Ci avete fatto caso? Un tempo, nelle schede elettroniche, le sonde Pt100 e Pt1000 erano una scelta molto diffusa. Oggi, in moltissime applicazioni di termoregolazione, le NTC sono diventate la soluzione più comune. Eppure, almeno sulla carta, sembrerebbero la scelta peggiore.
Le Pt100 e Pt1000 sono sensori RTD (Resistance Temperature Detector) al platino, caratterizzati da un coefficiente di temperatura positivo: la resistenza aumenta all’aumentare della temperatura. Sono stabili, precise e relativamente lineari. Una Pt100 vale 100 Ω a 0 °C e varia di circa 0,385 Ω/°C in prossimità di quella temperatura; una Pt1000 segue lo stesso principio, ma con una resistenza nominale e una sensibilità dieci volte maggiori. La relazione tra resistenza e temperatura è quindi prevedibile e relativamente semplice da gestire.
Le NTC (Negative Temperature Coefficient) funzionano al contrario: la loro resistenza diminuisce all’aumentare della temperatura. Sono generalmente realizzate con materiali ceramici semiconduttori e presentano una caratteristica fortemente non lineare. Una NTC da 10 kΩ, per esempio, ha una resistenza nominale di 10.000 Ω a 25 °C, ma il valore varia sensibilmente anche per pochi gradi di differenza. Per ricavare la temperatura dalla resistenza occorre quindi utilizzare una formula, una tabella di conversione o un algoritmo di linearizzazione, facendo riferimento alla curva specifica del componente. Meno linearità, dunque, e più elaborazione.
Perché allora le NTC si sono diffuse così tanto?
Il primo motivo è il costo. Le NTC sono generalmente economiche da produrre, compatte e disponibili in numerosi formati. Nelle produzioni di massa, anche pochi centesimi risparmiati per sensore possono incidere significativamente sul costo complessivo di migliaia di schede.
Il secondo motivo è la semplicità del circuito di acquisizione. Una NTC può essere collegata a un semplice partitore resistivo, la cui tensione viene letta dall’ADC di un microcontrollore. Il firmware ricava la resistenza e la converte in temperatura. Una Pt100, invece, presenta variazioni di resistenza molto piccole: circa 0,385 Ω per grado. Per ottenere una misura accurata occorre gestire attentamente la corrente di misura, l’autoriscaldamento, la risoluzione dell’acquisizione e gli errori introdotti dai collegamenti. Spesso servono circuiti dedicati, con un costo aggiuntivo. La Pt1000 attenua alcuni di questi problemi grazie alla resistenza nominale dieci volte superiore, ma richiede comunque un’acquisizione adeguata.
Il vero cambiamento, però, è avvenuto nell’elettronica. Queste differenze esistevano anche vent’anni fa, ma allora compensare la non linearità di una NTC poteva richiedere circuiti analogici oppure risorse di calcolo non sempre convenienti. Oggi i microcontrollori sono economici, integrano convertitori analogico-digitali e possono eseguire senza difficoltà le operazioni necessarie. Una formula o una tabella di conversione hanno un costo computazionale praticamente trascurabile. La non linearità, un tempo un problema da risolvere nell’hardware, è diventata soprattutto una questione di firmware.
C’è poi il vantaggio del cablaggio. Una NTC da 10 kΩ presenta una resistenza elevata rispetto a quella di una Pt100, perciò la resistenza dei cavi incide generalmente in misura minore sulla lettura. Con una Pt100, pochi ohm aggiunti dal cablaggio possono introdurre errori importanti; le connessioni a tre o quattro fili permettono di compensarli, ma aumentano la complessità del sistema. La Pt1000 riduce il problema, senza eliminarlo. Anche le NTC, naturalmente, risentono della resistenza dei collegamenti: l’entità dell’errore dipende dalla temperatura di lavoro e dalla precisione richiesta.
Infine, le NTC offrono un’elevata sensibilità in intervalli di temperatura relativamente ristretti, caratteristica ideale per frigoriferi, climatizzatori, caldaie, pompe di calore, batterie e alimentatori. Questo non significa che siano intrinsecamente più accurate: tolleranza, stabilità, rumore, autoriscaldamento e calibrazione restano determinanti.
Le Pt100 e Pt1000, quindi, non sono affatto obsolete. Rimangono preferibili quando servono stabilità, ripetibilità, intercambiabilità e accuratezza su un ampio intervallo termico. Le NTC vincono invece quando il campo di temperatura è limitato, il costo è determinante e il microcontrollore può compensarne facilmente la non linearità. In definitiva, non è cambiato quale sensore sia migliore in assoluto: è cambiato il compromesso tra prestazioni, costo ed elettronica necessaria. Quando una NTC, una resistenza e un ingresso ADC sono sufficienti per ottenere la precisione richiesta, una soluzione più costosa e complessa non offre necessariamente alcun vantaggio concreto.
Buon lavoro!
