrutta il contatto fisico tra i corpi, convezione: sfrutta un agente intermedio (gas, liquido) irraggiamento: è legato alle vibrazioni degli atomi e delle molecole. • La misura di una temperatura comporta sempre un trasferimento di calore (energia termica in transito) dal misurando/processo al sensore.

La termoresistenza: Generalità e principi di funzionamento: La termoresistenza, (RTD), è uno strumento di misura della temperatura differenziale. Il principio di funzionamento consiste nella variazione della resistenza di un resistore, detto anche elemento sensibile, al variare della temperatura dell'ambiente nel quale si trova. Facendo esso parte di un circuito elettrico, tramite un dispositivo è possibile leggere la variazione della resistenza rispetto ad un valore standard legato ad una temperatura di riferimento e risalire quindi alla temperatura misurata. La resistenza di un filo metallico è data dalla variazione di temperatura che va ad influire sulla resistività del materiale, mentre lunghezza L e sezione S del filo restano pressochè costanti. La legge di variazione della resistività del materiale può essere assunta con buona precisione di tipo lineare con la temperatura rispetto ad un valore di riferimento 0 dato di norma a 0 ˚C per ogni materiale. La costante di proporzionalità è detta coefficiente di temperatura ed è data in generale per ogni materiale, ma il suo valore varia leggermente con la temperatura. Ci si riferisce in genere ad un valore di riferimento costante medio calcolato tra 100 ˚C e 0 ˚C.

termoresistenza dal punto di vista strutturale 1 elemento sensibile, 2 fili di collegamento, 3 isolatore ceramico, 4 riempitivo, 5 guaina di protezione, 6 testa di connessione.

I materiali principalmente utilizzati per la costruzione dell'elemento sensibile della termoresistenza sono Platino, Nichel e Rame. Fig.- Andamento della resistenza normalizzata per RTD di tre tipici metalli.

Coefficiente di temperatura α[˚Cˉ¹] Metallo Intervallo di temperatura Coefficiente di temperatura α[˚Cˉ¹] Pt -220÷800 ˚C 3.85·10ˉ³(0.0039) Cu -50÷250 ˚C 4.26·10ˉ³(0.0043) Ni -200÷350 ˚C 6.17·10ˉ³(0.0062) Esempio di nomenclatura di una Termoresistenza: Pt 100 / A / 3 / -100 / +200  dove:  Pt: simbolo dell'elemento sensibile. 100: resistenza in Ohm dell'elemento sensibile.  A: classe di tolleranza dello strumento. Definisce quale formula utilizzare per il calcolo dell'incertezza nella misurazione effettuata.  3: numero di fili di collegamento della termoresistenza.  -100 / +200: range di temperatura di validità espresso in gradi Celsius.

Metodi di misura con le termoresistenze Esistono diversi metodi di collegamento dei termometri a resistenza, Nei quattro metodi che verranno elencati, il principio è sempre lo stesso: un ponte di Wheatstone è alimentato da una tensione esterna che genera una corrente i=1 mA; una delle quattro resistenze che lo compongono è quella variabile con la temperatura, ossia la termoresistenza. • a 2 fili: la tecnica a due fili è la meno precisa • a 3 fili: buona precisione ottenibile nella misura • a 4 fili: con compensazione: la tecnica a quattro fili con compensazione è ormai poco utilizzata • a 4 fili; volt-amperometrico: la tecnica fornisce la migliore precisione possibile in senso assoluto

Confronto tra tre diverse termoresistenze: 1- TERMOMETRO DIGITALE PORTATILE mod. HD 2307.0 2- TERMORESISTENZA Pt100 FOCUS 3- SONDA DI RILEVAZIONE DELLA TEMPERATURA RAB

Pregi e difetti delle termoresistenze • Ottima linearità • Idoneo al funzionamento in ambienti ostili • Ottima accuratezza • Elevata riproducibilità • Non ha bisogno di essere tarate spesso • Dimensioni molto ridotte • Costo non molto elevato • Elevata velocità di risposta Difetti: • Elevata sensibilità agli urti • Richiede un circuito di alimentazione • Autoriscaldamento • Temperatura massima minore di quella delle termocoppie