{"id":16136,"date":"2025-12-29T14:04:00","date_gmt":"2025-12-29T14:04:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.publiteconline.it\/controlloemisura\/?p=16136"},"modified":"2026-02-24T11:18:43","modified_gmt":"2026-02-24T11:18:43","slug":"sensori-per-lidrogeno-da-wika-unalternativa-alloro","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.publiteconline.it\/controlloemisura\/sensori-per-lidrogeno-da-wika-unalternativa-alloro\/","title":{"rendered":"Sensori per l’idrogeno: da WIKA un’alternativa all’oro"},"content":{"rendered":"\n

WIKA ha sviluppato una tecnologia alternativa alla placcatura in oro, per evitare la deriva del segnale nei sensori di pressione elettronici. Impiega un nuovo tipo di sensore a film sottile, in grado di ridurre i costi e offrire maggiore robustezza.<\/em><\/p>\n\n\n\n

di Ginevra Leonardi<\/em><\/p>\n\n\n\n

L’idrogeno svolge un ruolo sempre pi\u00f9 importante come fonte energetica versatile in molteplici settori, dalla produzione di energia alla mobilit\u00e0 fino all’industria chimica. Lo sviluppo di tecnologie di misura e sensori per applicazioni H2<\/sub> deve far fronte a sfide specifiche. Ad esempio, nei sensori di pressione elettronici gli atomi di idrogeno penetrano all’interno della membrana metallica, influendo sulla stabilit\u00e0 a lungo termine del segnale di misura, specialmente alle alte temperature. Per evitare la deriva del segnale, in passato i produttori tendevano a placcare i sensori con oro. Ora esiste una tecnologia alternativa che garantisce risparmio economico e robustezza.
Le celle di misura della pressione a film sottile si basano sul principio delle resistenze elettriche disposte su una membrana, e collegate fra loro a formare un ponte di Wheatstone. Quando la membrana viene deformata dalla pressione, le resistenze si comprimono o si allungano, modificando la loro resistenza in modo proporzionale alla pressione. Il sensore rileva questa variazione, e la converte in un segnale elettrico.<\/p>\n\n\n\n

La diffusione dell’idrogeno<\/strong> e la deriva del segnale<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

L’idrogeno pu\u00f2 causare un offset, ovvero uno spostamento, del segnale. Questo succede perch\u00e9, quando le molecole di H2<\/sub> si dissociano in atomi di idrogeno, gli atomi penetrano attraverso la membrana metallica. Si diffondono negli elementi resistivi del ponte di Wheatstone sull’altro lato della membrana, causando una variazione dei singoli valori di resistenza. Dato che questo effetto non \u00e8 distribuito uniformemente su tutti i resistori, la resistenza del ponte di Wheatstone cambia, causando una deriva del segnale. Questo problema \u00e8 particolarmente comune soprattutto ad alte temperature.<\/p>\n\n\n\n

Svantaggi della placcatura in oro<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

La placcatura in oro \u00e8 una soluzione efficace, e trova largo utilizzo per prevenire la deriva del segnale causata dalla permeazione dell’idrogeno. Nei sistemi di misura con montaggio affacciato a riempimento d’olio, le parti a contatto con il fluido sono placcate con questo prezioso metallo. L’oro ha un coefficiente di diffusione molto pi\u00f9 basso rispetto all’acciaio. Nonostante l’idrogeno possa penetrare in qualsiasi metallo, nell’oro lo fa molto pi\u00f9 lentamente, riducendo al minimo la deriva del segnale per tutta la durata dello strumento. Questa tecnica per\u00f2 presenta anche una serie di svantaggi. In primis, la placcatura in oro aumenta i costi, sia per il materiale stesso che il processo di rivestimento del sensore durante la produzione. Inoltre, essendo la placcatura in oro molto sottile e sensibile, \u00e8 necessario essere molto attenti durante l’installazione del sensore. In genere, gli strumenti con montaggio affacciato sono sigillati mediante un O-ring in elastomero, ma anche questa guarnizione pu\u00f2 essere soggetta alla permeazione dell’idrogeno, rappresentando cos\u00ec un potenziale punto critico. Infatti, rispetto alle guarnizioni metalliche, quelle in elastomero mostrano una maggiore permeabilit\u00e0 all’idrogeno atomico.<\/p>\n\n\n

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\"Sensore
Sensore di pressione sicurezza intrinseca Ex ia modello IS-3 di Wika.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Uno strato aggiuntivo di TiN<\/strong> per il corpo del sensore di pressione<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

WIKA <\/a><\/strong>ha sviluppato un’alternativa alla placcatura in oro, in attesa di brevetto, che riduce l’effetto dell’H2<\/sub> in misura simile, eliminando gli svantaggi visti fino a ora. Questa tecnologia impiega un nuovo tipo di sensore di pressione a film sottile, prodotto in azienda dalla divisione specializzata.
Per il corpo del sensore WIKA utilizza Elgiloy\u00ae<\/sup>, una lega collaudata di cobalto-cromo-nichel. Grazie alla sua elasticit\u00e0 e resistenza, \u00e8 ideale per i sensori di pressione. Inoltre, se vengono rispettate determinate specifiche di progettazione, non \u00e8 soggetto a infragilimento da idrogeno. Applicando un ulteriore strato di nitruro di titanio (TiN) a Elgiloy\u00ae<\/sup>, l’influenza dell’H2<\/sub> sulle strutture sensibili \u00e8 trascurabile. Viene applicato fra lo strato isolante del sensore e lo strato resistivo e, come questi, ha uno spessore di pochi nanometri.
Lo strato aggiuntivo di TiN offre numerosi vantaggi. Visto lo strato \u00e8 interno e non a contatto diretto con il fluido, non si rischiano graffi durante l’installazione. Inoltre, il rivestimento \u00e8 meno costoso, e si possono utilizzare impianti e processi esistenti. I trasmettitori di pressione con questo sensore possono essere integrati facilmente in applicazioni gi\u00e0 operative. Infine, mentre i dispositivi placcati in oro richiedono attacchi al processo affacciati e controparti di dimensioni adeguate, gli attacchi di pressione standard sono adeguati al nuovo sensore a film sottile.<\/p>\n\n\n\n

Test condotti nei laboratori<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

La nuova tecnologia \u00e8 stata sviluppata nei laboratori WIKA della citt\u00e0 tedesca di Klingenberg. Dopo un’attenta valutazione di diversi materiali, il nitruro di titanio \u00e8 risultato la soluzione ottimale. Il processo di produzione \u00e8 stato definito, validato e ottimizzato. L’efficacia dello strato aggiuntivo \u00e8 stata verificata in laboratorio, attraverso il confronto con diversi gruppi di riferimento. I test sono stati condotti sia a pressione atmosferica sia fino a 100 bar, a temperatura ambiente e fino a 125\u00b0C. Ogni ciclo di prova ha avuto una durata di mille ore, con monitoraggio continuo del segnale. I sensori rivestiti in TiN non hanno mostrato deriva del segnale, a differenza dei sensori di riferimento senza rivestimento.<\/p>\n\n\n\n

<\/figure>\n\n\n\n

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