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Taratura sonde di temperatura: cosa sapere

01/12/2021 da Endress+Hauser, pubblicato in Servizi di taratura

Taratura sonde di temperatura: cosa sapere

Posted by Endress+Hauser on 01/12/2021

Molti processi produttivi, specialmente nel settore farmaceutico, chimico e alimentare, richiedono una frequente taratura degli strumenti

La taratura dei termometri (sonde di temperaturatermocoppie, il principio è lo stesso) generalmente avviene circa ogni sei mesi. Il processo richiede di interrompere l’operatività per rimuovere lo strumento e portarlo in un laboratorio in cui verificare tutte le specifiche.

I recenti sviluppi nella tecnologia dei sensori di temperatura, tuttavia, ora consentono a un termometro industriale di auto-determinare se effettivamente necessita di taratura, eliminando così inutili viaggi in laboratorio.

In questo articolo esamineremo la necessità di frequenti tarature delle sonde di temperatura e in che modo la tecnologia dei sensori sta rendendo il processo più facile e meno costoso.

 

 

Casi studio Taratura strumenti Verifica

 

Strumenti di misura delle temperatura: verifica e taratura

Le sonde di temperatura sono un fattore determinante nello sviluppo dei processi e nel controllo di qualità del prodotto finale. Questo è il motivo per cui è essenziale applicare i controlli metrologici basati su un approccio metodico attentamente pianificato, soprattutto perché ci sono molti fattori significativi che influenzano l’incertezza di misura.

La verifica e la taratura in campo dei dispositivi di misura della temperatura sono molto spesso limitate alle occasioni critiche, riguardanti il breve tempo di smontaggio delle sonde, e quindi non riferiscono una panoramica completa sul funzionamento dei dispositivi. Questa pratica  può avere conseguenze importanti sul controllo qualità del prodotto finale: il metodo di riferimento utilizzato, la procedura applicata e numerosi fattori esterni possono comportare errori significativi nella taratura dei dispositivi. È quindi importante analizzare e misurare attentamente gli effetti dei vari metodi di taratura al fine di soddisfare le esigenze più critiche nel modo più efficace possibile. Ad esempio, è necessario rivolgersi ad un  laboratorio di taratura per una calibrazione accurata e certificata. 

Quali sono i sensori di temperatura più utilizzati nel panorama industriale? Ecco una panoramica.

 

Sensore di temperatura Pt100

Il sensore a resistenza più utilizzato è la Pt100. Si tratta di una resistenza di misura sensibile alla temperatura realizzata in platino, che a 0 °C ha un valore di resistenza pari a 100 Ω. Il coefficiente di temperatura è fisso e pari a α = 0,003851 °C-1.

I sensori Pt100 possono essere costruiti in diversi formati:

  • Pt100 con sensori in ceramica a fili avvolti (Wire Wound): un tubo in ceramica contiene un doppio avvolgimento costituito da un filo capillare di platino ultrapuro. Questo tubo, a sua volta, è sigillato nella parte superiore ed inferiore con uno strato protettivo in ceramica. Questi sensori presentano una curva caratteristica di resistenza/temperatura che si mantiene molto stabile nel tempo all'interno di campi di temperatura fino a 600° C.
  • Pt 100 con sensori a film sottile (Thin Film): sotto vuoto viene applicato un sottilissimo rivestimento di circa 1 μm di platino polverizzato su una piastra ceramica, che viene quindi strutturata con un processo fotolitografico. I conduttori di platino così ottenuti costituiscono la resistenza di misura. I vantaggi rispetto alle versioni a fili avvolti sono dati dalle minori dimensioni e dalla maggiore resistenza alle vibrazioni. I sensori a film sottile sono utilizzati per misure di temperatura fino a 500° C.

Termocoppia

Una termocoppia è un componente composto da due metalli diversi collegati tra di loro a un'estremità. Se la connessione e le estremità libere sono esposte a temperature differenti, sull'estremità aperta si può generare un potenziale elettrico (forza termoelettrica) dovuto all'effetto Seedbeck. Con l'aiuto delle cosiddette tabelle di riferimento delle termocoppie (IEC 60584) è possibile desumere la temperatura alla connessione (giunzione di misura). Le termocoppie sono adatte alla misura della temperatura in un campo da 0° C a +1800° C e si contraddistinguono per il tempo di risposta rapido e l'elevata resistenza alle vibrazioni.

 

Quindi, come tarare le sonde di temperatura?

taratura temperatura

 

Se non è necessario mandare il sensore in laboratorio, si può ricorrere alla taratura in loco.

Per prima cosa, sarà necessario disporre di una temperatura nota in cui immergere la sonda e verificare tale valore con uno strumento di riferimento.

Tipicamente si utilizzano fornetti di taratura o bagni liquidi, che forniscono una precisione abbastanza buona nell’individuazione dello 0° C (32° F).

Naturalmente il sensore di riferimento dovrebbe avere un certificato di taratura valido e tracciabile

Per quanto riguarda le caratteristiche termodinamiche, il sensore di riferimento dovrebbe essere il più simile possibile rispetto alla sonda da tarare, per garantire che gli strumenti si comportino allo stesso modo durante le variazioni di temperatura. Inoltre, il sensore di riferimento e il sensore da tarare devono essere immersi alla stessa profondità nella sorgente di temperatura.

Le sonde di temperatura più comunemente utilizzate sono le RTD Pt100 a tre fili, in platino. L'elevata precisione e la risposta rapida sono molto importanti per la misura della temperatura, quindi questi sensori sono regolarmente tarati per mantenere l'accuratezza.

 

Un’innovazione tecnologica per tarare le sonde di temperatura

taratura sonde di temperatura

L'innovativo sensore iTherm Trustens di Endress+Hauser, con auto-taratura ciclica.

A differenza dei processi CIP/SIP, la taratura delle sonde di temperatura non viene sempre eseguita tra le esecuzioni batch.

Uno dei motivi è che la taratura richiede un tempo non indifferente ed è necessario che l'intero processo sia offline, con conseguente riduzione della produzione. Molto spesso, quindi  la pratica di taratura delle sonde di temperatura comporta riduzioni della produzione inaccettabili, perciò si tende a rimandare questo processo, portando pericolosamente gli strumenti verso una potenziale deriva.

Occorre quindi prendere in considerazione prodotti e sensori che hanno una migliore stabilità a lungo termine, una deriva inferiore e (se possibile) un auto-monitoraggio per indicare se un sensore è fuori tolleranza tra i cicli di taratura.

Endress+Hauser ha sviluppato iTHERM TrustSens: la prima sonda di temperatura al mondo con un’innovativa tecnologia che permette l’auto-taratura in linea e l’auto-monitoraggio continuo delle condizioni operative.

Per saperne di più, ti invitiamo a leggere l’articolo “iTHERM TrustSens: il sensore di temperatura con taratura automatica e ciclica”.

 

 

In conclusione, la temperatura è una misura così critica nei processi industriali, che richiede una regolare taratura delle sonde. La maggior parte degli impianti tara i sensori circa ogni sei mesi, ma le sonde possono perdere precisione durante gli intervalli di taratura, potenzialmente rovinando lotti costosi.

La nuova tecnologia sviluppata da Endress+Hauser consente agli RTD di auto-tararsi alla fine di ogni lotto e, quando è necessaria la taratura manuale, un’altra innovazione di casa madre tedesca elimina la necessità di scollegare i fili, dimezzando i tempi di taratura.

 

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