L'ingénieur

Jun 21, 2023

Jellenie Rodriguez, ingénieure d'applications et Mary McCarthy, ingénieure d'applications, Analog Devices.

Cet article traite de l'historique et des défis de conception liés à la conception d'un système de mesure de température basé sur un détecteur de température à résistance (RTD). Il couvre également les compromis de sélection et de configuration du RTD. Enfin, il détaille l'optimisation et l'évaluation du système RTD.

La mesure de la température joue un rôle important dans de nombreuses applications finales différentes telles que l'automatisation industrielle, l'instrumentation, la CbM et les équipements médicaux. Qu'il s'agisse de surveiller les conditions environnementales ou de corriger les performances de dérive du système, une exactitude et une précision élevées sont très importantes. Il existe plusieurs types de capteurs de température qui peuvent être utilisés, tels que les thermocouples, les détecteurs de température à résistance (RTD), les capteurs électroniques à bande interdite et les thermistances. Le capteur de température sélectionné ainsi que la conception dépendent de la plage de température mesurée et de la précision requise. Pour des températures comprises entre –200°C et +850°C, les RTD offrent une excellente combinaison de haute précision et de bonne stabilité.

Les défis comprennent :

Pour une RTD, la résistance du capteur varie en fonction de la température de manière précisément définie. Les RTD les plus largement utilisés sont les Pt100 et Pt1000 en platine, disponibles en configurations à 2 fils, 3 fils et 4 fils. D'autres types RTD sont fabriqués à partir de nickel et de cuivre.

Type de RTD

Matériaux

Gamme

Pt100, Pt1000

Platine (le chiffre représente la résistance à 0°C)

–200°C à +850°C

Pt200, Pt500

Platine (le chiffre représente la résistance à 0°C)

–200°C à +850°C

Cu10, Cu100

Cuivre (le chiffre représente la résistance à 0°C)

–100°C à +260°C

Ni120

Nickel (le chiffre correspond à la résistance à 0°C)

–80°C à +260°C

Les RTD Pt100 les plus courants peuvent prendre deux formes différentes : fil enroulé et film mince. Chaque type est construit selon plusieurs courbes et tolérances standardisées. La courbe normalisée la plus courante est la courbe DIN. DIN signifie « Deutsches Institut für Normung », ce qui signifie « institut allemand de normalisation ».

La courbe définit les caractéristiques de résistance en fonction de la température d'un capteur platine 100 Ω, les tolérances standardisées et la plage de température de fonctionnement. Ceci définit la précision du RTD en commençant par une résistance de base de 100 Ω à une température de 0°C. Il existe différentes classes de tolérance standard pour les RTD DIN. Ces tolérances sont indiquées dans le tableau 2 et s'appliquent également aux RTD Pt1000 utiles dans les applications à faible consommation.

Type de capteur

Classe DIN

Tolérance

@ 0°C

Tolérance à 50°C

Tolérance à 100°C

Pt100 RTD

Couche mince

Classe B

±0,30°C

±0,55°C

±0,80°C

Pt100 RTD

Couche mince

Classe A

±0,15°C

±0,25°C

±0,35°C

Pt100 RTD

Fil enroulé/couche mince

1/3 Classe B

±0,1 °C

±0,18°C

±0,27°C

Le RTD lui-même et sa précision doivent être pris en compte lors de la sélection du capteur RTD. La plage de température varie en fonction du type d'élément et la précision indiquée à la température d'étalonnage (généralement à 0 °C) varie en fonction de la température. Ainsi, il est important de définir la plage de température mesurée et de prendre en considération le fait que toute température inférieure ou supérieure à la température d'étalonnage aura une tolérance plus large et une précision moindre.

Les RTD sont classés selon leur résistance nominale à 0°C. Un capteur Pt100 a un coefficient de température d'environ 0,385 Ω/°C et un Pt1000 a un coefficient de température 10 fois supérieur à celui du Pt100. De nombreux concepteurs de systèmes utilisent ces coefficients pour obtenir une résistance approximative à la translation de température, mais les équations de Callendar-Van Dusen fournissent une translation plus précise.

L'équation pour la température t ≤ 0°C est

L'équation pour la température t ≥ 0°C est

où: