Termometri a resistenza e termocoppie

Istruzioni per l’uso
e di montaggio
00809-0302-2654
revisione AA, settembre 2001
Termometri a resistenza
e termocoppie
Istruzioni
per l’uso
Montaggio e avvertenze per
l’installazione di termometri a
resistenza e termocoppie
AVVERTENZA
Leggere queste istruzioni prima di iniziare ad utilizzare l’apparecchio. Per la Vostra sicurezza personale e per la sicurezza dei sistemi collegati, nonché per un utilizzo ottimale dell’apparecchiatura è assolutamente indispensabile aver letto e compreso il contenuto delle
presenti istruzioni per l’uso, prima di effettuare l’installazione o qualsiasi intervento di
manutenzione.
Nel caso abbiate domande da porre, si prega di rivolgersi al competente ufficio vendite
della Rosemount.
!
ATTENZIONE
L’apparecchiatura descritta in questo documento non è adatta all’impiego presso impianti
nucleari.
L’utilizzo di prodotti la cui applicazione non è prevista negli impianti nucleari può essere
causa misure errate.
Informazioni relative alle apparecchiature Rosemount previste per l’utilizzo nucleare possono essere richieste presso l’ufficio vendite Rosemount presso il quale siete soliti rivolgerVi.
Rosemount ed il logo Rosemount sono marchi di fabbrica registrati della Rosemount Inc.
Fotografia di copertina: Generalità-sensori di temperatura e trasmettitori
2
Indice
CAPITOLO 1
Misura della temperatura
mediante termometri a
resistenza
Descrizione e principio di misura ...........................................................
Struttura ...................................................................................................
Modalità di collegamento ........................................................................
Settori di impiego .....................................................................................
CAPITOLO 2
Misura della temperatura
mediante termocoppie
Descrizione e principio di misura ........................................................... 9
Installazione dei tubi di protezione ...................................................... 10
Cavi e collegamenti ................................................................................ 11
Settori di impiego ................................................................................... 11
CAPITOLO 3
Montaggio di armature
di protezione
Prescrizioni e regolamentazioni ...........................................................
Sollecitazioni di funzionamento ......................................................
Coppie di serraggio per filetti .........................................................
Montaggio di armature di protezione con fissaggio a flangia ......
Installazione di armature di protezione in ceramica
all’interno di impianti sottoposti a temperatura di esercizio .......
Collegamento di trasmettitori ........................................................
APPENDICE
5
5
7
8
13
13
13
13
14
14
Appendice I
Limiti di tolleranza per termoresistenze ....................................... 15
Appendice II
Limiti di tolleranza per termocoppie .............................................. 15
3
Montaggio e avvertenze per l’installazione di termometri a resistenza e termocoppie
4
Capitolo
1
Misura della temperatura mediante
termometri a resistenza
Descrizione e principio di misura ............................................ Pagina
Struttura ....................................................................................... Pagina
Modalità di collegamento .......................................................... Pagina
Settori di impiego ....................................................................... Pagina
DESCRIZIONE E
PRINCIPIO DI MISURA
5
5
7
8
La misura della temperatura mediante i termometri a resistenza è
basata sulla caratteristica, comune a tutti conduttori e i semiconduttori,
di modificare la propria resistenza elettrica al variare della temperatura. Detta caratteristica è presente in una forma più o meno pronunciata a seconda dei diversi materiali. Questa variazione della resistenza
elettrica al variare della temperatura (dR/dt) viene definita come
coefficiente di temperatura. Il suo valore non è costante nell’intero
campo di temperatura che viene preso in considerazione, bensì viene
piuttosto a costituire esso stesso una funzione della temperatura. La
correlazione tra la resistenza e la temperatura è rappresentata da un
polinomio matematico di ordine superiore.
In Figura 1 è rappresentata la variazione della resistenza al variare
della temperatura per un termometro a resistenza Pt 100.
Figura 1:
Caratteristica Pt 100
STRUTTURA
La resistenza sensibile alle variazioni di temperatura – normalmente
in platino – viene applicata su un supporto adatto, sotto forma di un
avvolgimento di misura.
Questo avvolgimento di misura può essere fuso in vetro o incorporato
in una massa ceramica. Per soddisfare i moderni requisiti rivolti a
misure più precise e valori di resistenza più alti, vengono applicati
sottilissimi strati di platino anziché fili su di un substrato di ceramica
(cfr. Fig. 2).
5
Montaggio e avvertenze per l’installazione di termometri a resistenza e termocoppie
Figura 2:
Resistori di precisione in vetro, ceramica
e a film sottile
Per proteggere questi resistori di precisione dalle sollecitazioni meccaniche (pressione, portata dei fluidi) e dall’azione degli agenti chimici,
vengono installati abitualmente in appositi tubi di protezione (inserti
di misura). In questo modo viene garantita anche la possibilità di sostituzione del sensore senza la necessità d’interrompere il processo.
Poiché i termometri a resistenza appartengono alla categoria dei termometri di contatto (il resistore di precisione deve assumere la temperatura del mezzo del quale occorre effettuare la misura), è necessario
adattare le armature di protezione agli scopi di utilizzo e alle condizioni
di installazione (cfr. fig. 3).
Figura 3:
Componenti dei termometri a resistenza
6
MODALITA’ DI
COLLEGAMENTO
Impiegando un termometro a resistenza per la misurazione della temperatura occorre tener conto che il risultato della misura stessa sarà
influenzato dalla resistenza del cavo di collegamento impiegato.
Si utilizzano abitualmente tre collegamenti diversi: a 2, a 3 o a 4 fili.
Le misurazioni più precise sono quelle consentite dal collegamento a
4 fili, poichè in questo caso la misura non è influenzata nè dalla resistenza dei fili nè dalla temperatura ambiente alla quale i fili stessi
sono sottoposti.
Applicando il collegamento a 3 fili viene eliminata l’influenza della
resistenza dei fili di collegamento (ponte di Wheatstone).
Nel collegamento a 2 fili la resistenza dei cavi viene completamente
misurata dal circuito del ponte. Nei moderni dispositivi di regolazione,
applicando la tecnica a 2 fili, è possibile compensare l’influsso della
resistenza dei cavi per mezzo di una resistenza di compensazione
indipendente dalla temperatura (cfr. fig. 4).
Figura 4:
Rappresentazione delle diverse modalità
di collegamento
7
Montaggio e avvertenze per l’installazione di termometri a resistenza e termocoppie
SETTORI DI IMPIEGO
I termometri a resistenza possono essere impiegati in un campo di
temperatura che va da -220 °C a +600 °C.
I vantaggi nell’utilizzo dei termometri a resistenza:
• Utilizzo in un campo ambito di temperatura
• Resistenza alle vibrazioni
• Stabilità nel lungo periodo
• Grande robustezza
• Alta precisione
I termometri a resistenza trovano applicazione nei seguenti settori:
• Industria chimica
• Industria petrolchimica
• Industria farmaceutica
• Generazione energia
• Industria metalmeccanica
• Industria alimentare
• Industria mineraria
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Capitolo
2
Misura della temperatura mediante
termocoppie
Descrizione e principio di misura ............................................ Pagina 9
Installazione dei tubi di protezione ........................................ Pagina 10
Cavi e collegamenti .................................................................. Pagina 11
Settori di impiego ..................................................................... Pagina 11
DESCRIZIONE E
PRINCIPIO DI MISURA
Una termocoppia è costituita da due conduttori elettrici di materiale
diverso che sono collegati tra loro ad un’estremità (giunto di misura).
Le due estremità aperte formano il punto di compensazione, detto anche
giunto di riferimento. La termocoppia può essere prolungata utilizzando
un cavo di estensione o di compensazione. I cavi di estensione o di compensazione possono essere collegati ad uno strumento indicatore, per es.
ad un galvanometro o ad uno strumento di misura elettronico (cfr. fig. 5).
Figura 5
La forza elettro-motrice che si manifesta sul giunto di riferimento dipende dal materiale dei due fili e dalla differenza di temperatura tra il
giunto di misura e il giunto di riferimento. Per le misure di temperatura,
occorre mantenere costante la temperatura del giunto di riferimento
(ad es. 0 °C) oppure la stessa deve essere nota in maniera assai precisa,
ciò al fine di eseguire una relativa correzione in mV (cfr. fig. 6).
Figura 6
9
Montaggio e avvertenze per l’installazione di termometri a resistenza e termocoppie
I cavi di estensione sono costruiti col medesimo materiale delle termocoppie corrispondenti (ad es. Cu-CuNi, Fe-CuNi), i cavi di compensazione
invece con materiali equivalenti.
I cavi di compensazione forniscono fino a 200 °C la medesima forza
elettro-motrice delle corrispettive termocoppie. Le forze elettro-motrici
delle termocoppie sono stabilite dalle Norme.
Ad es.
PtRh30%-PtRh6%
Fe-CuNi
NiCr-NiAl
PtRh87/13%-Pt
PtRh90/10%-Pt
E altri come riferito nella norma DIN EN
Tipo B
Tipo J
Tipo K
Tipo R
Tipo S
60584-1
nonché
Fe-CuNi
Tipo L
Cu-CuNi
Tipo U
Queste termocoppie e cavi di compensazione non
possono più essere adottate negli impianti di nuova
costruzione (forza elettro-motrice come riferito nella
norma DIN 43710).
Le tabelle delle forze elettro-motrici sono disponibili
presso i costruttori.
I cavi di compensazione correlati alle singole termocoppie sono caratterizzati da particolari colori di identificazione, poiché per ogni termocoppia può essere utilizzato soltanto il cavo di compensazione del
materiale adatto. Per i cavi di compensazione unificati vale la norma
DIN EN 60584. Occorre tuttavia rispettare le temperature massime
consentite, indicate dal costruttore.
Le termocoppie vengono generalmente fornite pronte all’uso, cioè in
tubi di protezione che ne impediscono il danneggiamento dovuto
all’azione di forze meccaniche o di agenti chimici.
INSTALLAZIONE DEI TUBI
DI PROTEZIONE
I tubi di protezione delle termocoppie devono essere adattati alle
rispettive condizioni di utilizzo. I fili di termocoppia in metallo prezioso vengono protetti dalle impurità per mezzo di un tubo di prote
zione ceramico, anche qualora venga utilizzato un tubo di protezione
metallico.
In presenza di alte temperature i tubi di protezione devono essere installati possibilmente in posizione verticale, eventualmente sospesi;
ciò al fine di evitare una flessione con tutti i danni conseguenti a carico
del tubo di protezione e del termoelemento. Qualora per particolari
ragioni non possa essere evitata l’installazione in posizione orizzontale,
occorrerà fornire un adeguato supporto ai tubi di protezione.
10
CAVI E COLLEGAMENTI
Al momento della posa e del collegamento dei cavi di estensione o di
compensazione occorre fare attenzione che il polo positivo della termocoppia sia collegato al morsetto positivo dello strumento indicatore e
che il conduttore positivo e quello negativo non vengano scambiati tra
di loro. Per evitare questa possibilità il conduttore positivo e quello negativo sono caratterizzati in maniera riconoscibile.
Tutti i morsetti di collegamento devono essere puliti e dal serrati
strettamente. I rispettivi poli positivi e negativi dovrebbero avere la
medesima temperatura.
I cavi di compensazione tra termocoppia e strumento indicatore devono
corrispondere alle normative per i cavi di potenza (VDE 0250). In casi
eccezionali sono consentiti anche cavi in ottemperanza alle normative per
i cavi isolati in impianti di telecomunicazioni (VDE 0810).
SETTORI DI IMPIEGO
Nel campo di temperatura sotto lo zero le termocoppie possono essere
impiegati fino a -200 °C. Per le temperature superiori ai 1000 °C si
utilizzano termocoppie in platino e in lega di platino e rodio.
I vantaggi nell’utilizzo delle termocoppie:
• Campi di temperatura estremamente alti
• Rapidi tempi di risposta
• Tipologie costruttive a ingombro ridotto
• Altissima resistenza alle sollecitazioni
• Stabilità nel lungo periodo
• Grande robustezza
Le termocoppie trovano applicazione nei seguenti settori:
• Industria chimica
• Industria petrolchimica
• Industria farmaceutica
• Produzione energia
• Industria metalmeccanica
• Industria alimentare
• Industria mineraria
• Industria dei metalli
• Industria ceramica e del vetro
11
Montaggio e avvertenze per l’installazione di termometri a resistenza e termocoppie
12
Capitolo
3
Montaggio di armature di protezione
Prescrizioni e regolamentazioni ...................................... Pagina 13, 14
PRESCRIZIONI E
REGOLAMENTAZIONI
Per il montaggio di armature di protezione occorre rispettare le
seguenti direttive:
VDE/VDI 3511
Direttiva/Misurazione tecnica della temperatura
VDE/VDI 3512
Disposizione per le misurazioni della temperatura
AD – Fogli della istruzione (1)
Comunità di lavoro recipienti a pressione
TRB – Regolamento tecnico costruzione recipienti
Vd – Norme TÜV
(1)
(1)
Sollecitazione di funzionamento
Per le armature di protezione valgono le sollecitazioni meccaniche
indicate nel disegno.
Per le armature di protezione secondo DIN 43763 e DIN 43772 valgono
i dati di sollecitazione indicati nelle norme per i rispettivi tipi.
Coppie di serraggio per filetti
Per i filetti di armature di protezione secondo DIN 43763 e DIN 43772,
nonché equiparabili armature di protezione secondo specifiche del
cliente.
G 3 8, G ½
G¾
50 Nm
100 Nm
Per filettature similari vanno applicate allo stesso modo le coppie di
serraggi sopraindicate.
(1)
Da considerare in presenza di tubi di protezione saldati, materiale, giunto saldato e provino per prove di compressione
in base a condizioni di esercizio.
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Montaggio e avvertenze per l’installazione di termometri a resistenza e termocoppie
Montaggio di armature di protezione con fissaggio a
flangia
La guarnizione deve essere scelta in base alle esigenze richieste.
Al momento dell’installazione delle guarnizioni occorre prestare
attenzione al corretto posizionamento.
Le viti di fissaggio devono essere bloccate in maniera uniforme secondo
lo schema a croce.
Installazione di armature di protezione in ceramica in
impianti in esercizio ad alta temperatura
Temperatura dell’impianto:
1600 °C
velocità di innesto
1–2 cm/min
1200 °C
velocità di innesto
10–20 cm/min
Collegamento di trasmettitori
Nel collegamento di trasmettitori di misura occorre rispettare le
prescrizioni di installazione, collegamento e collaudo del costruttore.
14
Appendice
A
Appendice I e Appendice II
APPENDICE I
Limiti di tolleranza per termoresistenze secondo DIN EN 60751 e DIN 43760
Valori di riferimento
Secondo
DIN EN 60751
Resistori di
precisione
in Pt
Limiti di tolleranza
Secondo
DIN 43760
Resistori di
precisione
in Ni
°C
Ohm
Ohm/K
Ohm
Ohm/K
-200
-100
-60
0
100
200
250
300
400
500
600
700
800
850
18,49
60,25
0,44
0,41
100,00
138,50
175,84
0,39
0,38
0,37
±0,24
±0,14
69,5
100,0
161,8
240,7
289,2
±0,55
±0,35
0,47
0,55
0,69
0,90
1,04
212,02
247,04
280,90
313,59
345,13
375,71
390,26
0,35
0,34
0,33
0,33
0,31
0,30
0,29
Secondo
DIN EN 60751
Resistori di
precisione in Pt
Secondo
DIN 43760
Resistori di
precisione in Ni
classe A
Ohm
corrisp.°C
classe B
Ohm
corrisp.°C
±0,56
±0,32
±0,06
±0,13
±0,20
±0,15
±0,35
±0,55
±0,12
±0,30
±0,48
±0,3
±0,8
±1,3
±0,27
±0,33
±0,38
±0,43
±0,75
±0,95
±1,15
±1,35
±0,64
±0,79
±0,93
±1,06
±1,17
±1,28
±1,34
±1,8
±2,3
±2,8
±3,3
±3,8
±4,3
±4,6
Ohm
corrisp.°C
±1,0
±0,2
±0,8
±1,6
±2,3
±2,1
±0,4
±1,1
±1,8
±2,1
±1,3
±0,8
APPENDICE II
Limiti di tolleranza per termocoppie secondo DIN EN 60584-2
classe
Tolleranze
(±)
Tipo T
Tolleranze
(±)
Tipo E
Tipo J
Tipo K
Tolleranze
1
(1)
(1)
(1)
(±)
Tipo R e S
Tipo B
2
3(2)
0,5 °C oppure 0,004 x |t|
1 °C oppure 0,0075 x |t|
1°C oppure 0,015 x |t|
Le tolleranze sono valide nell’ambito di temperatura
da -40 °C a 350 °C
da -40 °C a 350 °C
da -200 °C a 40 °C
1,5 °C oppure 0,004 x |t|
2,5 °C oppure 0,0075 x |t|
2,5 °C oppure 0,015 x |t|
Le tolleranze sono valide nell’ambito di temperatura
da -40 °C a 800 °C
da -40 °C a 900 °C
da -200 °C a 40 °C
da -40 °C a 750 °C
da -40 °C a 750 °C
--da -40 °C a 1000 °C
da -40 °C a 1200 °C
da -200 °C a 40 °C
1,0 °C oppure
1,5 °C oppure 0,0025 x |t|
4 °C oppure 0,005 x |t|
[1+(t-1100) x 003] °C
Le tolleranze sono valide nell’ambito di temperatura
da 0 °C a 1600 °C
da 0 °C a 1600 °C
----da 600 °C a 1700 °C
da 600 °C a 1700 °C
(1)
Come tolleranza per termocoppie valgono i valori stabiliti in gradi Celsius oppure le percentuali riferite alle temperature effettive in gradi Celsius. Risulta valido il valore
rispettivamente più alto.
(2)
Termocoppie e fili per termocoppia vengono generalmente forniti in maniera tale che le tolleranze basate sulla tabella riportata sopra vengono mantenute al di sopra dei -40 °
C relativamente all’ambito di temperatura. Per le temperature inferiori ai -40 °C le tolleranze per le termocoppie dello stesso materiale possono essere maggiori rispetto alle
tolleranze stabilite nella classe 3.
Quando si necessita di termocoppie che devono rispettare le tolleranze prescritte dalle classi 1,2 e/o 3, ciò deve essere indicato da chi effettua l’ordine, stante l’obbligo generale di
effettuare una speciale selezione del materiale.
|t| = Temperatura in gradi Celsius
15
Le presenti istruzioni per l’uso sono consultabili anche all’indirizzo www.EmersonProcess.com.
Le apparecchiature Fisher-Rosemount soddisfano tutti i
requisiti delle normative e direttive legislative vigenti in
Europa relative all’obbligo di conformità CE.
Emerson Process Management
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