La temperatura è la proprietà che caratterizza lo stato termico di due sistemi in relazione alla direzione del flusso di calore che si instaurerebbe fra di essi.
Regola il trasferimento di energia termica o calore da un sistema ad un altro. Quando due sistemi si trovano in equilibrio termico non avviene alcuno scambio di calore, quando esiste una differenza di temperatura il calore tenderà a muoversi dal sistema a temperature più alta a quello a temperatura più bassa, fino al raggiungimento dell’equilibrio termico.
La temperatura non misura la quantità di energia termica di un sistema, ma è ad essa collegata.
I sensori di temperatura che Riels® Instruments offre sono i seguenti:
• Termoresistenze
• Termocoppie
• Trasmettitori di temperatura
• Termostati analogici e termostati digitali
• Termostati ATEX
• Termometri
• Cavo scaldante
• Datalogger
• Termoregolatori digitali
L’unità di misura utilizzata dal Sistema Internazionale è il Kelvin (K), che è la frazione 1/273.16 dell’intervallo di temperatura tra il punto triplo dell’acqua e lo zero assoluto.
Altre scale conosciute sono la scala Celsius (°C) che assegna a 0°C il punto di fusione del ghiaccio e a 100°C il punto di ebollizione dell’acqua, la scala Fahrenheit (°F) che assegna a 32°F il punto di fusione del ghiaccio e a 212°F il punto di ebollizione dell’acqua.
Le termoresistenze, chiamate anche termometri a resistenza, sono sensori di temperatura che sfruttano la variazione della resistività di alcuni materiali al variare della temperatura. Le termoresistenze vengono costruite con materiali che soddisfano le seguenti caratteristiche: elevato campo di temperatura, elevata resistività elettrica ed elevato coefficiente di temperatura.
I materiali metallici più utilizzati per la costruzione delle termoresistenze sono il Platino (Pt), utilizzato nella quasi totalità delle applicazioni, saltuariamente viene usato anche il Nichel (Ni), nelle applicazioni con modeste variazioni di temperatura, e più raramente è utilizzato il Rame (Cu). Le termoresistenze sono costruite in due modi differenti: a filo avvolto, adatte per temperature fino a 300°, a filo annegato, per temperature anche oltre i 500°. Latermoresistenza presenta un’ottima precisione di misura ed un elevato campo di temperatura (nel caso di quelle in Platino) ma la loro costituzione le rende molto sensibili agli urti ed alle vibrazioni.
Le termocoppie sono formate da due conduttori metallici di materiale diverso che, sotto l’effetto della temperatura, generano una forza elettromotrice. Le termocoppie sfruttano il principio degli effetti termoelettrici: in un circuito formato da due conduttori metallici diversi, quando le giunzioni sono a temperatura diversa circolerà una corrente prodotta dalla forza elettromotrice la cui intensità è direttamente proporzionale alla differenza di temperatura tra le due giunzioni.
I materiali costituenti le termocoppie sono stati standardizzati nel tempo e scelti in funzione delle prestazioni e dei campi di impiego industriali sulla base delle seguenti caratteristiche: forza elettromotrice generata, stabilità e riproducibilità, campo di lavoro, atmosfera, costo. La termocoppia presenta una buona precisione sulla misura ed un buon tempo di risposta a scapito di una minor ripetibilità della misura.
I trasmettitori di temperatura convertono il segnale proveniente da termoelementi elettrici, qualitermoresistenze e termocoppie, in un segnale normalizzato in corrente continua 4÷20mA oppure un segnale in tensione 0-10V.
I trasmettitori di temperatura possono essere montati su un quadro elettrico, collegati al termoelemento tramite cavo, o direttamente sulla testa dello strumento. Il montaggio sulla testa della termoresistenza o termocoppia, presenta vantaggi non indifferenti rispetto al montaggio su quadro. Questo tipo di montaggio riduce la sensibilità ai disturbi indotti in presenza di cavi di collegamento riducendosi le interferenze elettromagnetiche e/o radiomagnetiche presenti nell’impianto.
I trasmettitori di temperatura possono essere forniti certificati ATEX a sicurezza intrinseca.
I termostati sono costituiti da un interruttore la cui azione on-off è comandata da una variazione di temperatura di un elemento sensibile che è parte dello strumento stesso. La funzione del termostato può essere quella di regolare un flusso, ovvero agire su un componente fisico per modificarne la gestione, o di interruttore elettrico, per comandare un dispositivo elettrico che comanderà in modo più o meno vario gli organi che influiscono sulla temperatura scandagliata.
I termostati possono funzionare in due modi differenti: con ripristino automatico, dove un contatto elettrico viene commutato quando la temperatura scende sotto il valore impostato, con max. ripristino, dove un contatto elettrico commuta quando la temperatura supera quella impostata.
Il termostato viene utilizzato in impianti di processo, di ventilazione, di refrigerazione e di riscaldamento.
I termostati ATEX si differenziano dai comuni termostati in quanto hanno l’approvazione ATEX con la classificazione più alta.
I termostati ATEX hanno un’altissima protezione contro le sovrappressioni, sono adatti anche per applicazioni offshore, sono resistenti agli urti e alle vibrazioni e mantengono una perfetta stabilità di setpoint nel tempo.
Il datalogger è uno strumento alimentato a batteria, ideale per registrare la temperatura per lunghi periodi di tempo.
Il datalogger è costituito da un tubo sigillato, in acciaio inox, dove viene alloggiata l’elettronica del sensore e la batteria, per leggere i dati questo tipo di datalogger deve essere recuperato dal punto di misura. Esiste anche un’altra versione di datalogger che viene collegato ad un ricevitore mediante un cavo, e quindi non è necessario il recupero dello strumento.
Il datalogger accetta in ingresso segnali analogici provenienti da sonde termoresistenze e/o termocoppie.
I termoregolatori digitali possono essere collegati a qualsiasi tipo di sensore, a qualsiasi segnale lineare e anche a segnali non lineari.
I termoregolatori digitali possono svolgere una regolazione discontinua a singola e doppia azione, continua e servo motore. Prevedono due metodi di sintonizzazione iniziale “one shot” ed un sistema automatico che, in base alle condizioni del processo, seleziona quello ottimale. I termoregolatori digitali sono dotati anche di una visualizzazione personalizzabile protetta da password che consente all’operatore di raggiungere velocemente le informazioni che cerca e di nasconderle o impedirne la modifica.
I termoregolatori digitali sono anche dotati di protocollo modbus, per essere facilmente collegati con altre periferiche.
I termometri a dilatazione meccanica sfruttano le variazioni provocate dalla temperatura sul volume di materiali solidi, liquidi, gas e vapori. Nei diversi materiali, vengono utilizzate diverse relazioni funzionali: nei solidi si ha l’allungamento di diversi materiali metallici a diverso coefficiente di dilatazione termica, nei liquidi si ha l’innalzamento di una colonna di liquido o la pressione provocata dalla dilatazione termica del liquido a volume costante, mentre nei gas e vapori si ha la pressione provocata dall’espansione termica del gas a volume costante. Sulla base di queste relazioni funzionali i termometri si suddividono in due categorie: i termometri a colonna, che sfruttano l’innalzamento di una colonna di liquido al variare della temperatura, e i termometri a quadrante, che sono ad espansione di soliti o di gas e vapori.
La costruzione di quest’ultimo tipo di termometri può essere di due tipi: a lamina-bimetallica, nei termometri a dilatazione, o a bulbo-capillare, nei termometri ad espansione di gas.
Questi termometri sono indicati per ambienti ostili e vantano anche una buona precisione, però non consentono la trasmissione dei dati a distanza.
Il cavo scaldante o cavo autoregolante aumenta o diminuisce la potenza dissipata al diminuire o all’aumentare della temperatura, indipendentemente dalla lunghezza del circuito. Da questo ne conseguono le principali doti del cavo scaldante: il consumo di energia in relazioni alle reali condizioni termiche, ridotte attività progettuali, possibilità di tagliare o giuntare direttamente in cantiere alla lunghezza desiderata senza che la potenza al metro vari. Il cavo scaldante viene applicato principalmente in impianti antigelo, riscaldamento e mantenimento in temperatura di serbatoi e tubazioni e prevenzione di accumulo di ghiaccio e neve su rampe. Il cavo scaldante può essere fornito anche in versione ATEX antideflagrante.
