Termocoppia vs RTD: scelta di un sensore di temperatura per i test

La temperatura è la misura più comune su un banco di prova, e la prima decisione riguarda il tipo di sensore. Termocoppia vs RTD è una scelta tra intervallo e robustezza da un lato, precisione e stabilità dall'altro. Questo articolo confronta i due tipi di sensore, spiega i dettagli di cablaggio alla base della maggior parte degli errori di misura ed elenca i moduli ICP DAS che leggono ciascun tipo.

Come funzionano i due sensori

Una termocoppia è una giunzione di due metalli diversi. Produce una piccola tensione che dipende dalla differenza di temperatura tra la giunzione di misura e il punto in cui i fili della termocoppia si collegano al rame, il giunto freddo. Una termocoppia di tipo K fornisce circa 41 µV per °C, quindi l'ingresso deve risolvere i microvolt e respingere il rumore.

Un RTD (resistance temperature detector) è un resistore il cui valore aumenta con la temperatura. Un Pt100 ha 100 Ω a 0 °C e varia di circa 0,385 Ω per °C; un Pt1000 ha 1000 Ω a 0 °C. Il modulo di ingresso fa passare una piccola corrente nel sensore e misura la tensione ai suoi capi.

Termocoppia vs RTD in sintesi

Scegli un RTD quando ti servono precisione e stabilità tra circa −200 e +600 °C. Scegli una termocoppia per temperature più alte, sonde piccole o veloci e condizioni meccaniche gravose.

Compensazione del giunto freddo

Una termocoppia misura una differenza. Per ottenere la temperatura assoluta, il modulo misura la temperatura nei propri morsetti e aggiunge la tensione equivalente della termocoppia. Questa compensazione del giunto freddo (CJC) è precisa solo quanto lo è la corrispondenza di temperatura tra i morsetti e il sensore CJC, quindi installa i moduli lontano da fonti di calore e correnti d'aria. Porta il cavo di termocoppia o di estensione compatibile fino ai morsetti di ingresso: un tratto di rame in mezzo crea nuove giunzioni a una temperatura sconosciuta.

Tra gli ingressi ICP DAS, ET-2218HS-16 e USB-4018HS compensano automaticamente su ogni canale. M-7018-16-G e il condizionatore SG-3011 offrono un offset CJC regolabile per una calibrazione fine. Per le schede PCI-1800U, la scheda terminale DB-8225 ha un circuito di giunto freddo sul canale di ingresso analogico 1.

Resistenza dei cavi: collegamenti RTD a 2, 3 e 4 fili

In un collegamento a 2 fili, la resistenza dei cavi si somma direttamente a quella del sensore.

Esempio svolto: un Pt100 collegato con 10 m di cavo di rame da 0,5 mm² vede circa 0,34 Ω per conduttore, cioè 0,69 Ω nel loop. Diviso per 0,385 Ω/°C, la lettura risulta circa 1,8 °C più alta. Lo stesso cavo con un Pt1000 dà un errore di circa 0,18 °C, perché il sensore varia dieci volte tanto per grado.

Un collegamento a 3 fili usa un terzo filo per misurare e sottrarre la resistenza dei cavi, assumendo che tutti i fili siano uguali, ed è la scelta abituale per il cablaggio di banco. Un collegamento a 4 fili porta la corrente di eccitazione su una coppia e misura la tensione sull'altra, eliminando la resistenza dei cavi dal risultato; usalo per calibrazione e misure di riferimento.

M-7015P-G, ET-2215H, ET-7015 e ET-7215 offrono l'eliminazione della resistenza dei cavi a 3 fili. M-7033-G accetta RTD a 2, 3 e 4 fili, con eliminazione della resistenza dei cavi per i collegamenti a 3 e 4 fili.

Tempo di risposta e frequenza di campionamento

Il tempo di risposta del sensore dipende principalmente dalla costruzione e dal contatto termico con l'oggetto in prova. Le giunzioni di termocoppia sottili ed esposte reagiscono più rapidamente; una sonda con guaina di entrambi i tipi reagisce più lentamente al crescere del diametro.

Anche il modulo di ingresso deve campionare abbastanza velocemente. I moduli multicanale standard dividono la frequenza di campionamento tra i canali: M-7018-G campiona 10 Hz complessivi su 8 canali e M-7015-G 12 Hz su 6, adatti a prove termiche lente. Per transitori rapidi, ET-2218HS-16 e USB-4018HS campionano le termocoppie a 100 Hz per canale, e ET-2215H campiona gli RTD a 90 Hz per canale in modalità veloce, con precisione ±0,1 % del FSR contro ±0,05 % in modalità normale a 1,5 Hz. Il condizionatore per termocoppie SG-3011H ha un tempo di risposta selezionabile con interruttore, di 0,5 ms o 100 ms.

Quali moduli ICP DAS sono adatti

Ingressi per termocoppie

• M-7018-G (8 canali) e M-7018-16-G (16 canali): moduli RS-485 con Modbus RTU e DCON, ingressi differenziali per i tipi J, K, T, E, R, S, B, N e C, oltre a intervalli di tensione e corrente. M-7018R-G aggiunge protezione da sovratensione fino a 240 Vrms e rilevamento della termocoppia aperta.
• M-7019R-G: ingresso universale a 8 canali per termocoppie (inclusi i tipi L, M e L DIN43710), tensione e corrente, con intervallo individuale per canale.
• ET-2218HS-16: modulo Ethernet a 16 canali con connettori standard per termocoppie, 100 Hz per canale e CJC automatica.
• USB-4018HS e USB-4018HS-16: 8 o 16 canali su USB, alimentati dal bus, precisione ±0,5 °C e 100 Hz per canale.

Ingressi RTD

• M-7015-G: modulo RS-485 a 6 canali per Pt100, Pt1000, Ni120, Cu50, Cu100 e Cu1000 con rilevamento del filo aperto; M-7015P-G aggiunge l'eliminazione della resistenza dei cavi a 3 fili. M-7033-G ha 3 canali per RTD a 2, 3 o 4 fili.
• ET-2215H e ET-2215H-16: 8 o 16 canali RTD ad alta velocità su Ethernet, 90 Hz per canale.
• ET-7015 e ET-7215: moduli RTD Ethernet a 7 canali progettati per il cablaggio RTD a lunga distanza.

Condizionatori di segnale

Per schede DAQ o PLC con ingressi di tensione o corrente, SG-3011 (termocoppia) e SG-3013 (RTD) convertono un sensore in un'uscita di tensione o corrente, con isolamento trifase da 1000 VDC.

Invia i tuoi tipi di sensore, intervalli di temperatura, numero di canali e frequenza di campionamento richiesta al nostro team di vendita tecnica, e ti suggeriremo i moduli adatti.