Éléments résistifs et RTD

Présentation

Il existe de nombreux types d'éléments RTD conformes à différentes normes, capables de mesurer différentes plages de température, et disponibles en différentes tailles et précisions. Mais ils fonctionnent tous de la même manière : chacun a une valeur de résistance prédéfinie à une température connue qui change de manière prévisible. Ainsi, en mesurant la résistance de l'élément, la température de celui-ci peut être déterminée à partir de tableaux, de calculs ou d'instruments. Ces éléments résistifs sont au cœur du RTD (détecteur de température à résistance). En général, un élément résistif nu est trop fragile et trop sensible pour être utilisé tel quel, il doit donc être protégé en l'intégrant dans un RTD (pt100 ou pt1000).

Le détecteur de température à résistance est un terme général désignant tout dispositif qui détecte la température en mesurant la variation de résistance d'un matériau. Les RTD se présentent sous différentes formes, mais sont généralement gainés. Une sonde RTD est un ensemble composé d'un élément résistif, d'une gaine, d'un fil conducteur et d'une terminaison ou d'une connexion. La gaine, un tube à extrémité fermée, immobilise l'élément et le protège contre l'humidité et l'environnement à mesurer. La gaine assure également la protection et la stabilité des fils conducteurs de transition à partir des fils fragiles de l'élément.

Certaines sondes RTD peuvent être combinées avec des sondes thermométriques pour une protection supplémentaire. Dans ce type d'application, la sonde thermométrique peut non seulement renforcer la protection du RTD, mais il peut également isoler le système que le RTD doit mesurer (un réservoir ou une chaudière, par exemple) du contact direct avec le RTD. Cela facilite grandement le remplacement du RTD sans avoir à vidanger le récipient ou le système.

Les thermocouples constituent la méthode traditionnelle et éprouvée de mesure électrique de la température. Leur fonctionnement est très différent de celui des RTD, mais leur configuration est généralement la même : ils sont souvent gainés et peuvent être placés dans une sonde thermométrique. Ils fonctionnent essentiellement selon l'effet Seebeck, qui se traduit par une variation de la force électromotrice thermoélectrique induite par un changement de température. De nombreuses applications se prêtent à l'utilisation de RTD ou de thermocouples. Les thermocouples ont tendance à être plus robustes, exempts d'erreurs de chauffage autonome et ils commandent un large éventail d'instruments. Cependant, les RTD, en particulier les RTD en platine, sont plus stables et plus précis.

Éléments RTD à film métallique

Dans la technique de construction la plus récente, un film de platine ou de métal-verre est déposé ou tamisé sur un petit substrat céramique plat, gravé à l'aide d'un système de découpe au laser, puis scellé. Le RTD à film permet de réduire considérablement le temps d'assemblage et présente l'avantage supplémentaire d'une résistance accrue pour une taille donnée. Grâce à la technologie de fabrication, la taille de l'appareil est réduite, ce qui lui permet de réagir rapidement aux changements brusques de température. Les RTD à film sont actuellement moins stables que leurs homologues fabriqués à la main, mais ils gagnent en popularité en raison de leurs avantages indéniables en termes de taille et de coût de production. Ces avantages devraient stimuler les recherches futures nécessaires pour améliorer leur stabilité.

Métaux - Tous les métaux produisent une variation positive de la résistance pour une variation positive de la température. C'est bien sûr la fonction principale d'un capteur RTD. Comme nous le verrons bientôt, l'erreur système est minimisée lorsque la valeur nominale de la résistance RTD est élevée. Cela implique un fil métallique à haute résistivité. Plus la résistivité du métal est basse, plus nous devrons utiliser de matière.

Le tableau suivant répertorie les résistivités des matériaux courants utilisés pour les thermomètres à résistance.

En raison de leur faible résistivité, l'or et l'argent sont rarement utilisés comme éléments RTD. Le tungstène a une résistivité relativement élevée, mais il est réservé aux applications à très haute température car il est extrêmement cassant et difficile à travailler.

Le cuivre est parfois utilisé comme élément RTD. Sa faible résistivité oblige à utiliser un élément plus long qu'un élément en platine, mais sa linéarité et son coût très faible en font une alternative économique. Sa limite supérieure de température n'est que d'environ 120 °C.

Les RTD les plus courants sont fabriqués en platine, en nickel ou en alliages de nickel. Les fils dérivés du nickel, plus économiques, sont utilisés dans une plage de températures limitée. Ils sont assez non linéaires et ont tendance à dériver avec le temps. Pour garantir l'intégrité des mesures, le platine est le choix évident.

Resistance Element Characteristics

There are several very important details that must be specified in order to properly identify the characteristics of the RTD:

1. 1. Material of Resistance Element (Platinum, Nickel, etc.)
2. 2. Temperature Coefficient
3. 3. Nominal Resistance
4. 4. Temperature Range of Application>
5. 5. Physical Dimensions or Size Restrictions
6. 6. Accuracy

1. Material of Resistance Element

Several metals are quite common for use in resistance elements and the purity of the metal affects its characteristics. Platinum is by far the most popular due to its linearity with temperature. Other common materials are nickel and copper, although most of these are being replaced by platinum elements. Other metals used, though rarely, are Balco (an iron-nickel alloy), tungsten and iridium.

2.Temperature Coefficient

The temperature coefficient of an element is a physical and electrical property of the material. This is a term that describes the average resistance change per unit of temperature from ice point to the boiling point of water. Different organizations have adopted different temperature coefficients as their standard. In 1983, the IEC (International Electrotechnical Commission) adopted the DIN (Deutsche Institute for Normung) standard of Platinum 100 ohm at 0ºC with a temperature coefficient of 0.00385 ohms per ohm degree centigrade. This is now the accepted standard of the industry in most countries, although other units are widely used. A quick explanation of how the coefficient is derived is as follows: Resistance at the boiling point (100ºC) =138.50 ohms. Resistance at ice point (0ºC) = 100.00 ohms. Divide the difference (38.5) by 100 degrees and then divide by the 100 ohm nominal value of the element. The result is the mean temperature coefficient (alpha) of 0.00385 ohms per ohm per ºC.

Voici quelques-uns des matériaux et coefficients de température moins courants :
Pt TC = .003902 (norme industrielle industrielle)
Pt TC = .003920 (ancienne norme américaine)
Pt TC = .003923 (SAMA)
Pt TC = .003916 (JIS)
Cuivre TC = .0042
Nickel TC = 0,00617 (« DIN »)
Nickel TC = .00672 (de moins en moins courant aux États-Unis)
Balco TC = .0052
Tungstène TC = 0,0045
Veuillez noter que les coefficients de température sont des valeurs moyennes comprises entre 0 et 100 °C. Cela ne signifie pas pour autant que les courbes de résistance en fonction de la température sont réellement linéaires sur la plage de température spécifiée.

3. Résistance nominale

La résistance nominale est la valeur de résistance prédéfinie à une température donnée. La plupart des normes, y compris la norme CEI-751, utilisent 0 °C comme point de référence. La norme CEI est de 100 ohms à 0 °C, mais d'autres résistances nominales sont disponibles, telles que 50, 200, 400, 500, 1 000 et 2 000 ohms.

4. Plage de température d'application

En fonction de leur configuration mécanique et de leurs méthodes de fabrication, les RTD peuvent être utilisés entre -270 °C et 850 °C. Les spécifications techniques relatives à la plage de température varient, par exemple, pour les types à couche mince, bobinés et encapsulés dans du verre.

5.

La dimension la plus critique de l'élément est son diamètre extérieur (O.D.), car l'élément doit souvent s'insérer dans une gaine de protection. Les éléments de type film n'ont pas de dimension O.D. Pour calculer une dimension équivalente, nous devons trouver la diagonale d'une section transversale d'extrémité (il s'agira de la distance la plus large à travers l'élément lorsqu'il est inséré dans une gaine).

Par exemple, avec un élément de 10 x 2 x 1,5 mm, la diagonale peut être calculée en prenant la racine carrée de (22 + 1,52). Ainsi, l'élément s'insérera dans un trou de 2,5 mm (0,98") de diamètre intérieur. À des fins pratiques, il faut retenir que tout élément de 2 mm de largeur ou moins s'adaptera à une gaine de 1/8" de diamètre extérieur avec des parois de 0,010", en règle générale. Les éléments de 1,5 mm de largeur s'adaptent généralement à une gaine de 0,084" de diamètre intérieur. Voir la figure 1.

6. Précision

Les spécifications techniques de la norme CEI 751 pour les thermomètres à résistance en platine ont adopté les exigences de la norme DIN 43760 en matière de précision. Les éléments de classe A et B selon les normes DIN-CEI sont indiqués dans le graphique de cette page.

7. Temps de réponse

La réponse à 50 % est le temps nécessaire à l'élément thermométrique pour atteindre 50 % de sa valeur à l'état stable. La réponse à 90 % est définie de manière similaire. Ces temps de réponse des éléments sont indiqués pour de l'eau s'écoulant à une vitesse de 0,2 m/s et de l'air s'écoulant à 1 m/s. Ils peuvent être calculés pour tout autre milieu dont les valeurs de conductivité thermique sont connues. Dans une gaine de 1/4" de diamètre immergée dans de l'eau s'écoulant à 3 pieds par seconde, le temps de réponse à 63 % d'un changement brusque de température est inférieur à 5,0 secondes.

8. Courant de mesure et Chauffage autonome

La mesure de la température est effectuée presque exclusivement avec du courant continu. Inévitablement, le courant de mesure génère de la chaleur dans le RTD.Les courants de mesure admissibles sont déterminés par l'emplacement de l'élément, le milieu à mesurer et la vitesse des milieux en mouvement. Un facteur de chauffage autonome, « S », donne l'erreur de mesure pour l'élément en ºC par milliwatt (mW). Avec une valeur donnée de courant de mesure, I, la valeur en milliwatts P peut être calculée à partir de P = I2R, où R est la valeur de résistance du RTD. L'erreur de mesure de température Δ T (ºC) peut alors être calculée à partir de Δ T = P x S.

Spécifications techniques de l'élément de résistance

Stabilité : supérieure à 0,2 ºC après 10 000 heures à la température maximale (1 an, 51 jours et 16 heures en continu).

Résistance aux vibrations : 50 g à 500 °C ; 200 g à 20 °C ; à des fréquences comprises entre 20 et 1 000 cps.

Résistance aux chocs thermiques : En air forcé : sur toute la plage de température. Dans un refroidissement à l'eau : de 200 à 20 °C.

Sensibilité à la pression : inférieure à 1,5 x 10-4 C/PSI, réversible.

Chauffage autonome et Temps de réponse : se reporter aux pages spécifiques du manuel des températures pour le type d'élément sélectionné.

Auto-inductance du courant de détection : peut être considérée comme négligeable pour les éléments à couche mince ; généralement inférieure à 0,02 microhenry pour les éléments bobinés.

Capacité : Pour les éléments bobinés : calculée à moins de 6 picofarads ; pour les éléments de type film : la capacité est trop faible pour être mesurée et est affectée par la connexion du fil conducteur. Les connexions des fils avec l'élément peuvent indiquer une capacité d'environ 300 pF.

Produits reliés Apprenez-en plus sur le  RTD-2-F3105 ÉLÉMENT RTD STYLE 3, 4 FILS AVEC CONNECTEUR POUR HH804 Commandez maintenant

Articles reliés Éléments résistifs et RTD

Product Info

Qu'est-ce qu'un thermoplongeur ? Types d'éléments chauffants à immersion Qu'est-ce qu'un thermoplongeur ?

Product Info

Qu'est-ce qu'un chauffage électrique industriel ? Qu'est-ce qu'un appareil de chauffage industriel ?