“Una sonda di temperatura misura, nella migliore delle ipotesi, solamente la propria temperatura”. L’obiettivo è quindi quello di equalizzare la temperatura del sensore in modo che venga misurata la temperatura del fluido. Solo allora la sonda visualizzerà la temperatura effettiva del fluido.
Principi da considerare
- Il calore si sposta sempre da un corpo più caldo a uno più freddo
- I corpi a temperatura differente lottano per bilanciare la differenza di temperatura che vi è tra di loro
Il calore si sposta da un corpo più caldo a uno più freddo
Lotta per il bilanciamento della differenza di temperatura
Trasferimento del calore tra la sonda di temperatura e l’ambiente
Una sonda di temperatura trasferisce il calore tramite il proprio pozzetto termometrico e i suoi componenti interni nell’ambiente. In questo caso di presume che la temperatura ambiente sia inferiore a quella del fluido. Nella situazione opposta, il fluido di processo si riscalda prendendo calore dalla sonda.
In generale questo significa che ogni sonda di temperatura dissipa calore. L’arte della fabbricazione delle sonde è quindi quella di minimizzare l’errore risultante da questo fenomeno.
Fattori che influenzano l’amplificazione della dissipazione termica
- Differenza di temperatura tra il fluido da misurare e la temperatura ambiente della sonda
- Capacità termica del fluido da misurare
- Capacità termica della sonda di temperatura (e dei suoi componenti)
- Coefficiente di penetrazione termico del materiale della sonda di temperatura
- Conducibilità termica della sonda di temperatura (e dei suoi componenti)
- Rapporti di massa (pozzetto, tubo di estensione, fluido da misurare)
L’esecuzione fisica della sonda è, in ultima analisi, la considerazione della somma di tutti i fattori suddetti.
Componenti della sonda con alta dissipazione termica
- Sonde di temperatura elettriche: pozzetto, guaina esterna del cavo MI, conduttori
- Sonde di temperatura ad espansione di gas: pozzetto, bulbo, capillari
- Sonde di temperatura bimetalliche: pozzetto, striscia di bimetallo
La dissipazione termica si verifica, quindi, in modo predominante tramite i componenti metallici della sonda; tuttavia, l’aria presente nella sonda trasporta anche il calore sebbene in misura molto minore. La dissipazione termica è, per lo stesso materiale, anche maggiore e la maggiore area efficace è quella attraverso la quale viene trasportato il calore.
Maggiori sono la massa della sonda e del pozzetto e maggiore è la sua conducibilità termica, maggiore è l’energia termica che può essere estratta dal punto di misura.
Condizioni per prevenire gli errori dovuti alla dissipazione termica
Esempio del punto di misura per il quale ci si aspetta un considerevole errore di dissipazione/misura.
- L’esecuzione fisica di una sonda di temperatura deve corrispondere ai requisiti del punto di misura (per quanto sia possibile dal punto di vista fisico)
- La sonda deve essere immersa nel fluido la cui temperatura dev’essere misurata in modo sufficientemente profondo. Se ciò non avviene, in certe condizioni il calore si disperde nei dintorni e il sensore non avrà sufficiente energia termica per rilevare adeguatamente la temperatura del fluido. La classe di accuratezza richiesta sarà quindi mantenuta a mala pena
- Il punto di misura deve essere, per quando impossibile, ben isolato.
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