Que sont les capteurs de température RTD ?
Les RTD (ou détecteurs de température à résistance) sont des capteurs de température qui contiennent une résistance dont la valeur change en fonction de la température. Le RTD le plus populaire est le Pt100. Ils sont utilisés depuis de nombreuses années pour mesurer la température dans les laboratoires et les processus industriels, et ont acquis une réputation de précision, de répétabilité et de stabilité.
La plupart des éléments RTD sont constitués d'un fil fin enroulé autour d'un noyau en céramique ou en verre. L'élément est généralement assez fragile, il est donc souvent placé à l'intérieur d'une sonde gainée pour le protéger. L'élément RTD est fabriqué à partir d'un matériau pur dont la résistance à différentes températures a été documentée. Ce matériau présente une variation de résistance prévisible lorsque la température change ; c'est cette variation prévisible qui est utilisée pour déterminer la température.
La sonde pt100 est l'un des capteurs de température les plus précis. Non seulement elle offre une bonne précision, mais elle présente également une excellente stabilité et répétabilité. La plupart des sondes pt100 standard OMEGA sont conformes à la norme DIN-IEC Classe B. Les sondes Pt100 sont également relativement insensibles aux parasites électriques et conviennent donc parfaitement à la mesure de la température dans les environnements industriels, en particulier à proximité des moteurs, des générateurs et d'autres équipements à haute tension.
Il existe deux normes pour les RTD Pt100 : la norme européenne, également connue sous le nom de norme « DIN » ou CEI (Tableau des températures RTD par rapport à la résistance) et la norme américaine (Tableau des températures RTD par rapport à la résistance). La norme européenne est considérée comme la norme mondiale pour les RTD en platine. Cette norme, CEI 60751 (ou simplement IEC751), exige que le RTD ait une résistance électrique de 100,00 O à 0 °C et un coefficient de température de résistance (TCR) de 0,00385 O/O/°C entre 0 et 100 °C.
La norme DIN/IEC751 spécifie deux tolérances de résistance :
Classe A = ±(0,15 + 0,002*t) °C ou 100,00 ±0,06 O à 0 °C
Classe B = ±(0,3 + 0,005*t)« °C » ou 100,00 ±0,12 O à 0 °C
Les deux tolérances de résistance utilisées dans l'industrie sont les suivantes :
1/3 « DIN » = ±1/3* (0,3 + 0,005*t) °C ou 100,00 ±0,10 O à 0 °C
1/10 « DIN » = ±1 /10* (0,3 + 0,005*t)°C ou 100,00 ±0,03 O à 0 °C
Pour en savoir plus sur ces formules, cliquez ici
Learn ici. Plus la tolérance de l'élément est grande, plus le capteur s'écarte d'une courbe généralisée et plus il y a de variations d'un capteur à l'autre (interchangeabilité).
Les détecteurs de température à résistance (RTD) disponibles aujourd'hui peuvent généralement être classés en deux types de RTD, en fonction de la construction de leur élément de détection de température. Un type de RTD contient des éléments à couche mince et l'autre type de RTD contient des éléments bobinés. Chaque type est particulièrement adapté à certains environnements et applications. L'invention du thermomètre à résistance a été rendue possible par la découverte que la conductivité des métaux diminue de manière prévisible lorsque leur température augmente. Le tout premier thermomètre à résistance a été assemblé à partir d'un fil de cuivre isolé, d'une batterie et d'un galvanomètre en 1860. Cependant, son inventeur, C.W. Siemens, a rapidement découvert qu'un élément en platine fournissait des mesures plus précises sur une plage de températures beaucoup plus large. Le platine reste aujourd'hui le matériau le plus couramment utilisé dans la mesure de la température à l'aide d'éléments de détection RTD.
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En effet, chaque élément Pt100 du circuit contenant l'élément de détection, y compris les fils conducteurs, les connecteurs et l'instrument de mesure lui-même, introduit une résistance supplémentaire dans le circuit.
La configuration du circuit détermine la précision avec laquelle la résistance du capteur peut être calculée et le degré de distorsion de la lecture de température par la résistance parasite dans le circuit. Étant donné que le fil conducteur utilisé entre l'élément de résistance et l'instrument de mesure a lui-même une résistance, nous devons également fournir un moyen de compenser cette imprécision.
Il existe trois types de configurations de fils, à 2 fils, à 3 fils et à 4 fils, qui sont couramment utilisées dans les circuits de détection RTD. Une configuration à 2 fils avec une boucle de compensation est également possible.
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Le RTD PT100, qui est le capteur RTD le plus couramment utilisé, est fabriqué en platine (PT) et sa valeur de résistance à 0 °C est de 100 O. En revanche, un capteur PT1000, également fabriqué en platine, a une valeur de résistance de 1000 O à 0 °C.
Les RTD Pt100 et Pt1000 sont disponibles dans une gamme de tolérances similaire et peuvent tous deux avoir des coefficients de température similaires, en fonction de la pureté du platine utilisé dans le capteur. Lorsque vous comparez le Pt100 et le Pt1000 en termes de résistance, gardez à l'esprit que les valeurs de résistance mesurées pour le Pt1000 seront dix fois plus élevées que celles mesurées pour le Pt100 à la même température. Pour la plupart des applications, le Pt100 et le Pt1000 peuvent être utilisés de manière interchangeable en fonction de l'instrument utilisé. Dans certains cas, le Pt1000 fonctionnera mieux et sera plus précis.
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La même année où Seebeck fit sa découverte sur la thermoélectricité, Sir Humphrey Davy annonça que la résistivité des métaux présentait une forte dépendance à la température. Cinquante ans plus tard, Sir William Siemens proposa d'utiliser le platine comme élément dans un thermomètre à résistance. Son choix s'avéra très judicieux, car le platine est encore utilisé aujourd'hui comme élément principal dans tous les thermomètres à résistance à précision élevée. En fait, le détecteur de température à résistance en platine, ou RTD Pt100, est aujourd'hui utilisé comme norme d'interpolation entre le point de l'oxygène (-182,96 °C) et le point de l'antimoine (630,74 °C).
Platinum is especially suited to this purpose, as it can withstand high temperatures while maintaining excellent stability. As a noble metal, it shows limited susceptibility to contamination.
Le platine est particulièrement adapté à cet usage, car il peut résister à des températures élevées tout en conservant une excellente stabilité. En tant que métal noble, il présente une sensibilité limitée à la contamination.
La construction classique du détecteur de température à résistance (RTD) utilisant du platine a été proposée par C.H. Meyers en 1932. Il a enroulé une bobine hélicoïdale de platine sur une toile de mica croisée et a monté l'ensemble à l'intérieur d'un tube de verre. Cette construction minimisait la tension sur le fil tout en maximisant la résistance.
Construction du RTD de Meyers Bien que cette construction produise un élément très stable, le contact thermique entre le platine et le point de mesure est assez médiocre. Il en résulte un temps de réponse thermique lent. La fragilité de la structure limite aujourd'hui son utilisation principalement à celle d'un étalon de laboratoire.
Les variations de résistance induites par la contrainte au fil du temps et de la température sont ainsi minimisées, et la cage d'oiseau devient l'étalon de laboratoire ultime. En raison de sa structure non soutenue et de sa sensibilité aux vibrations, cette configuration reste un peu trop fragile pour les environnements industriels.
Une technique de construction plus robuste consiste à enrouler le fil bifilaire sur une bobine en verre ou en céramique. L'enroulement bifilaire réduit la surface effective enfermée par la bobine afin de minimiser la captation magnétique et le bruit associé. Une fois le fil enroulé sur la bobine, l'ensemble est scellé avec un revêtement de verre fondu. Le processus d’étanchéité garantit que le RTD conservera son intégrité en cas de vibrations extrêmes, mais il limite également la dilatation du platine à haute température. À moins que les coefficients de dilatation du platine et de la bobine ne correspondent parfaitement, le fil sera soumis à des contraintes lorsque la température changera, ce qui entraînera une modification de la résistance due à la déformation. Cela peut entraîner une modification permanente de la résistance du fil.
Il existe des versions partiellement soutenues du RTD qui offrent un compromis entre l'approche en cage d'oiseau et l'hélice scellée. L'une de ces approches utilise une hélice en platine enfilée dans un cylindre en céramique et fixée à l'aide de fritte de verre. Ces dispositifs conserveront une excellente stabilité dans des applications modérément robustes en termes de vibrations.
RTD contre thermistances Chaque type de capteur de température présente un ensemble particulier de conditions pour lesquelles il est le mieux adapté. Les RTD offrent plusieurs avantages :
- Une large plage de températures (environ -200 à 850 °C)/li>
- Une bonne précision (supérieure à celle des thermocouples)/li>
- Une bonne interchangeabilité/li>
- Une stabilité à long terme
Avec une plage de températures allant jusqu'à 850 °C, les RTD peuvent être utilisés dans tous les processus industriels, à l'exception de ceux qui impliquent des températures très élevées. Lorsqu'ils sont fabriqués à partir de métaux tels que le platine, ils sont très stables et ne sont pas affectés par la corrosion ou l'oxydation. D'autres matériaux tels que le nickel, le cuivre et les alliages nickel-fer ont également été utilisés pour les RTD. Cependant, ces matériaux ne sont pas couramment utilisés car ils ont des capacités de température plus bases et ne sont pas aussi stables ou reproductibles que le platine.
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Les thermistances et les détecteurs de température à résistance (RTD) sont tous deux des types de résistances dont les valeurs varient de manière prévisible en fonction des changements de température. La plupart des RTD sont constitués d'un élément en métal pur (le platine est le plus couramment utilisé) protégé par une sonde ou une gaine, ou intégré dans un substrat céramique.
Les thermistances sont composées de matériaux composites, généralement des oxydes métalliques tels que le manganèse, le nickel ou le cuivre, associés à des liants et des stabilisateurs.
Ces dernières années, les thermistances sont devenues de plus en plus populaires grâce aux améliorations apportées aux compteurs et aux contrôleurs. Les compteurs actuels sont suffisamment flexibles pour permettre aux utilisateurs de configurer une large gamme de thermistances et d'interchanger facilement les sondes.
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