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9deg Meeting dei Responsabili Tecnici di Laboratoriodel settore Lattiero-Caseario
ing Giorgio Ficco Universitagrave degli Studi di Cassino
Misure di temperatura ed umiditagrave nei laboratori di prova tipi di sensori e riferibilitagrave metrologica
Montegrotto Terme ndash 04 dicembre 2008
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Principi di Misura della Temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi fondamentali temperatura termodinamica
La temperatura egrave stata storicamente definita sulla base della dilatazione termica di un fluido tra due punti fissi scelti arbitrariamente La piugrave diffusa scala Celsius scegliendash come punti fissi il punto di solidificazione (0degC) e di ebollizione
dellrsquoacqua (100degC) alla pressione di 101325 Pandash come fluido termometrico il mercuriondash come legge di dilatazione termometrica una relazione lineare
In un sistema chiuso in equilibrio la termodinamica classica definisce la temperatura termodinamica come il divisore integrale dellrsquoenergia interna rispetto allrsquoentropia (a volume costante)
VSUT
partpart
=
Misure di temperatura ed umiditagrave
La Scala Internazionale delle TemperatureLe evoluzioni successive
Punti fissi ITS-27 [degC] ITS-48 [degC] IPTS-48 [degC]
IPTS-68 [degC]
ITS-90 [degC]
pt idrogeno -25934 -2593467 lv idrogeno -256108 -25615 pe idrogeno -25287 -25285 pt neon -2485939 pe neon -246048 pt ossigeno -218789 -2187916 pt argon -1893442 pe ossigeno -18297 -182970 -18297 -182962 pt mercurio - 388344 ps acqua 0000 0 pt acqua 001 001 001 pe acqua 100000 100 100 100 pf gallio 297646 ps indio 1565985 ps stagno 231928 ps zinco 41958 419527 pe zolfo 44460 444600 4446 ps alluminio 660323 ps argento 9605 9608 9608 96193 96178 ps oro 10630 10630 1063 106343 106418 ps rame 108462
alcuni punti fissi secondari ps stagno 2319 23191 2319681 ps piombo 3273 3273 327502 ps zinco 4195 419505 ps zolfo 444674 psantimonio 6305 6305 63074 psalluminio 6601 6601 66037 pt = punto triplo lv= equilibrio liquido- vapore (p= 333606 Pa) pe= punto di eboillizione pf= punto di fusione pf= punto di solidificazione (p=101325 Pa)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Ha subito successive revisioni nel corso di conferenze internazionali (1948 1954 hellip1990) ed egrave lo standard che
ndash fissa i punti di riferimento per la taratura (punto di congelamento punto triplo ecc)
ndash definisce le equazioni ed i metodi da utilizzare per calcolare le temperature intermedie (interpolazione)
ndash definisce gli strumenti da usare per la realizzazione della scala di temperatura
La scala di temperatura internazionale (ITS ndash International Temperature Scale)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Altre Scale di Temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
La misura della temperatura egrave un problema di trasmissione del calore Il sensore non legge mai la temperatura da misurare ma la propria temperaturaPer poter valutare la differenza tra la temperatura del sensore e quella che si vuole misurare egrave necessario valutare gli scambi termici esistenti (conduzione convezione irraggiamento)Ad esempio se il fluido presenta una notevole velocitagrave rispetto alla sonda termometrica la trasformazione termodinamica imposta al fluido dalla presenza della sonda stessa determina una variazione della temperatura hellipTemperatura di ristagno
Leggi fondamentali della trasmissione del calore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Come misurare la grandezza ldquotemperaturardquo
La temperatura viene solitamente misurata mediante elementi elettrici(TC termistori TRP) e successivamente attraverso un elemento di condizionamento (trasmettitore) il segnale in uscita viene amplificato e condizionato in un segnale standard (315 psi 0hellip10V 420 mA fieldbus)
Elemento termometrico
Elemento dicondizionamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
TIPO PRINCIPIO FISICO GRANDEZZA TRASDOTTA
SENSORE STRUMENTO ASSOCIATO
Termometro a liquido dilatazione termica spostamento del liquido mercurio toluene o alcool bulbo
capillare graduato
Termometro a gas legge dei gas perfetti pressione gas gas in bulbo e capillare manometro
Termometro a vapore variazione della pvs tensione vapore bulbo metallico e capillare
manometro
Termometro bimetallico differente dilatazione termica
differente dilatazione metalli
due placchette avvolte a spirale o elica
amplificatore meccanico
Termometro a resistenza variazione resistenza dei conduttori
resitenza elettrica fili di platino rame nickel etc
ponte in DC o AC potenzvoltmetro
Termistore variazione resistenza semiconduttori
resistenza elettrica semiconduttore multimetro
Termocoppia effetto Seebeck fem coppia termoelettrica potenziometro millivoltmetro
Term a radiazione monocromatico
legge di Planck fem fotodiodo fotomoltiplicatoro
occhio umano
ottica lampada a filamento filtro
Term a radiazione infrarosso
legge di Planck fem fotodiodo o fotoconduttore
ottica filtro ottico volt o potenziometro
Term a radiazione Totale
legge di Stefan-Boltzmann
fem termopila bolometro o senspiroelettrico
ottica voltmetro o potenziometro
Term a radiazione bicolore
legge di Planck (rapp radiazioni)
fem fotodiodo o fotomoltiplicatore
ottica filtri voltmetro
Tecniche e strumenti di misura della temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
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Termometri a liquido
principio dilatazione liquidocampo -50divide400degC
(in funzione del liquido)incertezza 005-2degCuscita meccanicanorme UNI 68931979
Vantaggi- elevata stabilitagraveSvantaggi- elevata costante di tempo-campo di misura ridotto-Strumenti delicati
Divieto di vendita per termometri a mercurio
Proposta di modifica della direttiva 76769CEE per quanto riguarda le restrizioni alla
commercializzazione di alcune apparecchiature di misura contenenti mercurio
Misure di temperatura ed umiditagrave
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principio dilatazione di solidicampo 0divide600incertezza 1-5degCuscita meccanicanorme UNI- CTI 9010
Vantaggi- basso costoSvantaggi- scarsa precisione- non utilizzabili a distanza
Termometri bimetallici
I termometri bimetallici sono costituiti da un tubo in acciaio al cui interno egrave posta una spirale elicoidale bimetallica (elemento sensibile)La spirale ha unrsquoestremitagrave saldata alla parte inferiore del tubo e laltra ad un alberino di trasmissione alla cui estremitagrave libera viene montato lrsquoindiceLe variazioni di temperatura causano nel bimetallo una deformazione che attraverso la rotazione dellalberino si trasmette alla lancetta ruotante sul quadrante
Misure di temperatura ed umiditagrave
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Termometri a resistenza
principio variazione resistenza elettrica di metallicampo -250divide850degCincertezza 001-01degCuscita elettricanorme UNI-7937 IEC 751
Vantaggi- elevata affidabilitagrave- linearitagraveSvantaggi- elevato costo - elevata costante di tempo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Fattori di affidabilitagrave di un Termometro a Resistenza
- resistenza dei fili di collegamento - autoriscaldamento- fem termiche nel collegamenti- resistenza di isolamento- deriva della caratteristica- tempo di risposta- profonditagrave di immersione
Misure di temperatura ed umiditagrave
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Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Principi di Misura della Temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi fondamentali temperatura termodinamica
La temperatura egrave stata storicamente definita sulla base della dilatazione termica di un fluido tra due punti fissi scelti arbitrariamente La piugrave diffusa scala Celsius scegliendash come punti fissi il punto di solidificazione (0degC) e di ebollizione
dellrsquoacqua (100degC) alla pressione di 101325 Pandash come fluido termometrico il mercuriondash come legge di dilatazione termometrica una relazione lineare
In un sistema chiuso in equilibrio la termodinamica classica definisce la temperatura termodinamica come il divisore integrale dellrsquoenergia interna rispetto allrsquoentropia (a volume costante)
VSUT
partpart
=
Misure di temperatura ed umiditagrave
La Scala Internazionale delle TemperatureLe evoluzioni successive
Punti fissi ITS-27 [degC] ITS-48 [degC] IPTS-48 [degC]
IPTS-68 [degC]
ITS-90 [degC]
pt idrogeno -25934 -2593467 lv idrogeno -256108 -25615 pe idrogeno -25287 -25285 pt neon -2485939 pe neon -246048 pt ossigeno -218789 -2187916 pt argon -1893442 pe ossigeno -18297 -182970 -18297 -182962 pt mercurio - 388344 ps acqua 0000 0 pt acqua 001 001 001 pe acqua 100000 100 100 100 pf gallio 297646 ps indio 1565985 ps stagno 231928 ps zinco 41958 419527 pe zolfo 44460 444600 4446 ps alluminio 660323 ps argento 9605 9608 9608 96193 96178 ps oro 10630 10630 1063 106343 106418 ps rame 108462
alcuni punti fissi secondari ps stagno 2319 23191 2319681 ps piombo 3273 3273 327502 ps zinco 4195 419505 ps zolfo 444674 psantimonio 6305 6305 63074 psalluminio 6601 6601 66037 pt = punto triplo lv= equilibrio liquido- vapore (p= 333606 Pa) pe= punto di eboillizione pf= punto di fusione pf= punto di solidificazione (p=101325 Pa)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Ha subito successive revisioni nel corso di conferenze internazionali (1948 1954 hellip1990) ed egrave lo standard che
ndash fissa i punti di riferimento per la taratura (punto di congelamento punto triplo ecc)
ndash definisce le equazioni ed i metodi da utilizzare per calcolare le temperature intermedie (interpolazione)
ndash definisce gli strumenti da usare per la realizzazione della scala di temperatura
La scala di temperatura internazionale (ITS ndash International Temperature Scale)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Altre Scale di Temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
La misura della temperatura egrave un problema di trasmissione del calore Il sensore non legge mai la temperatura da misurare ma la propria temperaturaPer poter valutare la differenza tra la temperatura del sensore e quella che si vuole misurare egrave necessario valutare gli scambi termici esistenti (conduzione convezione irraggiamento)Ad esempio se il fluido presenta una notevole velocitagrave rispetto alla sonda termometrica la trasformazione termodinamica imposta al fluido dalla presenza della sonda stessa determina una variazione della temperatura hellipTemperatura di ristagno
Leggi fondamentali della trasmissione del calore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Come misurare la grandezza ldquotemperaturardquo
La temperatura viene solitamente misurata mediante elementi elettrici(TC termistori TRP) e successivamente attraverso un elemento di condizionamento (trasmettitore) il segnale in uscita viene amplificato e condizionato in un segnale standard (315 psi 0hellip10V 420 mA fieldbus)
Elemento termometrico
Elemento dicondizionamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
TIPO PRINCIPIO FISICO GRANDEZZA TRASDOTTA
SENSORE STRUMENTO ASSOCIATO
Termometro a liquido dilatazione termica spostamento del liquido mercurio toluene o alcool bulbo
capillare graduato
Termometro a gas legge dei gas perfetti pressione gas gas in bulbo e capillare manometro
Termometro a vapore variazione della pvs tensione vapore bulbo metallico e capillare
manometro
Termometro bimetallico differente dilatazione termica
differente dilatazione metalli
due placchette avvolte a spirale o elica
amplificatore meccanico
Termometro a resistenza variazione resistenza dei conduttori
resitenza elettrica fili di platino rame nickel etc
ponte in DC o AC potenzvoltmetro
Termistore variazione resistenza semiconduttori
resistenza elettrica semiconduttore multimetro
Termocoppia effetto Seebeck fem coppia termoelettrica potenziometro millivoltmetro
Term a radiazione monocromatico
legge di Planck fem fotodiodo fotomoltiplicatoro
occhio umano
ottica lampada a filamento filtro
Term a radiazione infrarosso
legge di Planck fem fotodiodo o fotoconduttore
ottica filtro ottico volt o potenziometro
Term a radiazione Totale
legge di Stefan-Boltzmann
fem termopila bolometro o senspiroelettrico
ottica voltmetro o potenziometro
Term a radiazione bicolore
legge di Planck (rapp radiazioni)
fem fotodiodo o fotomoltiplicatore
ottica filtri voltmetro
Tecniche e strumenti di misura della temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
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Termometri a liquido
principio dilatazione liquidocampo -50divide400degC
(in funzione del liquido)incertezza 005-2degCuscita meccanicanorme UNI 68931979
Vantaggi- elevata stabilitagraveSvantaggi- elevata costante di tempo-campo di misura ridotto-Strumenti delicati
Divieto di vendita per termometri a mercurio
Proposta di modifica della direttiva 76769CEE per quanto riguarda le restrizioni alla
commercializzazione di alcune apparecchiature di misura contenenti mercurio
Misure di temperatura ed umiditagrave
13
principio dilatazione di solidicampo 0divide600incertezza 1-5degCuscita meccanicanorme UNI- CTI 9010
Vantaggi- basso costoSvantaggi- scarsa precisione- non utilizzabili a distanza
Termometri bimetallici
I termometri bimetallici sono costituiti da un tubo in acciaio al cui interno egrave posta una spirale elicoidale bimetallica (elemento sensibile)La spirale ha unrsquoestremitagrave saldata alla parte inferiore del tubo e laltra ad un alberino di trasmissione alla cui estremitagrave libera viene montato lrsquoindiceLe variazioni di temperatura causano nel bimetallo una deformazione che attraverso la rotazione dellalberino si trasmette alla lancetta ruotante sul quadrante
Misure di temperatura ed umiditagrave
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Termometri a resistenza
principio variazione resistenza elettrica di metallicampo -250divide850degCincertezza 001-01degCuscita elettricanorme UNI-7937 IEC 751
Vantaggi- elevata affidabilitagrave- linearitagraveSvantaggi- elevato costo - elevata costante di tempo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Fattori di affidabilitagrave di un Termometro a Resistenza
- resistenza dei fili di collegamento - autoriscaldamento- fem termiche nel collegamenti- resistenza di isolamento- deriva della caratteristica- tempo di risposta- profonditagrave di immersione
Misure di temperatura ed umiditagrave
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Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi fondamentali temperatura termodinamica
La temperatura egrave stata storicamente definita sulla base della dilatazione termica di un fluido tra due punti fissi scelti arbitrariamente La piugrave diffusa scala Celsius scegliendash come punti fissi il punto di solidificazione (0degC) e di ebollizione
dellrsquoacqua (100degC) alla pressione di 101325 Pandash come fluido termometrico il mercuriondash come legge di dilatazione termometrica una relazione lineare
In un sistema chiuso in equilibrio la termodinamica classica definisce la temperatura termodinamica come il divisore integrale dellrsquoenergia interna rispetto allrsquoentropia (a volume costante)
VSUT
partpart
=
Misure di temperatura ed umiditagrave
La Scala Internazionale delle TemperatureLe evoluzioni successive
Punti fissi ITS-27 [degC] ITS-48 [degC] IPTS-48 [degC]
IPTS-68 [degC]
ITS-90 [degC]
pt idrogeno -25934 -2593467 lv idrogeno -256108 -25615 pe idrogeno -25287 -25285 pt neon -2485939 pe neon -246048 pt ossigeno -218789 -2187916 pt argon -1893442 pe ossigeno -18297 -182970 -18297 -182962 pt mercurio - 388344 ps acqua 0000 0 pt acqua 001 001 001 pe acqua 100000 100 100 100 pf gallio 297646 ps indio 1565985 ps stagno 231928 ps zinco 41958 419527 pe zolfo 44460 444600 4446 ps alluminio 660323 ps argento 9605 9608 9608 96193 96178 ps oro 10630 10630 1063 106343 106418 ps rame 108462
alcuni punti fissi secondari ps stagno 2319 23191 2319681 ps piombo 3273 3273 327502 ps zinco 4195 419505 ps zolfo 444674 psantimonio 6305 6305 63074 psalluminio 6601 6601 66037 pt = punto triplo lv= equilibrio liquido- vapore (p= 333606 Pa) pe= punto di eboillizione pf= punto di fusione pf= punto di solidificazione (p=101325 Pa)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Ha subito successive revisioni nel corso di conferenze internazionali (1948 1954 hellip1990) ed egrave lo standard che
ndash fissa i punti di riferimento per la taratura (punto di congelamento punto triplo ecc)
ndash definisce le equazioni ed i metodi da utilizzare per calcolare le temperature intermedie (interpolazione)
ndash definisce gli strumenti da usare per la realizzazione della scala di temperatura
La scala di temperatura internazionale (ITS ndash International Temperature Scale)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Altre Scale di Temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
La misura della temperatura egrave un problema di trasmissione del calore Il sensore non legge mai la temperatura da misurare ma la propria temperaturaPer poter valutare la differenza tra la temperatura del sensore e quella che si vuole misurare egrave necessario valutare gli scambi termici esistenti (conduzione convezione irraggiamento)Ad esempio se il fluido presenta una notevole velocitagrave rispetto alla sonda termometrica la trasformazione termodinamica imposta al fluido dalla presenza della sonda stessa determina una variazione della temperatura hellipTemperatura di ristagno
Leggi fondamentali della trasmissione del calore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Come misurare la grandezza ldquotemperaturardquo
La temperatura viene solitamente misurata mediante elementi elettrici(TC termistori TRP) e successivamente attraverso un elemento di condizionamento (trasmettitore) il segnale in uscita viene amplificato e condizionato in un segnale standard (315 psi 0hellip10V 420 mA fieldbus)
Elemento termometrico
Elemento dicondizionamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
TIPO PRINCIPIO FISICO GRANDEZZA TRASDOTTA
SENSORE STRUMENTO ASSOCIATO
Termometro a liquido dilatazione termica spostamento del liquido mercurio toluene o alcool bulbo
capillare graduato
Termometro a gas legge dei gas perfetti pressione gas gas in bulbo e capillare manometro
Termometro a vapore variazione della pvs tensione vapore bulbo metallico e capillare
manometro
Termometro bimetallico differente dilatazione termica
differente dilatazione metalli
due placchette avvolte a spirale o elica
amplificatore meccanico
Termometro a resistenza variazione resistenza dei conduttori
resitenza elettrica fili di platino rame nickel etc
ponte in DC o AC potenzvoltmetro
Termistore variazione resistenza semiconduttori
resistenza elettrica semiconduttore multimetro
Termocoppia effetto Seebeck fem coppia termoelettrica potenziometro millivoltmetro
Term a radiazione monocromatico
legge di Planck fem fotodiodo fotomoltiplicatoro
occhio umano
ottica lampada a filamento filtro
Term a radiazione infrarosso
legge di Planck fem fotodiodo o fotoconduttore
ottica filtro ottico volt o potenziometro
Term a radiazione Totale
legge di Stefan-Boltzmann
fem termopila bolometro o senspiroelettrico
ottica voltmetro o potenziometro
Term a radiazione bicolore
legge di Planck (rapp radiazioni)
fem fotodiodo o fotomoltiplicatore
ottica filtri voltmetro
Tecniche e strumenti di misura della temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
12
Termometri a liquido
principio dilatazione liquidocampo -50divide400degC
(in funzione del liquido)incertezza 005-2degCuscita meccanicanorme UNI 68931979
Vantaggi- elevata stabilitagraveSvantaggi- elevata costante di tempo-campo di misura ridotto-Strumenti delicati
Divieto di vendita per termometri a mercurio
Proposta di modifica della direttiva 76769CEE per quanto riguarda le restrizioni alla
commercializzazione di alcune apparecchiature di misura contenenti mercurio
Misure di temperatura ed umiditagrave
13
principio dilatazione di solidicampo 0divide600incertezza 1-5degCuscita meccanicanorme UNI- CTI 9010
Vantaggi- basso costoSvantaggi- scarsa precisione- non utilizzabili a distanza
Termometri bimetallici
I termometri bimetallici sono costituiti da un tubo in acciaio al cui interno egrave posta una spirale elicoidale bimetallica (elemento sensibile)La spirale ha unrsquoestremitagrave saldata alla parte inferiore del tubo e laltra ad un alberino di trasmissione alla cui estremitagrave libera viene montato lrsquoindiceLe variazioni di temperatura causano nel bimetallo una deformazione che attraverso la rotazione dellalberino si trasmette alla lancetta ruotante sul quadrante
Misure di temperatura ed umiditagrave
14
Termometri a resistenza
principio variazione resistenza elettrica di metallicampo -250divide850degCincertezza 001-01degCuscita elettricanorme UNI-7937 IEC 751
Vantaggi- elevata affidabilitagrave- linearitagraveSvantaggi- elevato costo - elevata costante di tempo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Fattori di affidabilitagrave di un Termometro a Resistenza
- resistenza dei fili di collegamento - autoriscaldamento- fem termiche nel collegamenti- resistenza di isolamento- deriva della caratteristica- tempo di risposta- profonditagrave di immersione
Misure di temperatura ed umiditagrave
16
Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
La Scala Internazionale delle TemperatureLe evoluzioni successive
Punti fissi ITS-27 [degC] ITS-48 [degC] IPTS-48 [degC]
IPTS-68 [degC]
ITS-90 [degC]
pt idrogeno -25934 -2593467 lv idrogeno -256108 -25615 pe idrogeno -25287 -25285 pt neon -2485939 pe neon -246048 pt ossigeno -218789 -2187916 pt argon -1893442 pe ossigeno -18297 -182970 -18297 -182962 pt mercurio - 388344 ps acqua 0000 0 pt acqua 001 001 001 pe acqua 100000 100 100 100 pf gallio 297646 ps indio 1565985 ps stagno 231928 ps zinco 41958 419527 pe zolfo 44460 444600 4446 ps alluminio 660323 ps argento 9605 9608 9608 96193 96178 ps oro 10630 10630 1063 106343 106418 ps rame 108462
alcuni punti fissi secondari ps stagno 2319 23191 2319681 ps piombo 3273 3273 327502 ps zinco 4195 419505 ps zolfo 444674 psantimonio 6305 6305 63074 psalluminio 6601 6601 66037 pt = punto triplo lv= equilibrio liquido- vapore (p= 333606 Pa) pe= punto di eboillizione pf= punto di fusione pf= punto di solidificazione (p=101325 Pa)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Ha subito successive revisioni nel corso di conferenze internazionali (1948 1954 hellip1990) ed egrave lo standard che
ndash fissa i punti di riferimento per la taratura (punto di congelamento punto triplo ecc)
ndash definisce le equazioni ed i metodi da utilizzare per calcolare le temperature intermedie (interpolazione)
ndash definisce gli strumenti da usare per la realizzazione della scala di temperatura
La scala di temperatura internazionale (ITS ndash International Temperature Scale)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Altre Scale di Temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
La misura della temperatura egrave un problema di trasmissione del calore Il sensore non legge mai la temperatura da misurare ma la propria temperaturaPer poter valutare la differenza tra la temperatura del sensore e quella che si vuole misurare egrave necessario valutare gli scambi termici esistenti (conduzione convezione irraggiamento)Ad esempio se il fluido presenta una notevole velocitagrave rispetto alla sonda termometrica la trasformazione termodinamica imposta al fluido dalla presenza della sonda stessa determina una variazione della temperatura hellipTemperatura di ristagno
Leggi fondamentali della trasmissione del calore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Come misurare la grandezza ldquotemperaturardquo
La temperatura viene solitamente misurata mediante elementi elettrici(TC termistori TRP) e successivamente attraverso un elemento di condizionamento (trasmettitore) il segnale in uscita viene amplificato e condizionato in un segnale standard (315 psi 0hellip10V 420 mA fieldbus)
Elemento termometrico
Elemento dicondizionamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
TIPO PRINCIPIO FISICO GRANDEZZA TRASDOTTA
SENSORE STRUMENTO ASSOCIATO
Termometro a liquido dilatazione termica spostamento del liquido mercurio toluene o alcool bulbo
capillare graduato
Termometro a gas legge dei gas perfetti pressione gas gas in bulbo e capillare manometro
Termometro a vapore variazione della pvs tensione vapore bulbo metallico e capillare
manometro
Termometro bimetallico differente dilatazione termica
differente dilatazione metalli
due placchette avvolte a spirale o elica
amplificatore meccanico
Termometro a resistenza variazione resistenza dei conduttori
resitenza elettrica fili di platino rame nickel etc
ponte in DC o AC potenzvoltmetro
Termistore variazione resistenza semiconduttori
resistenza elettrica semiconduttore multimetro
Termocoppia effetto Seebeck fem coppia termoelettrica potenziometro millivoltmetro
Term a radiazione monocromatico
legge di Planck fem fotodiodo fotomoltiplicatoro
occhio umano
ottica lampada a filamento filtro
Term a radiazione infrarosso
legge di Planck fem fotodiodo o fotoconduttore
ottica filtro ottico volt o potenziometro
Term a radiazione Totale
legge di Stefan-Boltzmann
fem termopila bolometro o senspiroelettrico
ottica voltmetro o potenziometro
Term a radiazione bicolore
legge di Planck (rapp radiazioni)
fem fotodiodo o fotomoltiplicatore
ottica filtri voltmetro
Tecniche e strumenti di misura della temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
12
Termometri a liquido
principio dilatazione liquidocampo -50divide400degC
(in funzione del liquido)incertezza 005-2degCuscita meccanicanorme UNI 68931979
Vantaggi- elevata stabilitagraveSvantaggi- elevata costante di tempo-campo di misura ridotto-Strumenti delicati
Divieto di vendita per termometri a mercurio
Proposta di modifica della direttiva 76769CEE per quanto riguarda le restrizioni alla
commercializzazione di alcune apparecchiature di misura contenenti mercurio
Misure di temperatura ed umiditagrave
13
principio dilatazione di solidicampo 0divide600incertezza 1-5degCuscita meccanicanorme UNI- CTI 9010
Vantaggi- basso costoSvantaggi- scarsa precisione- non utilizzabili a distanza
Termometri bimetallici
I termometri bimetallici sono costituiti da un tubo in acciaio al cui interno egrave posta una spirale elicoidale bimetallica (elemento sensibile)La spirale ha unrsquoestremitagrave saldata alla parte inferiore del tubo e laltra ad un alberino di trasmissione alla cui estremitagrave libera viene montato lrsquoindiceLe variazioni di temperatura causano nel bimetallo una deformazione che attraverso la rotazione dellalberino si trasmette alla lancetta ruotante sul quadrante
Misure di temperatura ed umiditagrave
14
Termometri a resistenza
principio variazione resistenza elettrica di metallicampo -250divide850degCincertezza 001-01degCuscita elettricanorme UNI-7937 IEC 751
Vantaggi- elevata affidabilitagrave- linearitagraveSvantaggi- elevato costo - elevata costante di tempo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Fattori di affidabilitagrave di un Termometro a Resistenza
- resistenza dei fili di collegamento - autoriscaldamento- fem termiche nel collegamenti- resistenza di isolamento- deriva della caratteristica- tempo di risposta- profonditagrave di immersione
Misure di temperatura ed umiditagrave
16
Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Ha subito successive revisioni nel corso di conferenze internazionali (1948 1954 hellip1990) ed egrave lo standard che
ndash fissa i punti di riferimento per la taratura (punto di congelamento punto triplo ecc)
ndash definisce le equazioni ed i metodi da utilizzare per calcolare le temperature intermedie (interpolazione)
ndash definisce gli strumenti da usare per la realizzazione della scala di temperatura
La scala di temperatura internazionale (ITS ndash International Temperature Scale)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Altre Scale di Temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
La misura della temperatura egrave un problema di trasmissione del calore Il sensore non legge mai la temperatura da misurare ma la propria temperaturaPer poter valutare la differenza tra la temperatura del sensore e quella che si vuole misurare egrave necessario valutare gli scambi termici esistenti (conduzione convezione irraggiamento)Ad esempio se il fluido presenta una notevole velocitagrave rispetto alla sonda termometrica la trasformazione termodinamica imposta al fluido dalla presenza della sonda stessa determina una variazione della temperatura hellipTemperatura di ristagno
Leggi fondamentali della trasmissione del calore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Come misurare la grandezza ldquotemperaturardquo
La temperatura viene solitamente misurata mediante elementi elettrici(TC termistori TRP) e successivamente attraverso un elemento di condizionamento (trasmettitore) il segnale in uscita viene amplificato e condizionato in un segnale standard (315 psi 0hellip10V 420 mA fieldbus)
Elemento termometrico
Elemento dicondizionamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
TIPO PRINCIPIO FISICO GRANDEZZA TRASDOTTA
SENSORE STRUMENTO ASSOCIATO
Termometro a liquido dilatazione termica spostamento del liquido mercurio toluene o alcool bulbo
capillare graduato
Termometro a gas legge dei gas perfetti pressione gas gas in bulbo e capillare manometro
Termometro a vapore variazione della pvs tensione vapore bulbo metallico e capillare
manometro
Termometro bimetallico differente dilatazione termica
differente dilatazione metalli
due placchette avvolte a spirale o elica
amplificatore meccanico
Termometro a resistenza variazione resistenza dei conduttori
resitenza elettrica fili di platino rame nickel etc
ponte in DC o AC potenzvoltmetro
Termistore variazione resistenza semiconduttori
resistenza elettrica semiconduttore multimetro
Termocoppia effetto Seebeck fem coppia termoelettrica potenziometro millivoltmetro
Term a radiazione monocromatico
legge di Planck fem fotodiodo fotomoltiplicatoro
occhio umano
ottica lampada a filamento filtro
Term a radiazione infrarosso
legge di Planck fem fotodiodo o fotoconduttore
ottica filtro ottico volt o potenziometro
Term a radiazione Totale
legge di Stefan-Boltzmann
fem termopila bolometro o senspiroelettrico
ottica voltmetro o potenziometro
Term a radiazione bicolore
legge di Planck (rapp radiazioni)
fem fotodiodo o fotomoltiplicatore
ottica filtri voltmetro
Tecniche e strumenti di misura della temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
12
Termometri a liquido
principio dilatazione liquidocampo -50divide400degC
(in funzione del liquido)incertezza 005-2degCuscita meccanicanorme UNI 68931979
Vantaggi- elevata stabilitagraveSvantaggi- elevata costante di tempo-campo di misura ridotto-Strumenti delicati
Divieto di vendita per termometri a mercurio
Proposta di modifica della direttiva 76769CEE per quanto riguarda le restrizioni alla
commercializzazione di alcune apparecchiature di misura contenenti mercurio
Misure di temperatura ed umiditagrave
13
principio dilatazione di solidicampo 0divide600incertezza 1-5degCuscita meccanicanorme UNI- CTI 9010
Vantaggi- basso costoSvantaggi- scarsa precisione- non utilizzabili a distanza
Termometri bimetallici
I termometri bimetallici sono costituiti da un tubo in acciaio al cui interno egrave posta una spirale elicoidale bimetallica (elemento sensibile)La spirale ha unrsquoestremitagrave saldata alla parte inferiore del tubo e laltra ad un alberino di trasmissione alla cui estremitagrave libera viene montato lrsquoindiceLe variazioni di temperatura causano nel bimetallo una deformazione che attraverso la rotazione dellalberino si trasmette alla lancetta ruotante sul quadrante
Misure di temperatura ed umiditagrave
14
Termometri a resistenza
principio variazione resistenza elettrica di metallicampo -250divide850degCincertezza 001-01degCuscita elettricanorme UNI-7937 IEC 751
Vantaggi- elevata affidabilitagrave- linearitagraveSvantaggi- elevato costo - elevata costante di tempo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Fattori di affidabilitagrave di un Termometro a Resistenza
- resistenza dei fili di collegamento - autoriscaldamento- fem termiche nel collegamenti- resistenza di isolamento- deriva della caratteristica- tempo di risposta- profonditagrave di immersione
Misure di temperatura ed umiditagrave
16
Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Altre Scale di Temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
La misura della temperatura egrave un problema di trasmissione del calore Il sensore non legge mai la temperatura da misurare ma la propria temperaturaPer poter valutare la differenza tra la temperatura del sensore e quella che si vuole misurare egrave necessario valutare gli scambi termici esistenti (conduzione convezione irraggiamento)Ad esempio se il fluido presenta una notevole velocitagrave rispetto alla sonda termometrica la trasformazione termodinamica imposta al fluido dalla presenza della sonda stessa determina una variazione della temperatura hellipTemperatura di ristagno
Leggi fondamentali della trasmissione del calore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Come misurare la grandezza ldquotemperaturardquo
La temperatura viene solitamente misurata mediante elementi elettrici(TC termistori TRP) e successivamente attraverso un elemento di condizionamento (trasmettitore) il segnale in uscita viene amplificato e condizionato in un segnale standard (315 psi 0hellip10V 420 mA fieldbus)
Elemento termometrico
Elemento dicondizionamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
TIPO PRINCIPIO FISICO GRANDEZZA TRASDOTTA
SENSORE STRUMENTO ASSOCIATO
Termometro a liquido dilatazione termica spostamento del liquido mercurio toluene o alcool bulbo
capillare graduato
Termometro a gas legge dei gas perfetti pressione gas gas in bulbo e capillare manometro
Termometro a vapore variazione della pvs tensione vapore bulbo metallico e capillare
manometro
Termometro bimetallico differente dilatazione termica
differente dilatazione metalli
due placchette avvolte a spirale o elica
amplificatore meccanico
Termometro a resistenza variazione resistenza dei conduttori
resitenza elettrica fili di platino rame nickel etc
ponte in DC o AC potenzvoltmetro
Termistore variazione resistenza semiconduttori
resistenza elettrica semiconduttore multimetro
Termocoppia effetto Seebeck fem coppia termoelettrica potenziometro millivoltmetro
Term a radiazione monocromatico
legge di Planck fem fotodiodo fotomoltiplicatoro
occhio umano
ottica lampada a filamento filtro
Term a radiazione infrarosso
legge di Planck fem fotodiodo o fotoconduttore
ottica filtro ottico volt o potenziometro
Term a radiazione Totale
legge di Stefan-Boltzmann
fem termopila bolometro o senspiroelettrico
ottica voltmetro o potenziometro
Term a radiazione bicolore
legge di Planck (rapp radiazioni)
fem fotodiodo o fotomoltiplicatore
ottica filtri voltmetro
Tecniche e strumenti di misura della temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
12
Termometri a liquido
principio dilatazione liquidocampo -50divide400degC
(in funzione del liquido)incertezza 005-2degCuscita meccanicanorme UNI 68931979
Vantaggi- elevata stabilitagraveSvantaggi- elevata costante di tempo-campo di misura ridotto-Strumenti delicati
Divieto di vendita per termometri a mercurio
Proposta di modifica della direttiva 76769CEE per quanto riguarda le restrizioni alla
commercializzazione di alcune apparecchiature di misura contenenti mercurio
Misure di temperatura ed umiditagrave
13
principio dilatazione di solidicampo 0divide600incertezza 1-5degCuscita meccanicanorme UNI- CTI 9010
Vantaggi- basso costoSvantaggi- scarsa precisione- non utilizzabili a distanza
Termometri bimetallici
I termometri bimetallici sono costituiti da un tubo in acciaio al cui interno egrave posta una spirale elicoidale bimetallica (elemento sensibile)La spirale ha unrsquoestremitagrave saldata alla parte inferiore del tubo e laltra ad un alberino di trasmissione alla cui estremitagrave libera viene montato lrsquoindiceLe variazioni di temperatura causano nel bimetallo una deformazione che attraverso la rotazione dellalberino si trasmette alla lancetta ruotante sul quadrante
Misure di temperatura ed umiditagrave
14
Termometri a resistenza
principio variazione resistenza elettrica di metallicampo -250divide850degCincertezza 001-01degCuscita elettricanorme UNI-7937 IEC 751
Vantaggi- elevata affidabilitagrave- linearitagraveSvantaggi- elevato costo - elevata costante di tempo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Fattori di affidabilitagrave di un Termometro a Resistenza
- resistenza dei fili di collegamento - autoriscaldamento- fem termiche nel collegamenti- resistenza di isolamento- deriva della caratteristica- tempo di risposta- profonditagrave di immersione
Misure di temperatura ed umiditagrave
16
Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
La misura della temperatura egrave un problema di trasmissione del calore Il sensore non legge mai la temperatura da misurare ma la propria temperaturaPer poter valutare la differenza tra la temperatura del sensore e quella che si vuole misurare egrave necessario valutare gli scambi termici esistenti (conduzione convezione irraggiamento)Ad esempio se il fluido presenta una notevole velocitagrave rispetto alla sonda termometrica la trasformazione termodinamica imposta al fluido dalla presenza della sonda stessa determina una variazione della temperatura hellipTemperatura di ristagno
Leggi fondamentali della trasmissione del calore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Come misurare la grandezza ldquotemperaturardquo
La temperatura viene solitamente misurata mediante elementi elettrici(TC termistori TRP) e successivamente attraverso un elemento di condizionamento (trasmettitore) il segnale in uscita viene amplificato e condizionato in un segnale standard (315 psi 0hellip10V 420 mA fieldbus)
Elemento termometrico
Elemento dicondizionamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
TIPO PRINCIPIO FISICO GRANDEZZA TRASDOTTA
SENSORE STRUMENTO ASSOCIATO
Termometro a liquido dilatazione termica spostamento del liquido mercurio toluene o alcool bulbo
capillare graduato
Termometro a gas legge dei gas perfetti pressione gas gas in bulbo e capillare manometro
Termometro a vapore variazione della pvs tensione vapore bulbo metallico e capillare
manometro
Termometro bimetallico differente dilatazione termica
differente dilatazione metalli
due placchette avvolte a spirale o elica
amplificatore meccanico
Termometro a resistenza variazione resistenza dei conduttori
resitenza elettrica fili di platino rame nickel etc
ponte in DC o AC potenzvoltmetro
Termistore variazione resistenza semiconduttori
resistenza elettrica semiconduttore multimetro
Termocoppia effetto Seebeck fem coppia termoelettrica potenziometro millivoltmetro
Term a radiazione monocromatico
legge di Planck fem fotodiodo fotomoltiplicatoro
occhio umano
ottica lampada a filamento filtro
Term a radiazione infrarosso
legge di Planck fem fotodiodo o fotoconduttore
ottica filtro ottico volt o potenziometro
Term a radiazione Totale
legge di Stefan-Boltzmann
fem termopila bolometro o senspiroelettrico
ottica voltmetro o potenziometro
Term a radiazione bicolore
legge di Planck (rapp radiazioni)
fem fotodiodo o fotomoltiplicatore
ottica filtri voltmetro
Tecniche e strumenti di misura della temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
12
Termometri a liquido
principio dilatazione liquidocampo -50divide400degC
(in funzione del liquido)incertezza 005-2degCuscita meccanicanorme UNI 68931979
Vantaggi- elevata stabilitagraveSvantaggi- elevata costante di tempo-campo di misura ridotto-Strumenti delicati
Divieto di vendita per termometri a mercurio
Proposta di modifica della direttiva 76769CEE per quanto riguarda le restrizioni alla
commercializzazione di alcune apparecchiature di misura contenenti mercurio
Misure di temperatura ed umiditagrave
13
principio dilatazione di solidicampo 0divide600incertezza 1-5degCuscita meccanicanorme UNI- CTI 9010
Vantaggi- basso costoSvantaggi- scarsa precisione- non utilizzabili a distanza
Termometri bimetallici
I termometri bimetallici sono costituiti da un tubo in acciaio al cui interno egrave posta una spirale elicoidale bimetallica (elemento sensibile)La spirale ha unrsquoestremitagrave saldata alla parte inferiore del tubo e laltra ad un alberino di trasmissione alla cui estremitagrave libera viene montato lrsquoindiceLe variazioni di temperatura causano nel bimetallo una deformazione che attraverso la rotazione dellalberino si trasmette alla lancetta ruotante sul quadrante
Misure di temperatura ed umiditagrave
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Termometri a resistenza
principio variazione resistenza elettrica di metallicampo -250divide850degCincertezza 001-01degCuscita elettricanorme UNI-7937 IEC 751
Vantaggi- elevata affidabilitagrave- linearitagraveSvantaggi- elevato costo - elevata costante di tempo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Fattori di affidabilitagrave di un Termometro a Resistenza
- resistenza dei fili di collegamento - autoriscaldamento- fem termiche nel collegamenti- resistenza di isolamento- deriva della caratteristica- tempo di risposta- profonditagrave di immersione
Misure di temperatura ed umiditagrave
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Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Come misurare la grandezza ldquotemperaturardquo
La temperatura viene solitamente misurata mediante elementi elettrici(TC termistori TRP) e successivamente attraverso un elemento di condizionamento (trasmettitore) il segnale in uscita viene amplificato e condizionato in un segnale standard (315 psi 0hellip10V 420 mA fieldbus)
Elemento termometrico
Elemento dicondizionamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
TIPO PRINCIPIO FISICO GRANDEZZA TRASDOTTA
SENSORE STRUMENTO ASSOCIATO
Termometro a liquido dilatazione termica spostamento del liquido mercurio toluene o alcool bulbo
capillare graduato
Termometro a gas legge dei gas perfetti pressione gas gas in bulbo e capillare manometro
Termometro a vapore variazione della pvs tensione vapore bulbo metallico e capillare
manometro
Termometro bimetallico differente dilatazione termica
differente dilatazione metalli
due placchette avvolte a spirale o elica
amplificatore meccanico
Termometro a resistenza variazione resistenza dei conduttori
resitenza elettrica fili di platino rame nickel etc
ponte in DC o AC potenzvoltmetro
Termistore variazione resistenza semiconduttori
resistenza elettrica semiconduttore multimetro
Termocoppia effetto Seebeck fem coppia termoelettrica potenziometro millivoltmetro
Term a radiazione monocromatico
legge di Planck fem fotodiodo fotomoltiplicatoro
occhio umano
ottica lampada a filamento filtro
Term a radiazione infrarosso
legge di Planck fem fotodiodo o fotoconduttore
ottica filtro ottico volt o potenziometro
Term a radiazione Totale
legge di Stefan-Boltzmann
fem termopila bolometro o senspiroelettrico
ottica voltmetro o potenziometro
Term a radiazione bicolore
legge di Planck (rapp radiazioni)
fem fotodiodo o fotomoltiplicatore
ottica filtri voltmetro
Tecniche e strumenti di misura della temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
12
Termometri a liquido
principio dilatazione liquidocampo -50divide400degC
(in funzione del liquido)incertezza 005-2degCuscita meccanicanorme UNI 68931979
Vantaggi- elevata stabilitagraveSvantaggi- elevata costante di tempo-campo di misura ridotto-Strumenti delicati
Divieto di vendita per termometri a mercurio
Proposta di modifica della direttiva 76769CEE per quanto riguarda le restrizioni alla
commercializzazione di alcune apparecchiature di misura contenenti mercurio
Misure di temperatura ed umiditagrave
13
principio dilatazione di solidicampo 0divide600incertezza 1-5degCuscita meccanicanorme UNI- CTI 9010
Vantaggi- basso costoSvantaggi- scarsa precisione- non utilizzabili a distanza
Termometri bimetallici
I termometri bimetallici sono costituiti da un tubo in acciaio al cui interno egrave posta una spirale elicoidale bimetallica (elemento sensibile)La spirale ha unrsquoestremitagrave saldata alla parte inferiore del tubo e laltra ad un alberino di trasmissione alla cui estremitagrave libera viene montato lrsquoindiceLe variazioni di temperatura causano nel bimetallo una deformazione che attraverso la rotazione dellalberino si trasmette alla lancetta ruotante sul quadrante
Misure di temperatura ed umiditagrave
14
Termometri a resistenza
principio variazione resistenza elettrica di metallicampo -250divide850degCincertezza 001-01degCuscita elettricanorme UNI-7937 IEC 751
Vantaggi- elevata affidabilitagrave- linearitagraveSvantaggi- elevato costo - elevata costante di tempo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Fattori di affidabilitagrave di un Termometro a Resistenza
- resistenza dei fili di collegamento - autoriscaldamento- fem termiche nel collegamenti- resistenza di isolamento- deriva della caratteristica- tempo di risposta- profonditagrave di immersione
Misure di temperatura ed umiditagrave
16
Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
TIPO PRINCIPIO FISICO GRANDEZZA TRASDOTTA
SENSORE STRUMENTO ASSOCIATO
Termometro a liquido dilatazione termica spostamento del liquido mercurio toluene o alcool bulbo
capillare graduato
Termometro a gas legge dei gas perfetti pressione gas gas in bulbo e capillare manometro
Termometro a vapore variazione della pvs tensione vapore bulbo metallico e capillare
manometro
Termometro bimetallico differente dilatazione termica
differente dilatazione metalli
due placchette avvolte a spirale o elica
amplificatore meccanico
Termometro a resistenza variazione resistenza dei conduttori
resitenza elettrica fili di platino rame nickel etc
ponte in DC o AC potenzvoltmetro
Termistore variazione resistenza semiconduttori
resistenza elettrica semiconduttore multimetro
Termocoppia effetto Seebeck fem coppia termoelettrica potenziometro millivoltmetro
Term a radiazione monocromatico
legge di Planck fem fotodiodo fotomoltiplicatoro
occhio umano
ottica lampada a filamento filtro
Term a radiazione infrarosso
legge di Planck fem fotodiodo o fotoconduttore
ottica filtro ottico volt o potenziometro
Term a radiazione Totale
legge di Stefan-Boltzmann
fem termopila bolometro o senspiroelettrico
ottica voltmetro o potenziometro
Term a radiazione bicolore
legge di Planck (rapp radiazioni)
fem fotodiodo o fotomoltiplicatore
ottica filtri voltmetro
Tecniche e strumenti di misura della temperatura
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
12
Termometri a liquido
principio dilatazione liquidocampo -50divide400degC
(in funzione del liquido)incertezza 005-2degCuscita meccanicanorme UNI 68931979
Vantaggi- elevata stabilitagraveSvantaggi- elevata costante di tempo-campo di misura ridotto-Strumenti delicati
Divieto di vendita per termometri a mercurio
Proposta di modifica della direttiva 76769CEE per quanto riguarda le restrizioni alla
commercializzazione di alcune apparecchiature di misura contenenti mercurio
Misure di temperatura ed umiditagrave
13
principio dilatazione di solidicampo 0divide600incertezza 1-5degCuscita meccanicanorme UNI- CTI 9010
Vantaggi- basso costoSvantaggi- scarsa precisione- non utilizzabili a distanza
Termometri bimetallici
I termometri bimetallici sono costituiti da un tubo in acciaio al cui interno egrave posta una spirale elicoidale bimetallica (elemento sensibile)La spirale ha unrsquoestremitagrave saldata alla parte inferiore del tubo e laltra ad un alberino di trasmissione alla cui estremitagrave libera viene montato lrsquoindiceLe variazioni di temperatura causano nel bimetallo una deformazione che attraverso la rotazione dellalberino si trasmette alla lancetta ruotante sul quadrante
Misure di temperatura ed umiditagrave
14
Termometri a resistenza
principio variazione resistenza elettrica di metallicampo -250divide850degCincertezza 001-01degCuscita elettricanorme UNI-7937 IEC 751
Vantaggi- elevata affidabilitagrave- linearitagraveSvantaggi- elevato costo - elevata costante di tempo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Fattori di affidabilitagrave di un Termometro a Resistenza
- resistenza dei fili di collegamento - autoriscaldamento- fem termiche nel collegamenti- resistenza di isolamento- deriva della caratteristica- tempo di risposta- profonditagrave di immersione
Misure di temperatura ed umiditagrave
16
Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
12
Termometri a liquido
principio dilatazione liquidocampo -50divide400degC
(in funzione del liquido)incertezza 005-2degCuscita meccanicanorme UNI 68931979
Vantaggi- elevata stabilitagraveSvantaggi- elevata costante di tempo-campo di misura ridotto-Strumenti delicati
Divieto di vendita per termometri a mercurio
Proposta di modifica della direttiva 76769CEE per quanto riguarda le restrizioni alla
commercializzazione di alcune apparecchiature di misura contenenti mercurio
Misure di temperatura ed umiditagrave
13
principio dilatazione di solidicampo 0divide600incertezza 1-5degCuscita meccanicanorme UNI- CTI 9010
Vantaggi- basso costoSvantaggi- scarsa precisione- non utilizzabili a distanza
Termometri bimetallici
I termometri bimetallici sono costituiti da un tubo in acciaio al cui interno egrave posta una spirale elicoidale bimetallica (elemento sensibile)La spirale ha unrsquoestremitagrave saldata alla parte inferiore del tubo e laltra ad un alberino di trasmissione alla cui estremitagrave libera viene montato lrsquoindiceLe variazioni di temperatura causano nel bimetallo una deformazione che attraverso la rotazione dellalberino si trasmette alla lancetta ruotante sul quadrante
Misure di temperatura ed umiditagrave
14
Termometri a resistenza
principio variazione resistenza elettrica di metallicampo -250divide850degCincertezza 001-01degCuscita elettricanorme UNI-7937 IEC 751
Vantaggi- elevata affidabilitagrave- linearitagraveSvantaggi- elevato costo - elevata costante di tempo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Fattori di affidabilitagrave di un Termometro a Resistenza
- resistenza dei fili di collegamento - autoriscaldamento- fem termiche nel collegamenti- resistenza di isolamento- deriva della caratteristica- tempo di risposta- profonditagrave di immersione
Misure di temperatura ed umiditagrave
16
Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
12
Termometri a liquido
principio dilatazione liquidocampo -50divide400degC
(in funzione del liquido)incertezza 005-2degCuscita meccanicanorme UNI 68931979
Vantaggi- elevata stabilitagraveSvantaggi- elevata costante di tempo-campo di misura ridotto-Strumenti delicati
Divieto di vendita per termometri a mercurio
Proposta di modifica della direttiva 76769CEE per quanto riguarda le restrizioni alla
commercializzazione di alcune apparecchiature di misura contenenti mercurio
Misure di temperatura ed umiditagrave
13
principio dilatazione di solidicampo 0divide600incertezza 1-5degCuscita meccanicanorme UNI- CTI 9010
Vantaggi- basso costoSvantaggi- scarsa precisione- non utilizzabili a distanza
Termometri bimetallici
I termometri bimetallici sono costituiti da un tubo in acciaio al cui interno egrave posta una spirale elicoidale bimetallica (elemento sensibile)La spirale ha unrsquoestremitagrave saldata alla parte inferiore del tubo e laltra ad un alberino di trasmissione alla cui estremitagrave libera viene montato lrsquoindiceLe variazioni di temperatura causano nel bimetallo una deformazione che attraverso la rotazione dellalberino si trasmette alla lancetta ruotante sul quadrante
Misure di temperatura ed umiditagrave
14
Termometri a resistenza
principio variazione resistenza elettrica di metallicampo -250divide850degCincertezza 001-01degCuscita elettricanorme UNI-7937 IEC 751
Vantaggi- elevata affidabilitagrave- linearitagraveSvantaggi- elevato costo - elevata costante di tempo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Fattori di affidabilitagrave di un Termometro a Resistenza
- resistenza dei fili di collegamento - autoriscaldamento- fem termiche nel collegamenti- resistenza di isolamento- deriva della caratteristica- tempo di risposta- profonditagrave di immersione
Misure di temperatura ed umiditagrave
16
Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
12
Termometri a liquido
principio dilatazione liquidocampo -50divide400degC
(in funzione del liquido)incertezza 005-2degCuscita meccanicanorme UNI 68931979
Vantaggi- elevata stabilitagraveSvantaggi- elevata costante di tempo-campo di misura ridotto-Strumenti delicati
Divieto di vendita per termometri a mercurio
Proposta di modifica della direttiva 76769CEE per quanto riguarda le restrizioni alla
commercializzazione di alcune apparecchiature di misura contenenti mercurio
Misure di temperatura ed umiditagrave
13
principio dilatazione di solidicampo 0divide600incertezza 1-5degCuscita meccanicanorme UNI- CTI 9010
Vantaggi- basso costoSvantaggi- scarsa precisione- non utilizzabili a distanza
Termometri bimetallici
I termometri bimetallici sono costituiti da un tubo in acciaio al cui interno egrave posta una spirale elicoidale bimetallica (elemento sensibile)La spirale ha unrsquoestremitagrave saldata alla parte inferiore del tubo e laltra ad un alberino di trasmissione alla cui estremitagrave libera viene montato lrsquoindiceLe variazioni di temperatura causano nel bimetallo una deformazione che attraverso la rotazione dellalberino si trasmette alla lancetta ruotante sul quadrante
Misure di temperatura ed umiditagrave
14
Termometri a resistenza
principio variazione resistenza elettrica di metallicampo -250divide850degCincertezza 001-01degCuscita elettricanorme UNI-7937 IEC 751
Vantaggi- elevata affidabilitagrave- linearitagraveSvantaggi- elevato costo - elevata costante di tempo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Fattori di affidabilitagrave di un Termometro a Resistenza
- resistenza dei fili di collegamento - autoriscaldamento- fem termiche nel collegamenti- resistenza di isolamento- deriva della caratteristica- tempo di risposta- profonditagrave di immersione
Misure di temperatura ed umiditagrave
16
Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
13
principio dilatazione di solidicampo 0divide600incertezza 1-5degCuscita meccanicanorme UNI- CTI 9010
Vantaggi- basso costoSvantaggi- scarsa precisione- non utilizzabili a distanza
Termometri bimetallici
I termometri bimetallici sono costituiti da un tubo in acciaio al cui interno egrave posta una spirale elicoidale bimetallica (elemento sensibile)La spirale ha unrsquoestremitagrave saldata alla parte inferiore del tubo e laltra ad un alberino di trasmissione alla cui estremitagrave libera viene montato lrsquoindiceLe variazioni di temperatura causano nel bimetallo una deformazione che attraverso la rotazione dellalberino si trasmette alla lancetta ruotante sul quadrante
Misure di temperatura ed umiditagrave
14
Termometri a resistenza
principio variazione resistenza elettrica di metallicampo -250divide850degCincertezza 001-01degCuscita elettricanorme UNI-7937 IEC 751
Vantaggi- elevata affidabilitagrave- linearitagraveSvantaggi- elevato costo - elevata costante di tempo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Fattori di affidabilitagrave di un Termometro a Resistenza
- resistenza dei fili di collegamento - autoriscaldamento- fem termiche nel collegamenti- resistenza di isolamento- deriva della caratteristica- tempo di risposta- profonditagrave di immersione
Misure di temperatura ed umiditagrave
16
Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
14
Termometri a resistenza
principio variazione resistenza elettrica di metallicampo -250divide850degCincertezza 001-01degCuscita elettricanorme UNI-7937 IEC 751
Vantaggi- elevata affidabilitagrave- linearitagraveSvantaggi- elevato costo - elevata costante di tempo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Fattori di affidabilitagrave di un Termometro a Resistenza
- resistenza dei fili di collegamento - autoriscaldamento- fem termiche nel collegamenti- resistenza di isolamento- deriva della caratteristica- tempo di risposta- profonditagrave di immersione
Misure di temperatura ed umiditagrave
16
Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Fattori di affidabilitagrave di un Termometro a Resistenza
- resistenza dei fili di collegamento - autoriscaldamento- fem termiche nel collegamenti- resistenza di isolamento- deriva della caratteristica- tempo di risposta- profonditagrave di immersione
Misure di temperatura ed umiditagrave
16
Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
16
Termocoppieprincipio effetto Seebeckcampo lt350degC (T) lt900degC(E)incertezza 05divide5degCuscita elettricanorme UNI-CTI 7938
IEC 584-123
Vantaggi- basso costo- piccola costante di tempoSvantaggi- non linearitagrave- bassa sensibilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Seebeck lega il potenziale (la forza elettromotrice fem) Es che si genera ai capi di un giunto di metalli diversi alla temperatura T del giunto ed ai due metalli A-B costituenti il giunto stesso
dES = αAB middot dT
dove αAB rappresenta il coefficiente di Seebeck piugrave noto come potere termoelettrico della coppia AB ed egrave funzione della sola temperatura T del giunto
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Peltier descrive lassorbimento o la cessione di calore Qpche avviene in un giunto di metalli diversi attraversato in un verso o in quello opposto (reversibilmente) da una corrente I
dQP = plusmn πAB middot I middot dθ
dove πAB rappresenta il coefficiente di Peltier il cui valore dipende per una determinata coppia A-B dalla sola temperatura T del giunto Il coeficiente πAB puograve variare in valore e segno al variare della T nel senso che a paritagrave di verso della corrente I in uno stesso giunto ci puograve essere assorbimento o cessione di calore Qp a seconda della temperatura del giunto Ovviamente esiste una temperatura T allaquale tale effetto egrave nullo
Sulla base della fenomenologia ad effetto Peltier descritta sono stati sviluppate sistemi di raffreddamento di ridotta potenza il cui maggiore pregio oltre alla sicurezza intrinseca egrave quello di non presentare organi in movimento e quindi di non essere soggetti a fenomeni di usura Tali dispositivi hanno trovato applicazione nel raffreddamento di ambienti di ridotte dimensioni e nella termostatazione di elementi nella strumentazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
la legge di Thomson descrive lassorbimento o la cessione di calore QT che avviene in un conduttore omogeneo lungo il quale vi egrave un gradiente di temperatura al passaggio di una corrente I (anche di tipo termoelettrico)
dove σ rappresenta il coefficiente di Thomson il cui valore dipende dal materiale del conduttore dal gradiente di temperatura e dalla temperatura stessa Si noti che il coefficiente di Thomson viene spesso anche definito calore specifico elettrico in quanto rappresenta la quantitagrave di calore ceduta od assorbita in un singolo conduttore sottoposto ad un gradiente unitario quando egrave percorso da una corrente unitaria
ϑσ IddTdQT
TT sdotsdotplusmn= int )(
2
1
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
I tre effetti su descritti sono tutti contemporaneamente presenti in un circuito termoelettrico a doppio giunto (uno di misura ed uno diriferimento)
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
2 2 2
2 11 1 1
T T T
AB AB A B ABT TT T T
E dT dT dT= π minus π + σ sdot minus σ sdot = α sdotint int int
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
Ia legge del circuito omogeneoIn un circuito chiuso costituito da un solo materiale omogeneo non puograve circolare corrente termoelettrica per soli scambi termici Quindi
- se in un circuito costituito da un solo materiale circola corrente termoelettrica ciograve egrave dovuto ad impurezze del materiale
- in un circuito termoelettrico con due giunti a temperature diverse la fem generata egrave indipendente dalla temperatura lungo i fili supposti omogenei
A A
B
EAB
T1 T0
plusmnQTplusmnQT plusmnQT
plusmnQPplusmnQP
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Leggi dei circuiti termoelettrici
IIa legge dei metalli intermediLa somma algebrica delle fem in un circuito costituito da un numero qualsiasi di metalli diversi egrave nulla se tutto il circuito egrave isotermoQuindi se un terzo metallo egrave inserito nel circuito e le estremitagrave di tale metallo sono tenute isoterme non si verificano variazioni di fem
III legge delle temperature intermedieLa fem termica di una coppia avente i giunti a temperatura T1 e T2 egrave la somma algebrica delle fem delle stesse coppie aventi i giunti ordinatamente alle temperature T1 T2 e T3 T2
ET1T2 = ET1T3 + ET3T2
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
A Cu
B Cu
Voltmetro digitale o Ponte di precisione
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T1f e m
A Cu
B Cu
Giunto di riferimento
Giunto di misura
T3
f e m
B
T2
T1
A
Collegamenti elettrici delle termocoppie
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
mel
( d
)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
SoddisfacenteSoddisfacente (atm lt 05 O2)Soddisfacente (atm lt 02 O2)Non raccomandato
Cu
- C
ost Fe
- C
ost
(
sotti
li )
Fe -
Cos
t ( d
oppi
e )
Pt R
h -
Pt
Chr
omel
A
lum
el(
s )
Chr
oml
Alu
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)
WR
e 3
- W
Re
25
2000
1500
1000
- 200
500
0
2500
T (degC)
Termocoppie normalizzate
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
La termografia egrave una tecnica di misura della temperatura ldquoa distanzardquo Determinazione del flusso termico radiativo emesso da un corpo nella banda spettrale dellrsquoinfrarosso senza contatto con lo stessoCon il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento attraverso un termogramma
La distribuzione di temperatura della superficie in esame rilevata per mezzo di un opportuno sistema di scansione ottica egrave visualizzabile mediante la mappa termica in cui la variazione della temperatura egravevalutata in rapporto ad una scala cromatica in ldquofalsi colorirdquo che fa corrispondere ad ogni colore una temperatura
Termografia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valgono le tre relazioni fondamentali dellrsquoirraggiamentominus equazione di Planck
minus equazione di Wien
Enλ (T)Potere emissivo emisferico spettrale del corpo nero alla
lunghezza drsquoonda λ in funzione della T [W m2 microm]
C1 cost = 374 bull 108 [W microm4m2]
C2 cost = 144 bull 104 [microm K]
C3 cost = 2898 10-3 [microm k]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
λ lunghezza drsquoonda [microm]
λmaxlunghezza drsquoonda per cui si ha Enλ (T) massima [microm]
( )2
1
5 1n c
T
cE Te
λλλ
= sdot minus
max 3T Cλ =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Integrando la formula di Planck da λ = 0 a λ = infin egrave possibile ottenere lrsquoemittanza radiante totale di un corpo nero
Equazione di Stefan-Boltzmann
En (T) Potere emissivo emisferico totale di un corpo nero [W m2]
σ costante di Stefan Boltzman= 567051 bull 10-8[W m2K4]
T temperatura assoluta del corpo nero [K]
lrsquoemittanza radiante compresa nellrsquointervallo λ = 0 a λmax egrave
solo il 25 del totale
( ) 4nE T Tσ= sdot
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Per il corpo grigio la formula di Stefan-Boltzmann diventa
E(T) = ε bull σ bull T4
Il potere emissivo totale di un corpo grigio egrave identico a quello di un corpo nero alla stessa temperatura moltiplicato per il valore di
emissivitagrave ε del corpo in esame
I Corpi Reali
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lrsquoemissivitagrave di un corpo reale dipende da 1 natura superficie2 tipo di materiale3 tipologia di lavorazione superficiale4 stato di ossidazione5 sporcizia e grasso sulla superficie6 temperatura 7 angolazione target-sensore8 lunghezza drsquoonda
NON SONO VALORI DI
RIFERIMENTO
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misure non intrusive e a distanza ovvero misure- di oggetti in movimento ingranaggi cuscinetti nastri- di oggetti non accessibili - in ambienti pericolosi - di oggetti sotto tensionecomponenti elettronici rotaie in tensione
trasformatori- di oggetti che non si possono toccare con vernice fresca parti sterili o
sostanze corrosive2 Misure non distruttive non sussistono alterazioni in seguito alla verifica 3 Misure di temperature elevate generalmente al di sopra dei valori misurabili
con termocoppie e termoresistenze4 Misure di temperature di scarsi conduttori di calore come ceramica gomma
plastica5 Misura della temperatura media di superfici o di distribuzione di temperatura
(mappe termiche)6 Misure di transitori termici e di fenomeni termici periodici di elevata frequenza7 Misure di oggetti piccoli con massa ridotta di cui una sonda a contatto
rimuoverebbe troppo calore misurando cosigrave un valore scorretto8 Strumento di diagnostica e controllo e monitoraggio
Campi di Impiego
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Egrave una tecnica di misura a distanza non distruttiva e non intrusiva2 Offre la possibilitagrave di ottenere unrsquoimmagine termografica in tempo
reale con possibilitagrave di seguire lrsquoevoluzione del campo termico in transitori molto veloci
3 Diagnosi predittiva4 Sistema di misura compatto e facilmente trasportabile5 Rilevamento di anomalie spesso invisibili ad occhio nudo6 Ispezione con lrsquoimpianto in funzionamento7 Utilizzata in fase di progettazione evita lrsquoinsorgere di difetti successivi
con costose campagne di richiamo8 Utilizzata nellrsquoautomazione e nel controllo di processo consente di
migliorare lrsquoefficienza produttiva e di ottimizzare il controllo della qualitagrave
Vantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
1 Misura piugrave qualitativa che quantitativa2 Incertezza elevata fino a plusmn25degC3 Misura fortemente influenzata da fattori quali emissivitagrave
distanza target piano focale umiditagrave ambiente hellip4 Utilizzo di software dedicati5 Difficoltagrave interpretative delle immagini termografiche
Svantaggi
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Sensori per la Misura dellrsquoUmiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccaniciprincipio di misura
Basato sul fenomeno dellelongazione di capelli umani in funzione dellumiditagrave
Elementi sensibili membrane sia animali che sintetiche carta tessuti
Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi meccanicicause di incertezza
Deriva di zero (stress meccanici esposiz ambienti secchi)IsteresiContaminazione superficiale (ammoniaca polveri grassi)Sensibilitagrave alle vibrazioni(elevato tempo di risposta)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi resistiviprincipio di misura
Misurano la variazione di resistenza dellrsquoelemento sensibile Si distinguono due tipi di sensori a) conduzione di superficie b) conduzione di massa La caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute il polistirene trattato con acido solforico)
)exp(R φβα sdotminussdot=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi capacitiviprincipio di misura
La variazione dellrsquoumiditagraverelativa provoca una variazione della capacitagrave del sensoreGeneralmente uno degli elettrodi egrave permeabile al vapor drsquoacquaLa caratteristica del sensore egrave di tipo non lineare del tipo
(Un esempio di substrato utilizzato eacute lrsquoacetato di cellulosa e la poliammide)
( )[ ]LAC o
f
f
w εεεεν sdot+minussdot=
3313131
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri relativi elettricicause di incertezza
temperatura dellrsquoariacontaminazione dellrsquoelemento sensibile fenomeni di condensazionetensioni meccaniche indotte sullrsquoelementoirraggiamento direttotensione di alimentazioneimpedenza di carico
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazioneprincipio di misura
Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) egrave tale che
Sorgente di luce (1) specchio riflettente (2) rilevatore di condensa (3) sistema di controllo (4) sensore di temperatura (5) sistema di raffreddamentoriscaldamento (6)scambiatore (7)
13
426
75
)T(pp rvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a condensazionecause di incertezza
incertezza sensore di temperaturagradienti di temperatura i) aria-condensato ii) condensato-superficie raffreddata ii) superficie raffreddata-sensore di temperaturaeffetto Kelvin (grado di finitura specchio)effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili)attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio)tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione adsorbimento desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento)portate di campionamento inadeguata (portata pulsante troppo bassa o elevata 30-100 dm3h)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometriprincipio di misura
Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dellrsquoaria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente drsquoaria umida)Il funzionamento dello psicrometro eacutedescritto dalla relazione di Ferrel
)tt(Axx usTus minussdotminus=
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Psicrometri cause di incertezza
Incertezza dei sensori di temperaturaVariazioni del flusso conduttivo i) garza e sensore di temperatura ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimentoVariazioni del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria) i) aria umida e film saturo ii) film saturo e garzaVariazioni del flusso radiativo tra sensore e lrsquoambiente Eccessivo essiccamento della garzaSporcamento della garzaIntrusivitagrave in ambienti di dimensioni ridotte
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturiprincipio di misura
Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce allaumentare della concentrazione del sale discioltoLa soluzione salina viene
riscaldata la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore drsquoacqua
)T(pp sLiClvsv =
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri a sali saturicause di incertezza
incertezza sensore di temperaturavariazione del flusso radiativovariazione del flusso convettivo (velocitagrave dellrsquoaria)variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo)contaminazione superficiale (sostanze solubili)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticiprincipio di misura
Basato sullrsquoessiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dellacqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogenoLa misura della corrente richiesta eacute proporzionale al numero di molecole dacqua dissociate (due elettroni per ogni molecola dacqua)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Igrometri elettroliticicause di incertezza
incertezza sensore di correntericombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina ammoniaca alcool ecc)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
bull Taratura di sensori di Temperatura Forni e Camere Climatiche
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Insieme delle operazioni che stabiliscono sotto condizioni specificate la relazione tra i valori indicati da uno strumento o da un sistema per misurazione o i valori rappresentati da un campione materiale ed i corrispondenti valori noti di un misurando
Taratura (VIM 613)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferibilitagrave
proprietagrave del risultato di una misurazione consistente nel poterlo riferire a campioni appropriati generalmente nazionali od internazionali attraverso una catena ininterrotta di confronti tutti con incertezza dichiarata
[VIM 610]
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Taratura della strumentazione di misura
controllo e collaudo
Misurecritiche
Si No
NoSi
SiStrumentotarabile perconfronto
Strumentotarabile perconfronto
Laboratorio di taratura
internoesterno alla azienda
Taratura o verifica con strumento
avente caratteristich
e adeguate
Esisteriferibilitagrave naz
internazSi No
Scelta del processo di taratura
NoSi Si possonousare materiali
di riferim
Laboratorio interno alla
azienda
Utilizzo dimateriali di riferimento
adeguati
Laboratorio interno alla azienda o
laboratorio del cliente
Effettuazione di confronticoncordati
No
Centro di taratura
accreditato dal SIT o in ambito EA
Taratura per grandezze e incertezze accreditate
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Taratura con strumenti riferiti a campioni
nazionali o internaz
Laboratorio di taratura interno alla
azienda
Utilizzo di materiali di riferimento certificati
Laboratorio interno alla
azienda
Effettuazione di confronti
tra laboratori con procedure
AQ (Proficiency
testing)
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Xrv X E SX
[degC] [degC] [degC] [degC]
2016 1996 -020 001 1320 1336 016 001 702 716 014 002 209 233 024 001 -464 -434 030 003 -1029 -1016 014 002 -1799 -1865 -066 001
-150
-100
-050
000
050
100
150
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
X [degC]
E=X-Xrv [degC]
TABELLA I Coefficienti del polinomio e matrice di varianza-covarianza
GradoCoefficienti
deg i
Incertezza U c ( deg i )
0 0013349909 0312327293 975E-02 -212E-05 127E-09 -224E-141 -23713E-06 934404E-05 -212E-05 873E-09 -666E-13 135E-172 811351E-09 74774E-09 127E-09 -666E-13 559E-17 -120E-213 -19032E-13 163216E-13 -224E-14 135E-17 -120E-21 266E-26
Gradi di Libertagrave 18
Matrice di Varianza-covarianza deg deg
-1-05
005
115
225
3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Esempio di Curva e Tabella di Taratura di un igrometro a punto di rugiada
Elaborazione matricialedella curva di taratura di una Bilancia
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Yi + uiYi
I i
curva di taratura
I
Yi - ui
YCurva caratteristicadi funzionamento
Curva caratteristica di funzionamento nominale e reale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura ai punti fissi
Un punto fisso in temperatura egrave di norma un particolare stato termodinamico di una sostanza pura in cui coesistono piugrave fasi e nel quale gli scambi termici dovuti alla non perfetta adiabaticitagrave dei sistemi reali vengono compensati dai termini di accumulo dovutial calore latente di evaporazione o solidificazione realizzando cosi un ambiente isotermo ad un valore di temperatura noto
Il metodo di taratura ai punti fissi consiste nel realizzare in laboratorio i punti fissi necessari allinterpolazione delle relazioni di funzionamento degli strumenti di misura nellintervallo di temperatura di interesse
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Metodo di taratura per confronto
Il metodo di taratura per confronto consente a differenza di quello ai punti fissi di costruire la caratteristica reale dello strumento per punti
La taratura consiste infatti nellassociare ad una serie di misure effettuate con lo strumento campione una serie effettuata con il trasduttore in prova entrambi gli strumenti vengono mantenuti virtualmente alla stessa temperatura
Il sistema di taratura consiste quindi di un ambiente termostatato a temperatura regolabile di elevata stabilitagrave ed uniformitagraveuno strumento di misura campioneun sistema di lettura ed elaborazione
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Lambiente termostatato differente a seconda dei campi di temperatura viene di volta in volta denominato
criostatobagno termostatico a liquido o a miscela di sali fusiforno a letto fluidizzatofornetto a blocco metallico equalizzatore
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Ersquo costituito da un bagno di fluido mantenuto ad una determinata temperatura mediante un sistema di riscaldamento o raffreddamento Luniformitagrave del bagno egrave garantita da appositi fluidi di scambio caratterizzati da una elevata diffusivitagrave e mantenuti continuamente in agitazione tramite appositi mescolatori
I Fluidi termostatici sono generalmente rappresentati da acqua deionizzata (t lt temperatura di ebollizione)olii sintetici non conduttivi (t lt temperatura di flash temperatura alla quale i vapori del fluido si infiammano ndash circa 260degC) miscele di sali fusi o metalli a basso punto di fusione (ad es lo stagno) per elevate temperature (fino a 500-600degC)soluzioni di acqua e liquidi anticongelanti (fino a -30degC)sostanze con bassa temperatura di solidificazione alcool denaturato (-70degC) metanolo (-100degC) pentano o isopentano (-160degC)
Il fluido deve inoltre soddisfare in tutto lintervallo di funzionamento del bagno altre proprietagrave quali quella di essere un isolante elettrico e di mantenere nel campo drsquouso queste proprietagrave inalterate
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Bagno termostatato
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Incertezza di taratura
Lincertezza di taratura nel caso del metodo ai punti fissi dipende fondamentalmente dalla riproducibilitagrave dei punti fissi (che nei dispositivi commerciali risulta circa pari a 005degC)
Nel metodo per confronto lincertezza dipende essenzialmente dalla stabilitagraveed uniformitagrave del sistema di taratura oltre che dalla incertezza sulla grandezza di riferimento (campione di misura) e dallincertezza del sistema di lettura
Le incertezze del metodo per confronto sono sicuramente superiori a quelle del metodo ai punti fissi ma soddisfano la gran parte delle richieste e in molti casi raggiungono i limiti intrinseci dei trasduttori in esame
Per realizzare la condizione di isotermia nello spazio in cui sono sistemati gli elementi sensibili e nel tempo necessario alle operazioni di misura eacute necessario che il bagno soddisfi le su citate condizioni di uniformitagrave e stabilitagrave
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
UniformitagravePer migliorare luniformitagrave del bagno egrave necessario prevedere non solo pareti isolanti in modo da ridurre i gradienti termici ma utilizzare appropriati fluidi con una elevata diffusivitagrave e mantenerli in moto allinterno del bagno in modo da massimizzare gli scambi termici interni
E necessario inoltre tenere in debito conto leffetto aletta che lo stesso sensore provoca inconveniente che puograve essere minimizzato mantenendo una adeguata profonditagrave di immersione Risulta conveniente mantenere nelle operazioni di taratura la stessa profonditagrave di immersione che il sensore deve avere nelle condizioni di impiego ma specie per i sensori elettrici di elevato diametro eacutebuona norma posizionare il sensore in modo che non risenta della temperatura ambiente Nel campo -100-260degC egrave possibile comunque limitare questa incertezza sistematica posizionando i sensori ad una profonditagrave di circa 20-30 volte il diametro esterno della guaina e verificando la misura ripetendola ad una profonditagrave di immersione superiore Eventuali differenze di temperatura tra sensore ed ambiente di misura possono essere imputabili oltre che alle disuniformitagrave del bagno alle perturbazioni derivanti dallo stesso sensore ad esempio nel caso delle termoresistenze e nei termistori puograve essere rilevante il fenomeno di autoriscaldamento
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
61
Stabilitagrave
Ersquo fondamentalmente delegata al sistema di regolazione e quindi alla sensibilitagrave e alla prontezza del sensore e dellintera catena di regolazione
Per ciascun punto sperimentale eacute opportuno effettuare un minimo di 5 letture calcolando poi direttamente il valore medio
Ersquo possibile migliorare la stabilitagrave mantenendo una predeterminata sequenza nelle serie di misura
Per esempio misurare la temperatura mediante lo standard di riferimento allinizio e alla fine di una serie di acquisizione sul sensore sotto test e cioegrave
campione termometro in prova termometro in prova campione oppure in sequenza alternata campione termometro in prova campione termometro in prova
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
62
Incertezza sulla grandezza di riferimento
Ersquo caratteristica del campione utilizzato ed eacute deducibile dal certificato di taratura del campione stesso oltre che da possibili contributi dovuti alla deriva a lungo termine
Ulteriori incertezze possono derivare dalla misura della grandezza trasdottadal campione di misura (resistenza fem dilatazione termica) dalle grandezze di influenza (umiditagrave pressione atmosferica livelli di disturbo meccanici e magnetici)
Bisogna considerare che il metodo di interpolazione inevitabilmente porta con se una incertezza tanto maggiore quanto piugrave piccolo eacute il numero dei punti di taratura utilizzati Una stima di questa puograve essere ad esempio fatta a partire dal calcolo dei residui
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Forni frigoriferi congelatori
ndash esecuzione di trattamenti termici (settore industriale)
ndash finalitagrave di conservazione e stoccaggiondash controllo solo sulla temperaturandash range di temperatura anche molto elevati
(da T ambiente fino a 1100 degC)
Generalmente i requisiti metrologici sono contenuti (accuratezza di circa plusmn 10 degC solo per i forni dedicati a trattamenti speciali si puograve scendere a plusmn 5 degC)
Se lo strumento non possiede un indicatore di T non egrave possibile effettuare la taratura Eventualmente si puograve effettuare una prova di cut-off che consiste nel determinare la temperatura alla quale le resistenze (nel caso di forni) o il compressore (nel caso di frigoriferi) si riporta in posizione OFF
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Camere climatiche
ndash Prove ambientali (direttiva MID shock termici tropical test caldo umido caldo secco freddo umido freddo secco)
ndash Tarature (taratura di sensori di umiditagraverelativa igrometri psicrometri)
strumento campione per la temperatura termoresistenza o termocoppia a metallo nobile (tipo N o S)strumento campione per lrsquoumiditagraverelativa psicrometro campione (a specchio condensante)sensore in taratura regolatore di T registratore di T (ove presente) regolatore di UR registratore di UR (ove presente) ulteriori verifiche gradiente in salita termica gradiente in discesa termica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Riferimenti tecnici non presenti a livello nazionaleIEC 60068-3-6 Ed 10 (agosto 2001) Environmental testing ndash Confirmation of the performances of temperaturehumidity chambers
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Temperatura
La verifica viene effettuata almeno su 3 punti di temperatura il piugravepossibile equidistanziati nel campo di funzionamento dello strumento in taratura salvo diverse indicazioni fornite dal cliente Per ogni punto la misura deve durare almeno 60 minuti (frequenzadi campionamento almeno pari ad 1 min)Il numero di termocoppie ed il loro posizionamento allrsquointerno dello strumento in taratura egrave stabilito generalmente in base alle dimensioni della camera
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
1 centrale e 8 in prossimitagrave degli spigoli9oltre 10
1 centrale e 4 al centro delle superfici laterali5da 03 a 10
Centrale1fino a 03
Forni stufe e camere climatiche a ventilazione forzata
Centrale1Frigoriferi congelatoriCentrale1Forno a muffola
PosizioneNumeroTC
Volume utileStrumento
m3
Tipologia distrumento
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Verifica del Sensore di Umiditagrave relativa
Posizionare allinterno della camera climatica attraverso lapposito foro la sonda psicrometrica campioneControllare lrsquoumiditagrave relativa della camera climatica su almeno 3 valori (30-50-70 UR) dopo aver impostato un valore di temperatura (generalmente) compreso nellrsquointervallo 20plusmn1 degC (tale valore di temperatura deve essere mantenuto costante durante tutto il tempo di rilevazione dei valori di umiditagrave relativa)Eventuali ulteriori punti di temperatura dovranno essere verificati sempre con almeno tre punti di UR
NOTA normalmente la funzione di errore dellrsquoumiditagrave relativa si distribuisce in modo uniforme per cui egrave sufficiente effettuare la verifica in un solo punto della camera climatica
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Determinazione contributi di incertezza
Temperaturabull incertezza associata ai campioni utilizzati per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull incertezza associata alla stabilitagrave viene calcolata come la massima
deviazione di ogni singolo canale durante tutto il campionamento e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare
bull incertezza associata allrsquouniformitagrave viene determinata come lo scostamento massimo tra i vari canali campionati nel medesimo istante e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo rettangolare (nel caso di misure a singola termocoppia il contributo viene trascurato)
Umiditagrave Relativabull incertezza associata al campione utilizzato per le misurebull incertezza associata alla risoluzione dello strumento in taraturabull Incertezza associata alla stabilitagravebull viene calcolata come la deviazione standard delle 10 misure effettuate
e si valuta per esso un intervallo di probabilitagrave di tipo normale
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoTemperaturardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo
Misure di temperatura ed umiditagrave
Valutazione Incertezza grandezza ldquoUmiditagrave Relativardquo