I sensori di temperatura, ci permettono di trasformare la temperatura in una grandezza elettrica. In commercio ne esistono di molti tipi, i più usati sono:
- termocoppie
- termoresistenze
- termistori
- Sensori di temperatura integrati
Termocoppie
Le termocoppie sono i sensori di temperatura più diffusi, nonostante il basso valore del segnale di uscita e la linearità non sempre soddisfacente. Presentano infatti diversi pregi fra cui un costo ridotto e una buona resistenza alle sollecitazioni dell’ambiente. Il principio di funzionamento è basato sull’effetto Seebeck-Peltier o effetto termoelettrico. In estrema sintesi la termocoppia è costituita da due conduttori di materiale ben noto che si uniscono in un punto detto “giunto caldo” in prossimità del quale va effettuata la misura di temperatura. Gli altri due estremi detto “giunto freddo”, sul quale si manifesta una differenza di potenziale che dipende dalla temperatura a cui si trova il giunto caldo.
Per una spiegazione più dettagliata dei sensori di temperatura a termocoppie vi rimando alla sezione appunti: Termocoppie
Termoresistenze
La termoresistenza o RTD (Resistance Temperature Detector) è un dispositivo sensibile alla temperatura, la cui resistenza aumenta all’aumentare della temperatura a cui è sottoposto. Un sensore di temperatura a termoresistenza è realizzato con del filo metallico avvolto a spirale su un substrato ceramico; il conduttore può essere anche un film (cioè un sottile strato) di metallo depositato su substrato ceramico. Una RTD può essere costruita con diversi tipi di metallo, ma il materiale di gran lunga più utilizzato è il platino. Esso può infatti sopportare temperature elevate, mantenendo un’ottima stabilità. Il valore nominale della resistenza, a una temperatura di O °C di una RTD al platino realizzata con la tecnologia di deposizione di un film sottile è 100; per questo motivo tali dispositivi vengono anche indicati con la sigla PTIOO.
Termistori
II termistore è un dispositivo costituito da materiali semiconduttori, quali gli ossidi di ferro, di cromo, di manganese, di cobalto e di nichel. Allo stato puro questi ossidi presentano resistività elevata, tuttavia possono essere trasformati in materiali semiconduttori aggiungendo piccole quantità di un metallo con diversa valenza. II principale vantaggio presentato dai termistori nella misura della temperatura è la loro notevole sensibilità. Un altro vantaggio è rappresentato dalle dimensioni ridotte del componente, e quindi dalla presenza di una massa termica molto piccola che permette una risposta rapida alle variazioni di temperatura.
Esistono due tipi di termistori con un comportamento diverso in funzione del coefficiente di temperatura:
- i termistori NTC (Negative Temperature Coefficient), che hanno coefficiente di temperatura negativo, per i quali in corrispondenza a un aumento di temperatura si verifica una diminuzione della resistenza;
- i termistori PTC (Positive Temperature Coefficient), che hanno coefficiente positivo, per i quali l’aumento della temperatura determina l’aumento della resistenza. Tale caratteristica è presente, però, solo in un determinato campo di temperature, all’esterno del quale il dispositivo torna a presentare un coefficiente di temperatura negativo
Sensori di temperatura integrati
La proprietà di alcuni dispositivi a semiconduttore di variare i propri parametri di funzionamento con la temperatura, ha consentito di realizzare sensori di temperatura integrati o IC sensor, che forniscono in uscita sia corrente sia tensione, in funzione della temperatura a cui sono posti. Si tratta di dispositivi che hanno una caratteristica di funzionamento lineare e buona sensibilità.
Trasduttore integrato LM35
Il sensore di temperatura LM35 è un trasduttore di temperatura integrato, la cui tensione di uscita è lineare alla temperatura misurata, con una sensibilità di 10mV/°C. Quindi con 10mV d’uscita ci troveremmo ad una temperatura di 1 grado, mentre con 100mV ci troveremmo ad una temperatura di 10 gradi, fino ad un massimo di 150°C pari a 1,5 Volt.
Il vantaggio di questo sensore è il fatto che il segnale di uscita non necessita di particolari trattamenti per poter essere portato in una scala appropriata e non necessita di nessuna particolare calibrazione o regolazione. In uscita eroga una corrente di 10mA e può essere interfacciato direttamente con Arduino. Il sensore è alimentabile sia con tensioni positive che vanno dai 5V ai 20V, sia con tensioni duali, che permettono la lettura di temperature al di sotto dello 0.
Applicazione pratiche dei sensori di temperatura
A seguire alcune applicazioni del sensore di temperatura con microcontrollori ESP8266 e Arduino:
ESP8266 + Telegram Bot (Controllo Luci e sensore di Temperatura) | Smart Project
ESP8266 Web Server with Temperature and Humidity Sensor | Smart Project
Sensori e Controllo Temperatura – Progetto Smart Home
Wikipedia: Termocoppie
