Les sondes à résistance sont utilisées dans une grande variété d'applications pour la mesure de la température. Elles se distinguent donc par leur conception - avec tête de raccordement ou câble de raccordement - et par les inserts de mesure utilisés, qui peuvent être équipés de différents capteurs de température, par exemple Pt100, Pt500 ou Pt1000. En outre, une distinction est faite entre le montage deux, trois et quatre fils lors du raccordement des sondes à résistance.
RTD est l'abréviation de "Resistant Temperature Detector" et désigne une sonde de température qui utilise le rapport entre la résistance ohmique et la température. C'est pourquoi la sonde est également appelé sonde à résistance. En fonction de son application, le RTD est disponible en différents matériaux résistifs.
Les éléments sensibles en platine sous forme de puce sont généralement utilisés dans les RTD. Du point de vue de l'utilisateur, le platine présente le grand avantage d'être très stable sur le long terme. Un élément sensible de type Pt100 est généralement utilisé. La désignation "Pt" correspond au platine et le chiffre "100" à une résistance de base de 100 Ω à 0 °C. La résistance de la Pt100 augmente d'environ 0,38 Ω par Kelvin supplémentaire de température. Les éléments sensibles Pt1000 sont également utilisés dans les applications industrielles. Les caractéristiques électriques sont dix fois supérieures (résistance de base de 1000 Ω et coefficient de température d'environ 3,8 Ω/ Kelvin).
Élément sensible Pt100 faisant partie d'un thermomètre à résistance
Une variation de température a un effet direct sur la résistance électrique d'un conducteur métallique ce qui permet de tirer des conclusions sur la température. Le coefficient de température ou "coefficient de température des éléments sensibles en platine" (environ 0,38 %/Kelvin) est basé sur les propriétés physiques du platine ; les résistances de base résultent de spécifications. La courbe caractéristique est fixée dans la norme DIN EN 60751, de sorte que l'application des RTD est relativement simple. Le RTD est connecté à une unité d'évaluation et l'appareil de terrain détermine la résistance ohmique. Habituellement, les linéarisations telles que Pt100 et Pt1000 sont disponibles dans les appareils de terrain, après quoi l'appareil détermine la température de l'élément sensible à partir de la résistance ohmique. Pour plus d'informations sur la conception et le fonctionnement des sondes à résistance, regardez la vidéo.
Il existe toute une série de sondes à résistance différentes. Les plus courantes sont les sondes à résistance avec tête de raccordement ou avec câble de raccordement.
Une sonde à résistance avec tête de raccordement a une conception modulaire : elle se compose de l'élément de mesure, de la gaine de protection, de la tête de raccordement et de la douille de raccordement à l'intérieur ainsi que, éventuellement, des brides ou des raccords à compression. Seule la partie de la sonde à résistance sur laquelle la grandeur mesurée agit directement est appelée capteur de température.
Dans le cas des sondes à résistance avec câble de raccordement, un élément de mesure et la tête de raccordement ne sont pas nécessaires. Le capteur de température est directement relié au câble de raccordement et inséré dans le fourreau. Pour la décharge de traction, le tube de protection est roulé ou pressé plusieurs fois à l'extrémité (classe de protection IP65). L'intérieur entre la gaine thermométrique et le capteur de température est généralement rempli d'un matériau thermoconducteur pour améliorer le contact thermique avec le milieu mesuré. La température maximale de mesure est principalement déterminée par la résistance à la température de la gaine et du matériau isolant du câble de raccordement.
Structure d'un RTD : 1 = élément sensible, 2 = ligne intérieure, 3 = ligne de connexion
La tête de raccordement contient une prise de raccordement pour fixer le câble de raccordement. La sonde est fixée par une bride. Les sondes de ce type permettent des mesures jusqu'à 600 °C et sont fréquemment utilisés dans la construction de fourneaux.
Les sondes à visser permettent de terminer le processus de manière étanche à la pression. Dans le cas des sondes avec câble de raccordement, la température maximale est limitée par le câble. Des températures maximales d'environ 400 °C peuvent être mesurées.
Les sondes d'applique ont l'avantage de ne pas nécessiter de raccordement de process. Elles mesurent la température d'une surface et permettent ainsi de tirer des conclusions sur la température du milieu dans un système de tuyauterie ou un réservoir. Toutefois, elles ne permettent pas d'effectuer des mesures de haute précision.
Sonde à résistance lisse avec tête de raccordement
Sonde à visser avec câble de raccordement
Élément sensible de contact
Afin de permettre un montage/démontage aisé des sondes à visser, il est souvent utile de les obtenir avec un connecteur. Les systèmes de connexion présentés ci-dessous sont fréquemment utilisés.
Connecteur machine M12 × 1 4 pôles selon IEC 60947-5-2
Connecteur conforme à la norme DIN EN 175301
Les éléments sensibles sont des unités prêtes à l'emploi composées d'un capteur de température et d'une douille de raccordement, le capteur de température étant logé dans une gaine de protection de 6 ou 8 mm de diamètre en SnBz6 selon la norme DIN 17 681 (jusqu'à 300 °C) ou en nickel. Il est inséré dans la gaine de protection proprement dite, qui est souvent en acier inoxydable.
Dans la sonde à résistance, la résistance électrique varie en fonction de la température. Pour enregistrer le signal de sortie, on mesure la chute de tension provoquée par un courant de mesure constant.
Il existe trois types de montage : à deux fils, à trois fils et à quatre fils.
Dans le montage deux fils, l'électronique d'évaluation et le capteur de température sont reliés par un câble à deux fils.
Pour le montage trois fils, un fil supplémentaire est acheminé vers un contact de la sonde à résistance. Cela crée deux circuits de mesure, dont l'un sert de référence. Le montage quatre fils offre la meilleure option de connexion pour les sondes à résistance. Le résultat de la mesure n'est pas affecté par les résistances du plomb ou leurs fluctuations en fonction de la température.
Dispositif de terrain avec connexion bifilaire
Connexion à trois fils
Dans le cas de la connexion à trois fils, un fil supplémentaire relie l'élément sensible à une unité d'évaluation. Celle-ci mesure la chute de tension au niveau de l'élément sensible de la résistance et des fils de connexion (UM). A l'aide du troisième conducteur, l'unité d'évaluation détermine en outre la chute de tension au niveau d'un conducteur (UL½ ). Le double de cette tension est soustrait de UM, ce qui permet de déterminer la chute de tension au niveau de l'élément sensible de la résistance. Si tous les fils ont la même résistance, aucune erreur ne résulte des résistances des lignes et la résistance de l'élément sensible est déterminée sans erreur. La connexion à trois fils est suffisante pour la plupart des applications.
Dispositif de terrain avec connexion à trois fils
Le quatrième fil est utilisé pour déterminer la tension exacte au niveau de l'élément résistif sensible dans la connexion à quatre fils.
Appareil de terrain avec connexion à quatre fils
Ainsi, la valeur de la résistance est toujours déterminée avec précision, même si la résistance du fil ou de la borne est différente. Il est utilisé pour les exigences de haute précision, comme dans les thermomètres de référence ou les thermomètres à résistance dans les laboratoires.
Comme tout autre conducteur électrique, le câble entre le capteur de température et l'électronique d'évaluation possède également une résistance qui est connectée en série avec le capteur de température. Cela signifie que les deux résistances s'additionnent et que l'on obtient une lecture de température systématiquement plus élevée. À plus grande distance, la résistance de ligne peut s'élever à plusieurs ohms et entraîner une falsification considérable de la valeur mesurée.
Afin de contourner les problèmes de la technologie bifilaire décrits ci-dessus et de pouvoir encore renoncer aux câbles multiconducteurs, on utilise des émetteurs bifilaires : l'émetteur convertit le signal du capteur en un signal de courant normalisé, linéaire en température, de 4 - 20mA. Le convertisseur est également alimenté par les deux fils de connexion, un courant de repos de 4 mA est utilisé ici. En raison du point zéro élevé, on parle aussi de "vie zéro". L'émetteur à deux fils offre également l'avantage de réduire considérablement la sensibilité aux interférences en amplifiant le signal.
Il existe deux modèles pour placer l'émetteur. Comme la distance du signal non amplifié doit être aussi courte que possible pour réduire la sensibilité du signal aux interférences, il peut être monté directement dans le thermomètre dans sa tête de raccordement. Cependant, cette solution optimale est parfois contredite par des contraintes de conception ou par le fait que l'émetteur peut être difficile à atteindre en cas de panne. Dans ce cas, on utilise un émetteur pour montage sur rail dans l'armoire de commande. L'avantage d'un meilleur accès, cependant, se fait au prix d'une distance plus longue que le signal non amplifié doit couvrir.
Le montage trois fils permet de compenser la résistance de ligne, tant dans son ampleur que dans sa dépendance à la température. Les conditions préalables sont toutefois des propriétés identiques pour les trois fils et des températures identiques auxquelles ils sont exposés. Comme cela est le cas dans la plupart des cas avec une précision suffisante, le montage trois fils est aujourd'hui la plus répandue. Un tarage de ligne n'est pas nécessaire
