Termometri a resistenza e termocoppie. Istruzioni per l uso e di montaggio revisione AA, settembre 2001

Transcript

1 Termometri a resistenza e termocoppie Istruzioni per l uso e di montaggio revisione AA, settembre 2001

2 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

3 Indice CAPITOLO 1 Misura della temperatura mediante termometri a resistenza Descrizione e principio di misura... 5 Struttura... 5 Modalità di collegamento... 7 Settori di impiego... 8 CAPITOLO 2 Misura della temperatura mediante termocoppie Descrizione e principio di misura... 9 Installazione dei tubi di protezione Cavi e collegamenti Settori di impiego 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 Appendice I Limiti di tolleranza per termoresistenze Appendice II Limiti di tolleranza per termocoppie

4 Montaggio e avvertenze per l installazione di termometri a resistenza e termocoppie 4

5 Capitolo 1 Misura della temperatura mediante termometri a resistenza Descrizione e principio di misura... Pagina 5 Struttura... Pagina 5 Modalità di collegamento... Pagina 7 Settori di impiego... Pagina 8 DESCRIZIONE E PRINCIPIO DI MISURA 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

6 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

7 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

8 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 8

9 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

10 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% Tipo B Fe-CuNi Tipo J NiCr-NiAl Tipo K PtRh87/13%-Pt Tipo R PtRh90/10%-Pt Tipo S E altri come riferito nella norma DIN EN 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 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

11 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

12 Montaggio e avvertenze per l installazione di termometri a resistenza e termocoppie 12

13 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 (1) Vd Norme TÜV (1) Sollecitazione di funzionamento Per le armature di protezione valgono le sollecitazioni meccaniche indicate nel disegno. Per le armature di protezione secondo DIN e DIN 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 e DIN 43772, nonché equiparabili armature di protezione secondo specifiche del cliente. G 3 8, G ½ 50 Nm G ¾ 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. 13

14 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 cm/min Collegamento di trasmettitori Nel collegamento di trasmettitori di misura occorre rispettare le prescrizioni di installazione, collegamento e collaudo del costruttore. 14

15 Appendice A Appendice I e Appendice II APPENDICE I Limiti di tolleranza per termoresistenze secondo DIN EN e DIN Secondo DIN EN Resistori di precisione in Pt Valori di riferimento Secondo DIN Resistori di precisione in Ni C Ohm Ohm/K Ohm Ohm/K Secondo DIN EN Resistori di precisione in Pt Limiti di tolleranza classe A classe B Ohm corrisp. C Ohm corrisp. C Secondo DIN Resistori di precisione in Ni ,49 0,44 ±0,24 ±0,55 ±0,56 ±1, ,25 0,41 ±0,14 ±0,35 ±0,32 ±0, ,5 0,47 - ±1,0 ±2, ,00 0,39 100,0 0,55 ±0,06 ±0,15 ±0,12 ±0,3 ±0,2 ±0, ,50 0,38 161,8 0,69 ±0,13 ±0,35 ±0,30 ±0,8 ±0,8 ±1, ,84 0,37 240,7 0,90 ±0,20 ±0,55 ±0,48 ±1,3 ±1,6 ±1, ,2 1,04 ±2,3 ±2, ,02 0,35 ±0,27 ±0,75 ±0,64 ±1, ,04 0,34 ±0,33 ±0,95 ±0,79 ±2, ,90 0,33 ±0,38 ±1,15 ±0,93 ±2, ,59 0,33 ±0,43 ±1,35 ±1,06 ±3, ,13 0,31 ±1,17 ±3, ,71 0,30 ±1,28 ±4, ,26 0,29 ±1,34 ±4,6 Ohm corrisp. C APPENDICE II Limiti di tolleranza per termocoppie secondo DIN EN classe (2) Tolleranze (1) 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 Tipo T da -40 C a 350 C da -40 C a 350 C da -200 C a 40 C Tolleranze (1) 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 Tipo E da -40 C a 800 C da -40 C a 900 C da -200 C a 40 C Tipo J da -40 C a 750 C da -40 C a 750 C --- Tipo K da -40 C a 1000 C da -40 C a 1200 C da -200 C a 40 C Tolleranze (1) 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 Tipo R e S da 0 C a 1600 C da 0 C a 1600 C --- Tipo B --- 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

16 Le presenti istruzioni per l uso sono consultabili anche all indirizzo 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 Fisher-Rosemount Italia s.r.l. Via Pavia Muggio (MI) Italy Phone +39 (039) Fax +39 (039) Fisher-Rosemount Limited Heath Place Bognor Regis West Sussex PO22 9SH England Phone +44 (1243) Fax +44 (1243) Rosemount Temperature GmbH Frankenstraße Karlstein Germany Phone +49 (6188) Fax +49 (6188) MFM A revisione AA VD/Kroeber Printed in Germany Con riserva di modifiche tecniche