Termoresistenze

Le misure di temperatura lato acqua vengono effettuate mediante un sensore a quattro fili PT100, comunemente denominata termoresistenza. Il funzio- namento si basa sulla seconda legge di Ohm che afferma che la resistenza di un conduttore `e direttamente proporzionale alla resistivit`a e alla lunghezza del medesimo mentre `e inversamente proporzionale alla sezione:

R = ρ l

A (2.2)

Dove:

R `e la resistenza del conduttore ρ `e resistivit`a del conduttore l `e lunghezza del conduttore A `e l’area del conduttore

Variando la temperatura, varia la resistenza del conduttore RT, che rispet- to alla resistenza iniziale R0, pu`o essere formulata mediante la seguente relazione:

RT = R0(1 + αT ) (2.3)

Dove:

RT `e la resistenza alla temperatura di T◦C R0 `e la resistenza alla temperatura di 0◦C

α `e il coefficiente di resistivit`a in funzione della temperatura

Il coefficiente di temperatura α dipende dal tipo di materiale metallico co- stituente la termoresistenza; generalmente Platino (Pt) per la sua maggiore resistenza all’ossidazione e riproducibilit`a delle misure nelle pi`u svariate ap- plicazioni. A 0◦<sub>C presenta un valore di 100 Ω ed `e per questo la termoresi-</sub> tenza viene denominata Pt100, dove Pt sta per Platino e 100 per 100 Ω. Il sistema con cui sono realizzate le termoresistenze pu`o essere:

A filo avvolto (WW): Queste hanno un doppio avvolgimento di platino inserito in un supporto di vetro o ceramica che a sua volta `e sigillato nella parte superiore e inferiore in uno strato protettivo in ceramica, sono rela- tivamente grandi e sensibili alle vibrazioni, ma resistono maggiormente agli shock termici.

A Thine Film (TF): Queste termoresistenze sono realizzate vaporizzando una quantit`a di platino su un substrato in ceramica creando cos`ı un film

di un micron. Quest’ultimo viene poi protetto da una capsula di vetro la quale a sua volta viene ricoperta da un altro strato protettivo di ceramica. Le dimensioni sono pi`u contenute rispetto a quelle a filo avvolto, offrendo cos`ı alcuni vantaggi in caso di vibrazioni; tuttavia a causa delle deformazioni dovute alla temperatura si creano degli stati di sforzo che inficiano la misura di resistenza stessa causando una misura incorretta.

Nella figura 2.6 `e schematizzata una tipica termoresistenza con isolamento in ossido minerale.

Figura 2.6. Termoresistenza

Le termoresistenze possono essere con collegamenti a due, tre o quattro fili e per scegliere correttamente una termoresistenza `e necessario considerare diverse caratteristiche, quali:

Classe di accuratezza: Secondo la norma DIN EN 60751 [8] le termore- sistenze si possono classificare grossolanamente in duce classi, A e B; que- st’ultima risulta corrispondente alla 1 DIN, in questo caso la precisione `e di ±0.2◦_{C, mentre alla classe A risulta associata la} 1

2 DIN che presenta una precisione pari a ±0.1◦_{C; esistono inoltre classi pi`u precise quali la 1/3 DIN} e la 1/10 DIN.

Pozzetto: Il pozzetto serve per disaccoppiare l’elemento sensibile dal con- tatto col fluido di cui si vuol conoscere la temperatura, esso pu`o essere avvita- to o saldato al tubo, mentre l’elemento sensibile viene inserito in quest’ultimo cosparso di pasta conduttiva. I vantaggi nell’utilizzo del pozzetto consistono nel poter operare manutenzione sulla termoresistenza senza dover svuota- re l’impianto e protegge cos`ı la sonda, tuttavia attraverso questo oggetto si aumentano le inerzie termiche e conseguentemente il tempo di risposta.

La termoresistenza senza pozzetto, invece, pu`o presentarsi con il sen- sore di misura liscio o rastremato; in questo caso le inerzie termiche sono inferiori e conseguentemente lo strumento risponde pi`u velocemente ai cam- biamenti di temperatura, il collegamento al processo avviene tramite giunto a compressione che pu`o essere saldato o avvitato al tubo.

Le termoresistenze, sono state acquistate dalla stessa azienda dove `e sta- to comprato il misuratore di portata, optando per delle Rosemount 65 [9] a quattro fili e con la morsettiera in testa alle stesse, cablando i quattro fili dalla morsettiera del PLC, evitando cos`ı giunte lungo il percorso. Nei ca- taloghi Rosemount, si consiglia l’uso di un trasmettitore in testa al sensore che trasforma l’uscita resistiva della termoresistenza in una uscita ampero- metrica a 4-20 mA che non risente delle ulteriori resistenze introdotte dalla lunghezza dei cavi e dai contatti delle morsettiere. L’affidabilit`a delle misure viene cos`ı migliorata in quanto costantemente compensate dal trasmettitore; questo determina una diminuzione dell’incertezza.

Infatti mediante il sensor matching, il trasmettitore e la termoresistenza ad esso collegato vengono calibrati su pi`u punti di misura, interpolando la relazione resistivit`a - temperatura attraverso una cubica e non linearmente.

L’elevata onerosit`a di questi trasmettitori unita alla disponibilit`a di stru- menti di taratura certificati presenti presso il Dipartimento di Energia, sono stati motivi pi`u che validi per farci desistere dall’acquisto. L’uso di una ter- moresistenza calibrata, unita all’impiego di un fornetto Scandura BL 7 [10] rende possibile la calibrazione della sonda e di tutta la catena termometrica, si pu`o inoltre ricreare il sensor matching interpolando la relazione tra resi- stivit`a e temperatura su diversi punti di misura.

Nel fornetto vengono inserite sia la termoresistenza che si vuole calibrare che quella calibrata, mediante lo Scandura B-20 si legge il valore di temperatura che verr`a scritto sul software PLC. Si ripeter`a iterativamente quanto indicato

per diversi valori di temperatura, in modo da ottenere una curva di taratu- ra Resistenza-Temperatura accurata, impostando direttamente le costanti di Callendar Van Dusen sulla scheda del PLC.

Il controllo e la supervisione del processo sul soppalco `e stato affidato a delle termoresistenze di classe B con pozzetto, mentre per il controllo del ∆T tra mandata e aspirazione del sistema in prova sono state scelte delle termoresistenze 1/5 DIN senza pozzetto che verranno inserite in un appo- sito turbolenziatore, utilizzato per uniformare il flusso. Le immagini delle figure 2.7 e 2.8 danno una idea di come sia fatta questa strumentazione di calibrazione.

Figura 2.8. Scandura B-20