SONDE DI TEMPERATURA PT100 & PT1000

NE555   Tutorial in cui Verranno Illustrate le Differenze e Caratteristiche delle Termoresistenze PT100 e PT1000…


 
 
 
 




 

INTRO

Questi tipi di sensori di temperatura sono dette termoresistenze, ovvero una variazione di temperatura crea una variazione della resistenza elettrica dell’elemento. In particolare questo componente ha un coefficiente di temperatura positivo, ovvero se la temperatura aumenta, aumenta la sua resistenza elettrica. Nella sigla dei componenti, la parte PT, ha una doppia funzione, indica il coefficiente positivo e i inoltre indica che questo tipo di elemento è fatto di Platino, in particolare una lamella sottilissima di platino.

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Questo tipo  di sensori vengono utilizzati per misure di temperatura elevata, ovvero fino a 500°C, permettono di misurare temperature al di sotto dello 0 e inoltre essendo molto economici nelle versioni base sono largamente utilizzati.

 




 

CARATTERISTICHE E DIFFERENZE

Entrambe i sensori sono passivi, ovvero bisogna iniettare una corrente costante al loro interno per avere una risposta in tensione proporzionale alla temperatura.

La prima differenza evidente è anche indicata dal nome, infatti 100 o 1000 nella sigla indica il valore della resistenza elettrica del sensore quando vesso è a una temperatura di 0°C e in particolare la resistenza è di 100 Ohm per le PT100 e ovviamente 1000 Ohm per le PT1000.

I pregi di questo tipo di sensori rispetto agli NTC (coefficiente di temperatura negativa, costruiti in materiale semiconduttore) sono: migliore stabilità a lungo termine (mantiene lo stesso valore di resistenza se la temperatura non varia anche per tempi lunghi), isteresi molto bassa (se la temperatura va a crescere o a decrescere, la misura per una determinata temperatura è la stessa), un campo di temperatura esteso così come un elevata precisione e linearità di misura.

Il sensore vero e proprio è chiuso in un tubo metallico, quindi vi sarà una certa inerzia di misura, ovvero se la temperatura varia bruscamente la risposta del sensore non sarà istantanea, ma in particolare per questa famiglia ci vogliono dagli 8 ai 30 secondi per rilevare una brusca variazione di 50°C. Anche se può sembrare lento, tutti i sensori hanno una certa inerzia.

La caratteristica resistenza-temperatura dei due sensori è la seguente:

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Quindi l’unica differenza apprezzabile è la diversa resistenza iniziale, che ovviamente si traduce in una maggiore variazione di resistenza al variare della temperatura. In termini pratici la differenza è solo nella lettura, infatti a parità di corrente di eccitazione la sonda PT1000 avrà una tensione maggiore a parità di temperatura rispetto la PT100, inoltre la tensione varierà in quantità maggiore al variare della temperatura.

Si potrebbe usare una sonda PT100 con un amplificatore con guadagno 10 per ovviare al problema.

La sonda PT1000 inoltre ha un vantaggio, permette una misura accurata a due fili, ovvero la resistenza dei terminali, influenza di poco il valore della resistenza del sensore, permettendo di usare una soluzione più economica come vedremo in seguito.

 

CONNESSIONE DEL SENSORE

Come detto in precedenza il sensore va eccitato, il metodo migliore è quello di usare una corrente costante, ma una soluzione rapida ed economica è quella di fare un partitore resistivo tra una resistenza di valore noto e il sensore PT100 o PT1000:

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L’uso del sensore PT100 o PT1000 in questo caso è lo stesso, quello che è importante notare è che la tensione che varia con la temperatura non è lineare, quindi diventa più difficile convertire l’informazione di tensione in una informazione di temperatura, complicando il codice dell’eventuale microcontrollore.

La soluzione più semplice è quella di usare un riferimento di corrente:

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Ad esempio si sa che la resistenza varia di 2 Ohm ogni grado, si fornisce una corrente di 1mA quindi vi sarà una variazione lineare di tensione al variare della temperatura e in particolare la variazione sarà di 2mV ogni grado centigrado, considerando che a 0°C si hanno 1mA*100 Ohm = 100mV e poi +2mV ogni grado sopra i 0°C mentre -2mV per ogni grado sotto lo 0.

Il riferimento di corrente può essere creato con uno specchio di corrente, un circuito integrato apposito oppure un regolatore di tensione 78xx come illustrato in un articolo precedente.

Ora non rimane che illustrare la connessione del sensore. Solitamente questi sensore hanno dei conduttori molto lunghi, circa un metro. La resistenza dei connettori è di circa 3 Ohm per ogni cavo, che si sommano alla resistenza del sensore ottenendo ad esempio 106 Ohm quando vi sono 0°C creando problemi di misura se si usa una misura a 2 cavi. I metodi di connessione sono sostanzialmente 3:

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La connessione a 2 fili è quella più influenzata dalla resistenza delle connessioni perché la tensione generata su entrambi i conduttori si somma alla tensione generata sul sensore dalla corrente di eccitazione. Il problema più grosso è che anche la tensione sui conduttori può variare con la temperatura ma in modo indesiderato e non prevedibile.

Nella misura a 3 fili si elimina l’influenza di un conduttore e si preleva la tensione con un conduttore apposito per la lettura (S+). Il conduttore di lettura verrà connesso ad un ADC, quindi non vi fluirà corrente e quindi non ci saranno tensioni parassite su questo conduttore. La connessione per la massa dello strumento di lettura è però condivisa introducendo un piccolo errore.

Il metodo migliore è quello a 4 fili dove nei fili + e GND fluisce la corrente di pilotaggio e la tensione ai capi del sensore viene letta grazie ai fili S+ e S- dove non scorre corrente e quindi non si hanno tensioni non volute che si sommano alla tensione del sensore.

Gli svantaggi in ordine, è il numero dei cavi necessari, mentre per la misura a 4 fili è che bisogna usare un amplificatore operazionale in configurazione differenziale, a cui connettere S+ e S- rispettivamente ai pin positivo e negativo in modo tale da avere la tensione sul sensore riferita a massa.




 

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