Sono sensori con uscita resistiva che si basano sul fatto che la resistività di un metallo cresce linearmente al crescere della temperatura. La formula di funzionamento è:

R(T) = R₀ (1+α T)

dove R(T) è la resistenza di uscita (funzione della temperatura), R₀ è il valore di resistenza misurato a zero gradi, T è la temperatura e α (alfa) è un coefficiente di proporzionalità che dipende dal sensore.

I termoresistori hanno ampi range di utilizzo (da -200 °C a +800 °C), hanno una buona linearità, sono precisi e stabili.

I metalli che si utilizzano sono rame, nichel e platino.

Il difetto principale è che α è piccolo per cui sono necessari circuiti amplificatori con forte amplificazione.

Inoltre per trasformare la variazione di resistenza in una variazione di tensione occorre farli attraversare da corrente e ciò comporta una variazione di resistenza per effetto joule che introduce un errore nella misura.

Un esempio di termoresistenza è la Pt100 al platino, il cui valore resistivo è 100 Ω a 0 °C e 375 Ω a 800 °C. La parte sensibile del componente si trova alla fine del filo:

Sono realizzati con materiali a semiconduttore e presentano un'elevata sensibilità alle variazioni di temperatura.

I resistori PTC (Positive Temperature Coefficient) hanno un coefficiente di temperatura positivo ossia aumentano la loro resistenza con l'aumento della temperatura mentre quelli detti NTC (Negative Temperature Coefficient) presentano un coefficiente di temperatura negativo (tra -6% e -2% per grado centigrado) ossia riducono la loro resistenza con l'aumentare della temperatura. 

Il principale problema con questi sensori è la loro estrema non linearità: si prestano perciò a
lavorare bene solo dove la linearità non è importante (controlli di temperatura) o dove i range di lavoro sono ristretti (termometria clinica).Per esempio la formula che descrive il funzionamento di un tipico NTC è la seguente:

dove R₀ è il valore di resistenza alla temperatura di riferimento T₀ (valori specificati dai datasheet), B è un parametro anch'esso rilevabile dai datasheet ed "e" è la funzione esponenziale.

 

Una termocoppia è costituita da una coppia di conduttori elettrici di diverso materiale uniti tra loro in un punto. Questa giunzione è convenzionalmente chiamata giunto caldo o giunzione calda, ed è il punto nel quale viene applicata la temperatura da misurare.

L'altra estremità, costituita dalle estremità libere dei due conduttori, è convenzionalmente chiamata giunto freddo o giunzione fredda. Quando esiste una differenza di temperatura tra la zona del giunto caldo e la zona del giunto freddo, si può rilevare una differenza di potenziale elettrico tra le estremità libere della termocoppia in corrispondenza del giunto freddo.  

Una termocoppia produce dunque una tensione dovuta alle diverse temperature dei due giunti. Una delle due giunzioni è alla temperatura che vogliamo misurare (giunto caldo), l’altra è la giunzione di riferimento, mantenuta ad una temperatura nota (giunto freddo).

La figura seguente mostra un esempio di uso di una termocoppia in cui il giunto freddo viene mantenuto a una temperatura fissa di 0 °C:

Esistono sul mercato dei dispositivi integrati che comprendono oltre al sensore a semiconduttore, degli appositi circuiti per amplificare il segnale fornito dal sensore e per linearizzarlo.

Il più noto è l'AD 590 della Analog Devices, di cui abbiamo già parlato. Esso produce una corrente in uscita di valore direttamente proporzionale alla temperatura misurata, secondo la semplice formula:

I = K ^. T

dove I è la corrente prodotta, T è la temperatura (espressa in gradi Kelvin, °K) e K è una costante moltiplicativa di valore 1 µA/°K.

La figura seguente mostra l'aspetto e il simbolo elettrico dell'AD590:

Un altro sensore di temperatura integrato è il LM35. Esso presenta un'uscita in tensione direttamente proporzionale alla temperatura misurata in gradi Celsius, secondo la formula:

V = K ^. T

dove V è la tensione prodotta, T è la temperatura misurata (espressa in gradi Celsius, °C) e K è una costante moltiplicativa di valore 10 mV/°C.

Lo schema di utilizzo è molto semplice e mostrato in figura:

Un comune diodo al silicio può essere utilizzato come sensore di temperatura, sfruttando il fatto che la sua tensione di soglia in polarizzazione diretta varia al variare della temperatura. Più precisamente la tensione di soglia diminuisce all'aumentare della temperatura con un andamento quasi perfettamente lineare. Si veda a titolo di esempio la seguente figura riferita a un comune diodo 1N4007:

Il trucco per poter usare un diodo come sensore di temperatura è quello di farlo lavorare con una corrente costante: se infatti la corrente nel diodo varia, varia di conseguenza anche il valore della tensione di soglia, rendendo così impossibile la misura della temperatura. Il valore di corrente viene di solito scelto abbastanza piccolo, per evitare di riscaldare il diodo (per es. 1 µA).

Per alimentare il diodo con una corrente costante una soluzione semplice consiste nell'uso di una resistenza e di un generatore di tensione, come mostrato in figura:

Il principale difetto di questa configurazione è il fatto che la tensione sulla resistenza non è costante se varia la tensione di soglia del diodo. Di conseguenza anche la corrente sul diodo non è costante. Tuttavia se la tensione della batteria è sufficientemente elevata (molto più grande della tensione di soglia del diodo) si può ragionevolmente ritenere trascurabile la caduta di tensione sul diodo.

Una soluzione più raffinata è la seguente, che usa un amplificatore operazionale:

La corrente costante viene garantita dal fatto che la tensione su R₁ è la tensione di alimentazione -15V (a causa del fatto che il terminale invertente dell'operazionale si trova a massa virtuale) e dal fatto che la corrente nel diodo è uguale alla corrente su R₁. Questa configurazione, rispetto alla precedente, offre anche il vantaggio che la tensione di uscita viene fornita dall'operazionale e che dunque non presenta problemi eventuali di adattamento di impedenza col carico.

 

 

 

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