Il Pt100 svolge un ruolo fondamentale nella misurazione industriale della temperatura di liquidi, gas e solidi ed è disponibile in diverse versioni. Scoprite di più sul sensore di temperatura intelligente, il suo design e il suo funzionamento!
Il Pt100 è il sensore più utilizzato nei termometri industriali e cambia la sua resistenza elettrica in base alla temperatura. Collegato a un'unità di valutazione, la temperatura del sensore può essere determinata dalla resistenza misurata. Il Pt100 è spesso indicato anche come sensore Pt100 o sensore di resistenza.
Il Pt100 viene normalmente utilizzato come sensore di temperatura a chip di platino e consiste in un supporto ceramico sul quale viene applicato un sottile strato di platino mediante un processo di sputtering. In virtù del ridottissimo spessore dello strato depositato, il sensore è anche comunemente detto “a film sottile”. Al rivestimento di platino viene quindi data una forma a serpentina mediante un processo fotolitografico. I terminali sono saldati su piazzole, a loro volta rivestite da uno strato di vetro che ne riduce la deformabilità. Un ulteriore strato di vetro fuso protegge e isola la serpentina da agenti esterni.
Struttura di un sensore Pt100
Misura di un sensore Pt100
Una Pt100 con fili di collegamento viene utilizzata principalmente nella misurazione della temperatura elettrica industriale nelle sonde di temperatura RTD.
Inoltre, i sensori a film sottile sono disponibili in versione SMD (Surface Mounted Device). Questi non hanno collegamenti a filo, ma sono saldati direttamente sulla scheda di circuito tramite cappucci di connessione saldabili.
Struttura di un sensore Pt100 in versione SMD
Misura di un sensore Pt100 in versione SMD
I sensori Pt100 di tipo DMD sono adatti per la misurazione della temperatura superficiale o ambientale sulle schede di circuito e sono la scelta preferita per il monitoraggio della temperatura o per i circuiti di compensazione. Inoltre, un uso popolare dei sensori SMD è la costruzione di inserti di misura per sonde di temperatura. Una scheda di circuito viene automaticamente equipaggiata con sensori Pt100 di tipo SMD per formare un inserto di misura preassemblato che può essere inserito in un pozzetto. Tali sonde sono utilizzate, ad esempio, in gran numero per la misurazione della quantità di calore.
I sensori di temperatura con chip in platino esistono dal 1980. Hanno sostituito in larga misura i sensori Pt100 con un avvolgimento a filo di platino utilizzato fino ad allora. Il rivestimento di questi sensori è in vetro (sensore di vetro) o in ceramica (sensore di ceramica).
Struttura di un sensore in vetro
Struttura di un sensore in ceramica
Le misurazioni oltre gli 800 °C sono rese possibili da questi sensori. In applicazioni speciali, i sensori con avvolgimento a filo sono usati tutt'oggi (per esempio nei laboratori). In ogni caso, i sensori di temperatura con chip in platino sopra descritti vengono utilizzati.
"Pt" sta per platino e il numero 100 designa la resistenza di base di 100 ohm a 0 °C.
A 0 °C, una Pt100 ha una resistenza di riferimento pari a 100 Ohm. Con l'aumento della temperatura, il sensore aumenta la propria resistenza di circa 0,38 ohm/kelvin (cioè per ogni °C di variazione di temperatura). La linea caratteristica risponde alla norma DIN EN 60751, consentendo il tal modo all’ elettronica di acquisizione di fare riferimento ad una standard.
Per ulteriori informazioni in merito alle applicazioni dei sensori Pt100 nei termometri elettrici, guarda il video.
Il funzionamento di un Pt100 descritto sopra può essere facilmente analizzato nella tabella di resistenza del Pt100.
Il Pt100 riporta i valori della resistenza in intervalli di 1 °C:
|
°C
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
0 |
100.000 |
100.391 |
100.781 |
101.172 |
101.562 |
101.953 |
102.343 |
102.733 |
103.123 |
103.513 |
|
10 |
103.903 |
104.292 |
104.682 |
105.071 |
105.460 |
105.849 |
106.238 |
106.627 |
107.016 |
107.405 |
|
20 |
107.794 |
108.182 |
108.570 |
108.959 |
109.347 |
109.735 |
110.123 |
110.510 |
110.898 |
111.286 |
|
30 |
111.673 |
112.060 |
112.447 |
112.835 |
113.221 |
113.608 |
113.995 |
114.382 |
114.768 |
115.155 |
|
40 |
115.541 |
115.927 |
116.313 |
116.699 |
117.085 |
117.470 |
1178.56 |
118.241 |
118.627 |
119.012 |
|
50 |
119.397 |
119.782 |
120.167 |
120.552 |
120.936 |
121.321 |
121.705 |
122.090 |
122.474 |
122.858 |
|
60 |
123.242 |
123.626 |
124.009 |
124.393 |
124.777 |
125.160 |
125.543 |
125.926 |
126.309 |
126.692 |
|
70 |
127.075 |
127.458 |
127.840 |
128.223 |
128.605 |
128.987 |
129.370 |
129.752 |
130.133 |
130.515 |
|
80 |
130.897 |
131.278 |
131.660 |
132.041 |
132.422 |
132.803 |
133.184 |
133.565 |
133.946 |
134.326 |
|
90 |
134.707 |
135.087 |
135.468 |
135.848 |
136.228 |
136.608 |
136.987 |
137.367 |
137.747 |
138.126 |
|
100 |
138.506 |
138.885 |
139.264 |
139.643 |
140.022 |
140.400 |
140.779 |
141.158 |
141.536 |
141.914 |
Per i sensori di temperatura metallici un polinomio può essere usato per calcolare la resistenza del sensore a diverse temperature.
La formula standard per il polinomio del secondo ordine è:
R(T) = R0 x (1 + A x ϑ + B x ϑ2)
R0: Resistenza base a 0 °C
ϑ: Temperatura in °C
A, B: Coefficienti individuali del sensore
Per il Pt100, la resistenza di base è di 100 Ω e i coefficienti sono 3.9083 ×10-3 °C-1 (A) e -5.775 ×10-7 °C-2(B). Sostituito nel polinomio, la formula del Pt 100 è:
R(T) = 100 Ω x (1 + 3.9083 ×10-3 °C-1 x ϑ - 5.775 ×10-7 °C-2x ϑ2)
La formula è valida per temperature positive.
Esistono anche dei sensori in platino con resistenze di base pari a1000 ohms (a 0 °C). Altre resistenze nominali possono essere calcolate, ma sono molto rare.
La tecnologia a film sottile permette di effettuare misurazioni in un range di temperatura che va da -70 a +600 °C.
Anche i margini di tolleranza sono definiti dallo standard. Per le resistenze a film sottile, esistono classi di tolleranza o classi di precisione Pt100 che vanno da F 0.1 (alta precisione) a F 0.6 (bassa precisione). È possibile calcolare la massima tolleranza consentita ad una data temperatura grazie alla formula definita dallo standard.
| Classi di precisione del Pt100 | |
|---|---|
| Classi di tolleranza | Scostamento dei limiti [K] |
| F 0,1 | ±(0,1 + 0,0017 x ItI) |
| F 0,15 | ±(0,15 + 0,002 x ItI) |
| F 0,3 | ±(0,3 + 0,005 x ItI) |
| F 0,6 | ±(0,6 + 0,01 x ItI) |
Here are two examples:
Determinazione della tolleranza per un sensore di classe F 0,1 e ad una temperatura di 100 °C:
±(0,1+0,0017 x I100I= ± 0,27 K (corrisponde a ±0,27 °C)
Determinazione della tolleranza per un sensore di classe F 0,3 ad una temperatura di 400 °C:
±(0,3+0,005 x I400I= ± 2,3 K (corrisponde a ±2,3 °C)
I sensori Pt100 hanno una grande stabilità a lungo termine, il che è dovuto principalmente alla resistenza del materiale (platino). La curva caratteristica dei sensori è standardizzata. Se la curva caratteristica è disponibile in un'unità di valutazione, è possibile valutare il segnale di temperatura. Grazie alla standardizzazione, l'acquisto di parti di ricambio per i sensori o per i termometri assemblati è molto semplice.
