RTD 
 sensori di temperatura 

I sensori RTD operano sulla base di una relazione prevedibile tra temperatura e resistenza (R/T). Questa resistenza aumenta con la temperatura e la variazione è misurabile con precisione.

Gli elementi in platino sono i più comunemente usati grazie alla loro stabilità termica e al loro ampio intervallo di misurazione. Il rame, sebbene molto lineare, è limitato a 150°C a causa dell'ossidazione. Il nichel diventa non lineare oltre i 300°C.

Il coefficiente di temperatura della resistenza, indicato come α, esprime questa variazione. Per i RTD industriali, lo standard più comune è α = 0,00385 Ω/(Ω·°C). Questo valore può variare leggermente a seconda della purezza del platino utilizzato.

Per garantire l'accuratezza di un sensore RTD nel suo intervallo operativo, deve essere calibrato a varie temperature, non solo a 0°C e 100°C. Questo verifica l'affidabilità della sua curva resistenza/temperatura (R/T) in condizioni reali.

• I due metodi principali sono: Il metodo del punto fisso, utilizzato nei laboratori, si basa su temperature di riferimento molto stabili (punto di congelamento, punto triplo…) di sostanze pure come acqua, zinco o stagno. Offre una precisione fino a ±0,001°C.
• Il metodo di confronto, più comune nell'industria, utilizza un bagno di ghiaccio come standard secondario (±0,005°C). È semplice, economico e consente di calibrare più sonde contemporaneamente.

Ci sono diversi tipi di elementi RTD, ognuno con caratteristiche specifiche a seconda dell'uso, dell'intervallo di temperatura o della precisione attesa : 

• Elementi a film sottile : uno strato sottile di platino depositato su un substrato ceramico. Compatti ed economici, ma meno stabili a lungo termine. Temperatura max: ~600°C con incapsulamento.
• Elementi avvolti in filo : filo di platino avvolto su un nucleo isolante. Molto precisi ma sensibili a stress meccanici.
• Elementi a spirale : un'evoluzione degli elementi avvolti in filo, progettati per consentire al filo sensore di espandersi liberamente in un mandrino ceramico. Molto stabili e robusti fino a 850°C.
• Elementi senza deformazioni : utilizzati nei laboratori (SPRT), offrono estrema precisione ma sono fragili. Operano fino a 960°C.
• Elementi di carbonio : per temperature estremamente basse (-173°C a -273°C). Economici e riproducibili, ma raramente utilizzati nell'industria. 

La norma IEC 60751:2008 specifica le tolleranze e le caratteristiche degli RTD, in particolare Pt100 e Pt1000, in base alla loro resistenza nominale a 0°C.

È comunemente utilizzato con SPRT secondari e RTD industriali. I termometri in fase di calibrazione vengono confrontati con termometri calibrati utilizzando un bagno con temperatura uniformemente stabile. A differenza delle calibrazioni a punto fisso, i confronti possono essere effettuati a qualsiasi temperatura tra -100°C e 500°C. Questo metodo può essere più conveniente, poiché più sensori possono essere calibrati simultaneamente con attrezzature automatizzate. Questi bagni riscaldati elettricamente e ben mescolati utilizzano oli di silicone e sali fusi come mezzi per diverse temperature di calibrazione.

Un rivelatore di temperatura a resistenza (RTD) misura la temperatura rilevando la variazione della resistenza elettrica di un metallo (spesso platino) in risposta alla temperatura. A differenza delle termocoppie, richiede una fonte di alimentazione esterna.

La variazione di resistenza segue una relazione quasi lineare, modellata dall'equazione di Callendar–Van Dusen. Per rimanere stabile e accurato, il filo sensibile (spesso platino) deve essere protetto da contaminazione e deformazione meccanica.

• I sensori sono generalmente progettati per avere 100 Ω a 0°C.
• Vengono utilizzati due standard : il coefficiente di 0.00385/°C (standard europeo IEC 60751) e 0.00392/°C (standard americano).
• Gli errori relativi ai fili di connessione vengono corretti utilizzando configurazioni a 3 o 4 fili — la versione a 3 fili è la più comune nell'industria, mentre la versione a 4 fili è utilizzata per misurazioni ad alta precisione.

Vantaggi :

• Alta precisione : Ideale per misurazioni di temperatura impegnative. - Bassa deriva: gli RTD mantengono l'affidabilità nel tempo.
• Ampio intervallo operativo : Utilizzabile tra -200°C e +600°C (o più con versioni speciali).
• Buona stabilità : Riproducibilità delle misurazioni a lungo termine.

Limitazioni : 

• Temperature estreme : Meno adatti oltre 660°C a causa dei rischi di contaminazione da platino. Inefficaci al di sotto di -270°C.
• Tempo di risposta più lento : Rispetto ai termocoppie.
• Meno sensibili dei termistori per piccole variazioni di temperatura.

Un rivelatore di temperatura a resistenza (RTD) consiste tipicamente in :

• Un elemento sensibile (spesso platino),
• Conduttori isolati, realizzati in PVC, PTFE, o silicone per temperature < 250°C, e fibra di vetro o ceramica oltre a questo.
• Una guaina protettiva, spesso lega metallica, che protegge contro danni chimici o meccanici e funge anche da punto di montaggio.

Il design di questa guaina è cruciale per garantire la durata del sensore in ambienti industriali.

I sensori RTD sono classificati in tre categorie principali in base alla loro precisione e utilizzo :

• SPRT (Termometro a resistenza in platino standard): Utilizzati in laboratorio, offrono la massima precisione (±0.001°C) su un intervallo da -200°C a 1000°C. Realizzati con platino puro e materiali di alta qualità (quarzo, silice), sono costosi e fragili.

• SPRT secondario : Anche progettati per laboratori, ma con materiali più accessibili (meno platino puro, isolatori in ceramica). Meno precisi (±0.03°C) e limitati a un massimo di 500°C, ma più accessibili.

• PRT industriale: Progettati per ambienti esigenti. Robusti, utilizzano elementi a film sottile o avvolti in filo con guaine in acciaio inossidabile. Meno precisi rispetto alle versioni da laboratorio, ma ben adatti per applicazioni industriali.

I sensori RTD sono classificati in tre categorie principali in base alla loro precisione e utilizzo :

• 1. Configurazione a 2 fili

Semplice ed economica ma non molto precisa; la resistenza dei cavi distorce la misurazione.

➡️ Migliore per applicazioni in cui la precisione non è critica.

• 2. Configurazione a 3 fili

Il miglior compromesso tra costo e precisione.

➡️ Compensa la resistenza del filo, ampiamente utilizzata nell'industria.

• 3. Configurazione a 4 fili

La più precisa. Elimina completamente l'influenza dei cavi e riduce gli errori dovuti agli effetti termoelettrici.

➡️ Utilizzato in applicazioni metrologiche o altamente sensibili.