Per garantire operazioni efficienti e sicure, molte applicazioni di processo si affidano a una termoresistenza (RTD) a filo avvolto o a film sottile. Questi due tipi di termoresistenze hanno proprietà diverse e ciascuno ha i suoi pro e contro. In realtà, si tratta di un confronto tra mele e pere. Ad aumentare la confusione c’è il fatto che la normativa europea tiene conto delle differenze, mentre quella americano le considera uguali.
Quale delle due ha prestazioni migliori, una termoresistenza a filo o a film sottile? La risposta dipende da diverse variabili, in particolare dall’ambiente di processo. Ad aumentare la confusione ci sono le diverse normative, IEC e ASTM.
Per capire quale sia la termoresistenza industriale più adatta alle vostre applicazioni, è utile comprendere la composizione di ciascun sensore e approfondire i vantaggi e gli svantaggi.
Differenze tra resistenze a filo e a film sottile
Se si considera la tecnologia più datata, le resistenze a filo avvolto sono costituite da un sottile filo di platino avvolto e fuso all’interno di un involucro di vetro o incorporato nella ceramica. Le resistenze a filo avvolto su vetro possono sopportare una certa quantità di vibrazioni, ma diventano meno precise a temperature superiori a +400°C, quando le proprietà del vetro iniziano a cambiare. Questo cambiamento aumenta la conduttività elettrica e fa perdere precisione al sensore. Le resistenze a filo avvolto su ceramica, invece, subiscono una minore deriva dovuta alle forze meccaniche durante le variazioni di temperatura, ma sono suscettibili di rottura in presenza di vibrazioni.
Termoresistenza a film sottile
In una resistenza a film sottile, uno strato molto sottile di platino viene depositato su un supporto ceramico. Lo strato di platino e le connessioni dei fili vengono poi sigillate con uno strato di vetro. Lo svantaggio di questo tipo di RTD è che lo strato di platino, la base ceramica e lo strato di vetro si comportano in modo diverso a seconda della temperatura. Quando le temperature sono troppo basse (-50°C) o troppo alte (+500°C), la misura effettuata con una resistenza a film sottile può discostarsi maggiormente dal valore reale rispetto a quella di una resistenza a filo avvolto. Questa deviazione non ha nulla a che vedere con la qualità dei materiali e della lavorazione, ma è il risultato della progettazione e del tipo di materiali utilizzati ed è trattata nella norma IEC.
Il lato positivo è che le resistenze a film sottile sono piccole e resistono molto bene alle vibrazioni, grazie alla loro massa (peso) e alla loro costruzione. Sono anche più sensibili sulla punta. Inoltre, poiché questo tipo di RTD utilizza solo una minima quantità di platino rispetto alla ampia lunghezza del metallo prezioso di una resistenza a filo, le termoresistenze a film sottile sono meno costose.
La norma IEC 60751
A causa delle dimensioni maggiori, del prezzo più elevato e della sensibilità alle vibrazioni, le resistenze a filo avvolto stanno perdendo il loro favore e vengono sostituite da resistenze a film sottile. La norma IEC 60751 (DIN EN 60751) per le termoresistenze industriali al platino e i sensori di temperatura al platino è stato corretto nel 2008 per tenere conto delle differenze tra resistenze a filo e a film sottile. Essa elenca separatamente le classi di tolleranza e gli intervalli di temperatura (Tabella 1). Con questa norma, non c’è spazio per interpretazioni errate, poiché definisce chiaramente le classi di accuratezza per ogni tipo di termoresistenza.
Campo di temperatura di validità | |||
| Classe di tolleranza | Valori di tolleranza* | ||
| Resistenza a filo avvolto | Resistenza a film sottile | ||
| AA | −50… +250 °C | 0… +150 °C | ±(0.1 + 0.00017 |t|) |
| A | −100… +450 °C | −30… +300 °C | ±(0.15 + 0.002 |t|) |
| B | −196… +600 °C | −50… +500 °C | ±(0.3 + 0.005 |t|) |
| C | -196… +600 °C | −50… +600 °C | ±(0.6 + 0.01 |t|) |
*|t| = modulo della temperatura in °C senza tener conto del segno
Tabella 1: Norma IEC 60751 per sonde che utilizzano resistenze a filo e a film sottile
Vantaggi e svantaggi delle diverse termoresitenze
Le condizioni del processo determinano il tipo di termoresistenza industriale più adatto all’applicazione, in quanto ciascuno di essi presenta pro e contro.
Vantaggi delle resistenze a filo avvolto
- Elevata accuratezza lungo l’intero campo di temperatura, richiesta in alcuni ambienti di laboratorio o per applicazioni come le misure fiscali
Svantaggi delle resistenze a filo avvolto
- Non resistente alle vibrazioni
- Ingombro maggiore (circa 25 mm) in lunghezza
- Fino a 10 volte più costose delle termoresistenze a film sottile
Vantaggi delle resistenze a film sottile
- Dimensioni compatte (circa 3 mm di lunghezza)
- Resistenti alle vibrazioni, grazie alla loro massa ridotta e all’assenza di parti mobili, sono ideali per l’uso in compressori e applicazioni su cuscinetti
- Struttura del sensore sensibile in punta
- Circa 1/10 del costo rispetto alla versione a filo avvolto
Svantaggi delle resistenze a film sottile
- Perdita di accuratezza alle basse e alte temperature
In sintesi, se occorre una termoresitenza altamente accurata in un ampio campo di temperatura, soprattutto per i campi scala a temperature più alte, il costo maggiore di una resistenza a filo avvolto vale la spesa aggiuntiva.
D’altra parte, le termoresistenze a film sottile sono ideali per le applicazioni alimentari, farmaceutiche e igienico-sanitarie, dove le temperature di processo tipiche sono inferiori a +250 °C. Utilizzando la più recente tecnologia a film sottile, la famiglia di termoresistenze miniaturizzate TR21 di WIKA rappresenta una soluzione economica e poco ingombrante per la misura della temperatura di fluidi liquidi e gassosi. Ogni termoresistenza è dotata di un’uscita diretta del sensore (Pt100/Pt1000 in versione a 3 o 4 fili) o di un trasmettitore integrato con segnale di uscita 4 … 20 mA. Tutte gli attacchi al processo soddisfano i severi requisiti delle applicazioni igienico-sanitarie. I componenti elettrici sono protetti dall’umidità. È possibile scegliere la lunghezza di immersioni, il tipo di attacco al processo, il sensore e il metodo di connessione in base alle proprie esigenze.
Grazie al loro basso costo e ad altri vantaggi, i sensori a film sottile stanno diventando sempre più popolari per molte applicazioni, anche se non tutte. Non siete ancora sicuri di quale termoresistenza industriale utilizzare per la vostra situazione particolare? Non esitate a contattarci: il team di esperti sulla misura di temperatura WIKA sarà lieto di fornirvi ulteriore assistenza.