Sonda di temperatura PT100
Sonda di temperatura a termocoppia
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Produzione francese
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Tecnologie
Una gamma di sonde a resistenza e sensori di temperatura PT100, realizzati su misura, dall'unità singola alla piccola serie, adatti alle vostre esigenze specifiche.
Cercate una sonda termocoppia? Produciamo sonde per la misurazione della temperatura con un elevato grado di precisione e stabilità.
Scoprite come leggere una tabella dei valori ohmici in funzione della temperatura e l'importanza di questi dati nelle applicazioni industriali.
Nei settori industriali di processo (chimico, petrolchimico, agroalimentare, energetico, farmaceutico) la misurazione della temperatura influisce direttamente sulla qualità dei prodotti, sulla sicurezza degli impianti e sulla conformità normativa. Una sonda di temperatura industriale non adeguata può causare scostamenti di processo, fermi macchina non programmati o costose non conformità.
Fuji Electric France offre una gamma di sonde di temperatura industriali ad alte prestazioni, selezionate per la loro precisione di misura, la loro resistenza in ambienti difficili e la loro compatibilità con i sistemi di automazione esistenti (4-20 mA, HART, Profibus, Foundation Fieldbus).
Che si tratti di una sonda PT100 o di una sonda a termocoppia, le nostre soluzioni coprono intervalli di temperatura compresi tra -200 °C e +1 750 °C e sono conformi alle norme IEC 60751, ATEX, IECEx e NF EN 13480. Si integrano in ambienti ATEX e resistono a pressioni e vibrazioni elevate.
Una sonda di temperatura è un sensore strumentato che converte una grandezza fisica termica in un segnale elettrico utilizzabile da un sistema di controllo e comando (DCS, PLC, trasmettitore). È costituita da un elemento sensibile (resistenza o giunzione termoelettrica), da un tubo di protezione (pozzetto termometrico o guanto) e da una testa di connessione standardizzata.
In ambito industriale, la sonda di temperatura è quasi sempre abbinata a un trasmettitore di temperatura per convertire il segnale grezzo in un segnale normalizzato da 4-20 mA o in un segnale digitale.
Comprendere il funzionamento di una sonda di temperatura è fondamentale per scegliere il dispositivo giusto e garantire misurazioni affidabili nei vostri processi industriali. In parole semplici, una sonda di temperatura è un dispositivo di misura che converte una grandezza fisica, il calore, in un segnale elettrico utilizzabile da un sistema di controllo. Questo principio, apparentemente semplice, si basa in realtà su fenomeni fisici precisi, la cui padronanza determina la qualità dei risultati ottenuti.
Ogni sonda di temperatura si basa su un effetto fisico noto e riproducibile. A seconda della tecnologia scelta, tale effetto varia:
Nel caso delle sonde a resistenza (RTD), il fenomeno sfruttato è la variazione della resistenza elettrica di un materiale conduttore in funzione della temperatura. Quando la temperatura di un metallo puro aumenta, gli atomi vibrano maggiormente e ostacolano il passaggio degli elettroni: la resistenza elettrica aumenta in modo prevedibile e lineare. È proprio questo rapporto tra resistenza e temperatura che consente di calcolare con precisione il valore termico misurato.
Per le sonde a termocoppia, l’effetto sfruttato è l’effetto Seebeck: due metalli di natura diversa, uniti in una giunzione, generano una tensione elettrica non appena si verifica una differenza di temperatura tra la giunzione calda (a contatto con il processo) e la giunzione fredda (punto di riferimento). La tensione prodotta è bassa, dell’ordine dei millivolt, ma è caratteristica di ogni tipo di termocoppia e consente un calcolo preciso della temperatura.
Per quanto riguarda i termistori, l’effetto è simile a quello degli RTD, ma amplificato: si tratta di un componente a semiconduttore la cui resistenza varia in modo molto marcato al variare della temperatura. Il termine “termistore” indica due famiglie:
Queste due famiglie di termistori offrono un’elevata sensibilità, ma un intervallo di misura più ristretto rispetto al platino o al nichel. Questa opzione è interessante per applicazioni con un intervallo termico ridotto che richiedono un’elevatissima precisione di rilevamento.
Per illustrare concretamente il funzionamento di una sonda PT100 in un processo industriale: la sonda è immersa in un liquido di reazione all’interno di un reattore chimico. L’elemento sensibile in platino, a contatto termico con il fluido tramite la guaina in acciaio inossidabile, modifica la propria resistenza in tempo reale. Questo segnale resistivo viene trasmesso tramite un cavo a 4 fili al trasmettitore montato sulla testa della sonda. Il trasmettitore calcola la temperatura corrispondente, applica una compensazione della resistenza di linea ed emette un segnale da 4 a 20 mA al DCS. Il controllore confronta questa lettura con il valore di setpoint e comanda di conseguenza il dispositivo di riscaldamento o raffreddamento.
Questo funzionamento a circuito chiuso illustra il ruolo fondamentale della sonda nel controllo del processo. Senza rilevamenti affidabili alla fonte, qualsiasi sistema di regolazione, per quanto sofisticato, perde in precisione. Ecco perché la scelta, la progettazione e la manutenzione della sonda di temperatura sono attività che non devono lasciare alcun dubbio sulla qualità metrologica dello strumento prescelto.
La sonda RTD (Resistance Temperature Detector) sfrutta la variazione della resistenza elettrica di un metallo puro, generalmente il platino, in funzione della temperatura. Si tratta della tecnologia di riferimento per le applicazioni industriali che richiedono precisione, ripetibilità e tracciabilità metrologica.
La sonda di temperatura PT100 è la variante RTD più diffusa in ambito industriale. La sua resistenza è pari a 100 Ω a 0 °C, in conformità alla norma IEC 60751. Il platino (Pt) viene utilizzato per la sua eccezionale stabilità chimica, la sua linearità su un ampio intervallo di temperatura e la sua riproducibilità da uno strumento all’altro.
Caratteristiche principali:
La sonda di temperatura PT1000 si basa sullo stesso principio fisico e sullo stesso materiale della PT100, ovvero il platino, ma presenta una resistenza nominale di 1 000 Ω a 0 °C, ovvero dieci volte superiore. Questa differenza, apparentemente di natura tecnica, comporta conseguenze pratiche significative che la rendono una scelta adeguata in numerosi contesti.
Caratteristiche principali:
| Criteri | PT100 | PT1000 |
|---|---|---|
| Resistenza a 0 °C | 100 Ω | 1 000 Ω |
| Sensibilità alle resistenze dei cavi | Elevata | Debole |
| Accesso consigliato | 3 o 4 fili | Possibilità di 2 fili |
| Compatibilità con i sistemi standard | Molto ampio (standard industriale) | Ampio (attrezzature moderne) |
| Compatibilità elettronica a basso consumo | Meno adatta | Adatta |
| Norma di riferimento | IEC 60751 | IEC 60751 |
| Applicazioni preferite | Industria pesante, processi | Lunghe distanze, regolazione, settore terziario |
La sonda a termocoppia si basa sull'effetto Seebeck: due metalli di natura diversa uniti in una giunzione generano una tensione elettrica proporzionale alla differenza di temperatura tra la giunzione calda (punto di misura) e la giunzione fredda (punto di riferimento).
Le termocoppie sono classificate in base a tipi standardizzati (J, K, T, E, N, R, S, B), ciascuno dei quali copre un intervallo di temperatura e un campo di applicazione specifici.
Caratteristiche principali:
Nei reattori, negli scambiatori di calore, nelle colonne di distillazione e negli impianti di cracking, la misurazione della temperatura è fondamentale per controllare le reazioni esotermiche, ottimizzare le rese e garantire la sicurezza dei processi in pressione. Un monitoraggio accurato consente inoltre di limitare le variazioni di produzione, ridurre i rischi di incidenti e migliorare l’efficienza energetica degli impianti. Le sonde PT100 multizona dotate di pozzetti termometrici ad alta pressione e certificate ATEX Zona 1 garantiscono una misurazione affidabile e duratura, anche in atmosfere potenzialmente esplosive e ambienti altamente corrosivi.
I processi di fermentazione, sterilizzazione (WFI, SIP, autoclavi) e liofilizzazione richiedono un controllo estremamente preciso della temperatura al fine di garantire la qualità dei prodotti e la riproducibilità dei processi. La tracciabilità metrologica è indispensabile per soddisfare i requisiti normativi e facilitare gli audit di qualità. Le sonde RTD PT100 di classe A, fornite con certificati di taratura ISO 17025, soddisfano i requisiti GMP (Good Manufacturing Practices) nonché le normative FDA ed EMA. Garantiscono una misurazione stabile e riproducibile durante l’intero ciclo di produzione.
Nei generatori di vapore, nelle turbine, nelle caldaie, nei circuiti di raffreddamento e nei sistemi ausiliari, la misurazione della temperatura fornisce dati in tempo reale ai sistemi di monitoraggio, protezione e regolazione degli impianti. Il rilevamento tempestivo delle variazioni termiche contribuisce a prevenire i guasti alle apparecchiature, a ottimizzare l’efficienza energetica e a garantire la disponibilità delle unità di produzione. Le sonde a termocoppia di tipo K o N, note per la loro rapidità di risposta e la resistenza alle alte temperature, consentono un monitoraggio affidabile delle apparecchiature sottoposte a sollecitazioni più intense.
I pastorizzatori, gli sterilizzatori, gli essiccatoi, i forni a tunnel, le vasche di cottura e le linee di confezionamento richiedono una misurazione precisa della temperatura per garantire la sicurezza alimentare, la qualità dei prodotti e la conformità ai requisiti sanitari. Le sonde di temperatura igieniche, conformi alle raccomandazioni EHEDG e alle norme 3-A, sono progettate con raccordi Tri-Clamp e superfici in acciaio inossidabile 316L adatte al contatto con gli alimenti. Resistono alle procedure di pulizia e sterilizzazione in loco (CIP/SIP), garantendo al contempo un'eccellente ripetibilità delle misurazioni e una manutenzione semplificata.
La scelta di una sonda di temperatura si basa su cinque criteri fondamentali: l'intervallo di misura, la precisione richiesta, le condizioni ambientali, la compatibilità del segnale e i vincoli normativi.
Fase 1: Definire l'intervallo di temperatura
L'intervallo di misura determina la scelta tra RTD (fino a 850 °C) e termocoppia (fino a 1 750 °C). Al di sotto dei 600 °C, si preferisce generalmente la sonda PT100 per la sua maggiore precisione.
Fase 2: Valutazione delle condizioni di processo
Pressione, vibrazioni, presenza di agenti corrosivi, zona ATEX: questi parametri determinano il tipo di protezione meccanica (pozzetto termometrico, guaina, grado di protezione IP) e i materiali (Inconel, Hastelloy, acciaio inossidabile 316L).
Fase 3: Specificare la precisione richiesta
La classe di precisione (A, B, 1/3 DIN) incide direttamente sul costo. Riservate la classe A alle misurazioni di controllo qualità o di sicurezza; la classe B è sufficiente per il monitoraggio di routine dei processi.
Fase 4: Scegliere il segnale di uscita
Integrare la sonda nella propria architettura esistente: segnale passivo (resistenza pura) con trasmettitore remoto, oppure sonda con trasmettitore integrato nella testa (4-20 mA / HART).
Fase 5: Verificare le certificazioni richieste
ATEX, SIL, igienica (EHEDG), nucleare (RCC-M): individuate le norme applicabili al vostro impianto prima di effettuare qualsiasi ordine.
intervallo di temperatura
condizioni di processo
precisione richiesta
segnale di uscita
certificazioni richieste
| Criteri | Sonda PT100 (RTD) | Sonda termocoppia |
|---|---|---|
| Principio di misurazione | Variazione della resistenza di un elemento in platino (100 Ω a 0 °C) | Tensione termoelettrica generata da due metalli diversi |
| Intervallo di temperatura | da -200 °C a +850 °C | da -200 °C a +1 600 °C (a seconda del tipo di termocoppia) |
| Precisione | Fino a ±0,15 °C | A seconda del tipo, da ±1 a ±2,5 °C |
| Resistenza alle alte temperature | Fino a 850 °C | Fino a +1.750 °C a seconda del tipo |
| Certificazioni disponibili | IEC 60751, ATEX, IECEx, ISO 9001, certificato di taratura COFRAC / ISO 17025 (su richiesta) | IEC 60584, ATEX, IECEx, ISO 9001, certificato di taratura COFRAC / ISO 17025 (su richiesta) |
| Segnale di uscita | Resistenza (a 2, 3 o 4 fili) | Tensione (mV) |
| Applicazioni consigliate | Processi che richiedono un'elevata precisione: settore agroalimentare, farmaceutico, chimico, HVAC, laboratori | Processi ad alta temperatura: forni industriali, trattamento termico, metallurgia, industria del vetro, cementifici, incenerimento, centrali elettriche |
| Vantaggio principale | Elevatissima precisione ed eccellente stabilità nel tempo | Ampio intervallo di temperatura e grande robustezza |
Entrambe sono sonde RTD in platino utilizzate come strumenti di misura della temperatura in ambito industriale. La PT100 presenta una resistenza di 100 Ω a 0 °C, mentre la PT1000 ha una resistenza di 1 000 Ω a 0 °C. È importante tenere conto di questa differenza al momento di scegliere il proprio impianto. La PT1000 è meno sensibile alle resistenze di cablaggio ed è particolarmente adatta alle lunghe distanze di trasmissione, soprattutto nel collegamento a 2 fili. In ambito industriale, tuttavia, la PT100 con montaggio a 3 o 4 fili rimane il punto di riferimento grazie alla sua precisione e al suo utilizzo consolidato.
Tutte le sonde di temperatura Fuji Electric destinate alle zone ATEX sono certificate secondo la direttiva 2014/34/UE (ATEX) e la norma IECEx. La scelta della categoria (1G, 2G, 3G per i gas; 1D, 2D, 3D per le polveri) dipende dalla classificazione della zona definita dall’analisi dei rischi del vostro impianto. Tale analisi tiene conto di numerosi parametri quali il processo, il livello di rischio e l’ambiente operativo. I nostri ingegneri vi affiancano e vi forniscono tutte le informazioni e le raccomandazioni necessarie per selezionare la sonda più adatta alla vostra applicazione.
La taratura di una sonda di temperatura consiste nel confrontare le sue misurazioni con quelle di un termometro o di uno standard di riferimento tracciabile al SI (bagno termostatico o forno di taratura). Questa operazione consente di verificare la precisione dello strumento e di rilevare eventuali derive nel tempo. Si raccomanda di calibrare le sonde PT100 di classe A ogni 12-24 mesi, a seconda dell’applicazione e dei requisiti normativi (ISO 9001, BPF, FDA). Fuji Electric France offre un servizio di calibrazione in loco o presso un laboratorio accreditato COFRAC.
Un pozzetto (o thermowell) è un componente di protezione meccanica che isola la sonda dal fluido di processo. La sua funzione è quella di proteggere l’elemento di misura dalla pressione, dalla velocità del fluido o dagli ambienti corrosivi, consentendone al contempo la sostituzione senza interrompere la produzione. A seconda dell’applicazione, può essere realizzato in acciaio inossidabile, in leghe specifiche o in altri materiali compatibili con il processo. Il suo dimensionamento, effettuato secondo la norma ASME PTC 19.3 TW, garantisce la sua resistenza alle vibrazioni indotte dai vortici.
Sì. Le sonde di temperatura con testa integrata combinano l’elemento sensibile (RTD o termocoppia) e un trasmettitore elettronico in un alloggiamento compatto montato direttamente sul processo. Questa soluzione integra tutte le funzioni di misura in un unico dispositivo e fornisce un segnale standardizzato da 4-20 mA (con o senza HART) direttamente utilizzabile dal vostro DCS o PLC. Evita gli errori legati alle lunghe distanze di cablaggio, semplifica l’installazione e facilita eventuali modifiche future alla strumentazione. Questa configurazione migliora inoltre l’affidabilità complessiva del sistema e riduce i costi di manutenzione.
La scelta dei materiali dipende dall'ambiente di misura e dalle prestazioni richieste. Gli elementi sensibili delle sonde RTD sono realizzati in platino, mentre le termocoppie utilizzano diverse combinazioni di metalli, tra cui alcune leghe a base di rame, nichel o cromo a seconda del tipo. Le guaine di protezione sono generalmente in acciaio inossidabile o in leghe specifiche adatte agli ambienti corrosivi. In alcuni strumenti di misura o laboratori, il vetro può essere utilizzato anche per applicazioni particolari.
Avete bisogno di strumentazione termica? I nostri esperti di Fuji Electric France analizzano la vostra applicazione e vi propongono la soluzione più adatta alle vostre esigenze di processo, normative e di budget.
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