Nella scelta del giusto trasmettitore di pressione è di estrema importanza conoscere le temperature che entreranno in gioco. Se la tecnica di misurazione impiegata non è adeguatamente compensata in funzione della temperatura si verificano gravi imprecisioni e altri rischi.
Per questo gli utenti devono conoscere già in anticipo quali temperature sono previste nel caso specifico della loro applicazione. Stiamo parlando di due valori: la temperatura del fluido e la temperatura ambientale. Entrambi i valori sono importanti. La temperatura del fluido è il valore con cui entra in contatto la connessione di pressione. La temperatura ambientale è il valore che si verifica nell’ambiente di applicazione e riguarda, infine, i collegamenti elettrici. Questi due valori possono differire molto tra loro e avere conseguenze diverse.
Perché la temperatura è un fattore importante?
I materiali utilizzati nei trasmettitori di pressione piezoresistivi presentano una certa dipendenza dalla temperatura (Qui potete leggere maggiori informazioni sul comportamento termico dei sensori di pressione piezoresistivi). Il comportamento della misura dei trasmettitori di pressione varia, quindi, in base alla temperatura. Di conseguenza, si verificano offset del punto zero legati alla temperatura ed errori di intervallo. In parole semplici,se si applica una pressione di 10 bar a 25°C e, una seconda volta, a 100 °C si otterranno valori diversi. Nell’analisi di una scheda tecnica per gli utenti, questo significa che valori di accuratezza eccellenti in realtà servono a poco se la compensazione della temperatura non è adeguata.
Oltre ad evitare gravi errori di misura, la funzionalità meccanica dello strumento di misura dipende dalla temperatura presente. Questo riguarda in prima linea i componenti come i collegamenti elettrici e i cavi utilizzati per la trasmissione dei valori misurati. In questo ambito pochissimi materiali standard sopportano temperature intorno o addirittura superiori a 100 °C. Le prese e i cavi stessi possono sciogliersi o prendere fuoco. Insomma, oltre che sulla precisione delle misurazioni, la temperatura incide anche sulla sicurezza operativa.
Fortunatamente gli utenti non devono convivere con questi rischi, dal momento che i trasmettitori di pressione possono essere ottimizzati per varie condizioni di temperatura: da un lato grazie alla compensazione della temperatura, dall’altro grazie all’aggiunta di elementi di raffreddamento e all’utilizzo di materiali particolarmente resistenti al calore.
Gli errori di temperatura possono essere evitati
I produttori dei sensori di pressione lavorano con la compensazione della temperatura. I prodotti della STS, ad esempio, di default sono ottimizzati per temperature di funzionamento comprese tra 0 °C e 70 °C. Più la temperatura di applicazione si allontana da questi valori, maggiore sarà l’incertezza della misurazione. Uno strumento di misura ottimizzato per un intervallo da 0 °C a 70 °C, ma impiegato a temperature intorno a 100 °C, non raggiunge i valori di accuratezza indicati. In questo caso bisogna utilizzare un sensore che sia compensato per temperature intorno a 100 °C.
Esistono due tipi di compensazione della temperatura:
- la compensazione passiva: si collegano dei resistori dipendenti dalla temperatura al ponte di Wheatstone
- la compensazione attiva (compensazione polinomiale): in un armadio riscaldato si applicano diverse pressioni a temperature crescenti. Queste pressioni vengono confrontate con i valori di un campione di calibrazione. I coefficienti di temperatura così ottenuti vengono inseriti nell’elettronica del trasmettitore di pressione in modo che gli errori di temperatura possano in pratica essere compensati “attivamente”.
La compensazione della temperatura attiva è il metodo da preferire, poiché dà risultati più precisi.
In ogni caso, la compensazione della temperatura ha i suoi limiti. Come già accennato, la temperatura non influisce solo sulla precisione dei trasmettitori di pressione. A partire da temperature di 150 °C anche i componenti meccanici della cella di misura soffrono. A tali temperature i contatti e i collanti possono staccarsi, danneggiando il sensore. Nel caso in cui si prevedano delle temperature del mezzo molto elevate servono degli elementi di raffreddamento aggiuntivi per garantire la funzionalità del sensore.
Elementi di raffreddamento a temperature del mezzo molto elevate
Per proteggere il trasmettitore di pressione dalle temperature molto elevate esistono quattro varianti che, a seconda dell’applicazione e della temperatura, è possibile adottare.
Variante A: Temperature del mezzo fino a circa 150 °C
Questa variante prevede l’integrazione di un elemento di raffreddamento ad aletta tra la cella di misura e l’amplificatore. Lo scopo è separare l’elettronica dall’applicazione così che questa non venga danneggiata dalle temperature elevate.
Variante B: Temperature superiori a 150 °C
Se il fluido è estremamente caldo, già prima della connessione di pressione viene avvitato un elemento di raffreddamento (ad esempio alette di raffreddamento avvitate su entrambi i lati). La connessione di pressione entra così in contatto solo con il mezzo raffreddato. Queste alette di raffreddamento non hanno alcun tipo di influenza sull’accuratezza del sensore. Se il mezzo è un vapore molto caldo, come elemento di raffreddamento si utilizza un tubo dell’acqua ad estremità chiusa o un sifone.
Variante C: Temperature particolarmente elevate (fino a 250 °C)
Quando la temperatura del fluido è molto alta, può essere utilizzato un sistema di isolamento anteriore dotato di una sezione di raffreddamento. Questa variante, però, è piuttosto ingombrante e influenza negativamente l’accuratezza.
Trasmettitore di pressione con separatore anteriore dotato di una sezione di raffreddamento per temperature del mezzo fino a 250 °C
Variante D: Caso particolare di armadio riscaldato o camera climatica
Quando è necessario effettuare delle misure della pressione in un armadio riscaldato con temperature ambientali fino a 150 °C, non è possibile esporre l’elettronica del trasmettitore di pressione a tali temperature senza danneggiare il dispositivo. In questo caso solo la cella di misura (con connettore di pressione e corpo in acciaio inossidabile) si trova all’interno dell’armadio, mentre un cavo FEP resistente alle alte temperature collega la cella con l’elettronica (comunque alloggiata in un corpo in acciaio inossidabile) all’esterno dell’armadio.
Conclusioni: la chiave è la consulenza
La precisione dei sensori di pressione è influenzata dalle condizioni di temperatura. Per far sì che il sensore di pressione utilizzato soddisfi le esigenze di accuratezza per l’intervallo di temperatura previsto, le temperature che agiscono sulla connessione di pressione possono essere compensate passivamente o attivamente. Inoltre, bisogna considerare anche l’influenza che ha la temperatura ambientale sui componenti meccanici dello strumento di misura. Grazie agli elementi di raffreddamento montati anteriormente e ai materiali resistenti al calore è possibile tenere sotto controllo anche questo aspetto. Gli utenti dovrebbero quindi affidarsi ad una profonda consulenza da parte del produttore, assicurandosi che i trasmettitori di pressione proposti possano essere ottimizzati per le proprie specifiche applicazioni.