In contesti industriali italiani caratterizzati da umidità relativa persistente oltre l’85%, la precisione dei sensori di temperatura si degrada significativamente a causa dell’interazione diretta tra l’umidità e i materiali termoelettrici, alterando la stabilità della calibrazione e incrementando l’incertezza di misura. Il protocollo Tier 2, rigorosamente strutturato per garantire tracciabilità e ripetibilità, rappresenta l’unica via consolidata per affrontare queste condizioni estreme, integrando correzioni dinamiche basate su misure in ambienti controllati e modelli empirici di deriva. Questo approfondimento analizza con dettaglio le fasi operative, gli strumenti tecnici avanzati e le best practice per implementare una calibrazione termica affidabile in tali scenari critici.
1. Contesto operativo: sfide dell’alta umidità nei processi industriali
Gli ambienti industriali con umidità superiore all’85% – comuni in settori alimentari, chimici e di confezionamento a umido – introducono criticità significative per la misurazione termica. L’umidità elevata compromette l’isolamento elettrico, favorisce la corrosione galvanica e modifica le proprietà termoelettriche dei materiali utilizzati nei sensori, soprattutto nei termocoppie e RTD, causando deriva sistematica e non lineare. Questo fenomeno si traduce in errori di misura fino a ±0.5°C, inaccettabili in applicazioni di controllo di processo dove la precisione è critica per la qualità e la sicurezza. La normativa CE, UNI EN 60751 per RTD e ISO 10844 per termocoppie richiede calibrazioni periodiche validate anche in condizioni estreme, ma pochi laboratori possiedono le infrastrutture per simulare in modo accurato umidità >85% con controllo simultaneo di temperatura.
Fattori chiave che influenzano la deriva termica:
- Condensazione interna: l’acqua forma strati isolanti sulle sonde, alterando il coefficiente di trasferimento termico e generando segnali spurii.
- Corrosione elettrochimica: umidità elevata accelera la degradazione dei giunti metallici, modificando la resistenza elettrica e introducendo offset di offset e drift non lineare.
- Variazioni di umidità relativa: l’effetto ritardato sul materiale termoelettrico si traduce in risposte termiche ritardate e fuori fase.
- Effetto dew point: oltre l’85% UR, la formazione di rugiada interna rende impossibile la misura diretta senza barriere protettive.
Il Tier 2 di calibrazione risponde a questa esigenza con un approccio dinamico e quantificabile, integrando correzioni empiriche calibrate su dati reali, anziché affidarsi a correzioni statiche o approssimative.
2. Fondamenti della calibrazione termica in condizioni di umidità >85%
Il protocollo Tier 2 si basa su un modello a due punti con correzione dinamica per l’umidità, diverso dalla calibrazione standard che ignora variabili ambientali. La temperatura di riferimento a 0°C e 100°C rimane il fondamento, ma la misura di riferimento deve avvenire in camera climatica a 85% UR, con cicli termici rapidi che simulano le condizioni operative. La chiave sta nell’analizzare la correlazione statistica tra temperatura misurata e riferita, utilizzando curve di risposta dinamica acquisite a 10 Hz per catturare l’effetto ritardato dell’umidità. Il coefficiente di deriva termica (CDT), tipicamente espresso come °C⁻¹, viene aggiustato non linearmente in funzione della relativa umidità, evitando l’approssimazione lineare che fallisce oltre l’85% UR.
Differenze con calibrazione standard:
- Uso di ambienti controllati con monitoraggio continuo di temperatura e umidità (precisione ±0.1°C e ±0.2% UR)
- Acquisizione di curve dinamiche che rivelano ritardi e isteresi legati all’umidità
- Applicazione di funzioni di correzione polinomiali di secondo grado per compensare deriva non lineare
- Verifica della linearità su tutta la gamma 0–100°C, con enfasi sui picchi critici sopra 70°C dove l’effetto umidità è più marcato
Il dew point, punto di condensazione interna, è il parametro chiave da monitorare: superarlo implica un rischio reale di guasto misurativo. La calibrazione Tier 2 include test di umidità progressiva fino a 90% UR, con registrazione continua della risposta del sensore per identificare soglie critiche di instabilità.
3. Preparazione del sistema e validazione preliminare
La fase preliminare è cruciale: un ambiente umido non protetto compromette l’intera procedura. Si inizia con l’isolamento termico e ambientale del sensore, utilizzando camere anecoiche con barriere a doppio timbro e filtri HEPA. Le sonde termiche vengono pulite con solventi non conduttivi (acetone isopropilico) e protette da rivestimenti idrofobi (es. silano fluorurato) per prevenire condensazione esterna. Si verifica l’assenza di corrosione visibile e si documentano condizioni iniziali: temperatura di riferimento (su punto di fusione RTD), umidità di baseline (<85% UR), stato meccanico e storico di usura. Solo dopo questo collaudo si procede alla calibrazione in camera climatica, con cicli termici preliminari a 20°C e 70°C per stabilire la baseline di stabilità.
Procedure operative:
- Pulizia meccanica e chimica con protocolli certificati ISO 9001
- Isolamento termico con schermi a vuoto e guaine riflettenti
- Verifica funzionale base: linearità (ΔT ≤ 0.05°C per 5°Cstep), isteresi (<0.1°C), tempo di risposta (<2s)
- Documentazione fotografica e firme tecniche su ogni fase
È fondamentale evitare esposizioni premature al dew point: ogni ciclo deve rispettare un tempo minimo di equilibratura (4–6 ore a UR 85%) per stabilizzare la superficie del sensore e ridurre errori di misura.