come effettuare correttamente misura di temperatura

[giulia87]

Ciao a tutti,
devo misurare la temperatura sulla superficie di un tubo utilizzando una termocoppia o un termistore.
Il tubo è in materiale e dimensioni da valutare e l'idea è quella di risalire alla temperatura di un fluido che scorre all'interno del tubo, utilizzando uno spessore di parete minimo ed un materiale adatto (quindi sarebbe meglio un materiale con buona conduttività termica, un metallo).. Penso di utilizzare un sensore "adesivo", cioè dove la parte sensibile è inglobata in un foglietto adesivo, per fissarlo in modo stabile al tubo e migliorare l'accoppiamento termico tra sensore e parete del tubo (ad esempio tipo questi http://www.minco.com/Sensors-and-Instruments/Products/Thermal%20Ribbons). Poi da questo pezzetto adesivo partono i cavi del sensore, che credo siano da isolare termicamente e elettricamente con una guaina apposita (ma in commercio sono in genere già isolati)..
Un dubbio che ho e che vorrei chiedervi è il seguente:
Secondo voi, devo isolare la parte del sensore non rivolta verso il tubo, a diretto contatto con l'aria ambiente?
Da un lato penserei che sia meglio, in modo da aumentare la resistenza termica tra sensore e aria ambiente (che idealmente vorrei infinita).. Dall'alto mi viene da chiedermi se la coibentazione (e penso a una guaina tipo in poliuretano espanso oppure a semplice scotch isolante) non influenzi la misura di temperatura, magari aumentando la capacità termica del sensore e quindi i tempi di riposta a seguito di riscaldamento o di raffreddamento...
Che ne dite? Voi come agireste al mio posto?
E scegliereste un termistore od una termocoppia?

Grazie come sempre!

[attilio]

Non è la mia sezione, probabilmente si tratta di un problema di tipo didattico, oppure il fluido è particolarmente aggressivo.
Se così non fosse, mi viene da chiedere perché non innestare il sensore di temperatura (o termocoppia) direttamente dentro il tubo, a contatto col fluido.

Saluti

[belva87]

E scegliereste un termistore od una termocoppia?

Se non è troppo complesso nel tuo caso e se l'applicazione lo permette non scarterei l'idea lanciata da attilio.
In ogni caso preferirei una sonda di temperatura già fatta, tipo LM35.. ma ce ne sono di più performati.
Eviti diverse problematiche come la linearizzazione e compensazione, però dipende se l'ambiente e l'applicazione lo permette così come il range di temperatura.

[dimaios]

Per rispondere adeguatamente mi vengono in mente almeno 6 domande.

Di che fluido si tratta ?
Che velocità ha il fluido ( range ) ?
Che pressione ha il fluido nel punto di misura ( range ) ?
Che range di temperature devi misurare ?
Che precisione di misura vuoi ottenere ?
qual è la velocità di risposta del sistema desiderata ?

[giulia87]

mi viene da chiedere perché non innestare il sensore di temperatura (o termocoppia) direttamente dentro il tubo, a contatto col fluido.

attilio, questo perché il fluido non deve essere contaminato, deve essere mantenuto sterile.

belva87

In ogni caso preferirei una sonda di temperatura già fatta, tipo LM35

Si, non credo di progettare io il front-end..ad esempio nel caso di termocoppie ho gia visto che ci sono scatolotti che effettuano anche la compensazione del giunto freddo...Un requisito però è che il sensore sia miniaturizzato, o comunque, facilmente applicabile sul tubo, quindi quello che mi suggerisci non so quanto possa andare bene..

dimaios,

Di che fluido si tratta ? non è un solo tipo di fluido. Potrebbe essere acqua oppure una soluzione salina fisiologica..
Che velocità ha il fluido ( range ) ? il range di flusso può andare da 2 ul/min a qualche ml/min
Che pressione ha il fluido nel punto di misura ( range ) ? atmosferica
Che range di temperature devi misurare ? 20-40°C
Che precisione di misura vuoi ottenere ? inaccuratezza massima 0.5 °C..
Qual è la velocità di risposta del sistema desiderata ? non ho un valore ma..direi piccola, sotto il minuto..

Grazieee

[belva87]

Un requisito però è che il sensore sia miniaturizzato, o comunque, facilmente applicabile sul tubo, quindi quello che mi suggerisci non so quanto possa andare bene..

L'idea di attilio è fattibile se il tubo è in metallo, io una volta avevo fatto una cosa piuttosto spartana ma funzionale.
Avevo forato il tubo e filettato da 8 mm su cui avevo avvitato una vite di ottone precedentemente scavata tramite tornio (ma puoi fare anche con un buon trapano a colonna e una fresa).
All'interno del foro della vite avevo inserito un LM35 (con pasta termica); la barra filettata fu poi saldata al tubo a fiamma con castoling a bassa temperatura per evitare deformazioni.
Se ciò è comlicato posso farti un esempio con uno schizzo in fidocad.
Penso che per il range di temperatura, puoi vedere se esiste qualche sonda già bella pronta (magari amplificata).
Le fornisci l'alimentazione, il riferimento e hai quasi fatto....

[giulia87]

Ok grazie, se mi fornisci lo schema fidocad forse è piu immediato

Comunque, nel caso di sensore appoggiato sulla parete esterna del tubo, coibentereste o no il sensore?

thanks

[belva87]

Questa è la rappresentazione di principio di quanto detto sopra.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Spero sia più chiaro ora.
Io non avevo coibentato niente, mi sono ispirato alla soluzione adottata in meccanica per i termostati dei motori che sono montati in quel modo (ovviamente tutto fatto su misura e apposta) nelle testate.
Avevo chiuso con della gomma liquida la parte aperta della cava ricavata nella barra filettata per evitare che la sonda uscisse, nonostante fosse leggermente inscastrata.
Questa soluzione comunque è fattibile solo se puoi permettere un corpo estraneo all'interno della condotta e se la rigidità meccanica della stessa ne permette le lavorazioni.
Non so se esistono sonde già pronte da poter applicare facilmente ed esternamente al tubo.. .

[giulia87]

Questa è la rappresentazione di principio di quanto detto sopra.

belva87,sicuramente è una soluzione funzionale..però purtroppo la sonda a contatto col fluido non fa al caso mio..a meno che non sia in acciaio inossidabile o titanio magari.
Quindi opto per la sonda appoggiata sul tubo..
Ho trovato delle sonde tipo queste:
http://www.minco.com/Sensors-and-Instruments/Products/Thermal%20Ribbons
o queste
http://www.rapidonline.com/Electronic-Components/Ultra-thin-flexible-NTC-thermistors-61185#techSpecs..
però non so se debbano essere isolate o meno..
Ho fatto delle prove preliminari con una termocoppia che avavo già in lab, che però ha terminazione a punta e non a "patch flessibile e adesivo"..per cui l'ho fissata al tubo con scotch isolante ma appena fatto questo segnava una temperatura superiore a quella ambiente in assenza di fluido..poi scendeva (molto lentamente) al valore ambiente..ma insomma, mi sembrava di aver in qualche modo aumentato la capacità termica del sensore (che in teoria, se la termocoppia è piccolissima, è piccola)..
help :

[belva87]

però non so se debbano essere isolate o meno..

L'isolamento elettrico è già realizzato, tu intendi isolate termicamente?
Secondo me no, altrimenti sposti la capacità termica come dici tu.
Se lo vuoi fare devi rendere uniforme la quesione coibentando tutto il tubo, ma non so se puoi..
Ad ogni caso devi fare delle prove e vedere se e cosa capita in modo da poterne valutare con dati reali l'entità.Se il front-end lo prendi già fatto non vedo altre grandi difficoltà.

però purtroppo la sonda a contatto col fluido non fa al caso mio..a meno che non sia in acciaio inossidabile o titanio magari.

La sonda non è a contatto con il fluido ma bensì a contatto con la barra filettata, è questa che poi è a contatto con il fluido.
Per il materiale dipende dall'aggressività del fluido, il titanio non lo conosco (mai lavorato, solo guardato) e tantomeno l'acciaio, almeno non con saldature.
Di che materiale è il tubo? se è di una lega dolce puoi optare per l'ottone (termicamente non si comporta male) oppure direttamente il rame.
Mi spunta un'altra idea, ma non so se è fattibile perché non so lo spessore del tubo.
Se lo spessore è considerevole puoi fresarne una piccola parte in modo da creare una sorta di lato, una faccia piana, su cui posizionare il sensore a semiconduttore oppure quelli adesivi.