L'utilisation d'un thermomètre à sonde platine pour des applications industrielles et scientifiques assure normalement une bonne détection thermique sans recourir à des câbles (à la différence des thermocouples). Pour bénéficier d'une précision et d'une fiabilité optimales, l'installation de la sonde, des connexions et le choix de l'instrumentation hôte nécessitent une grande attention.

 

 

Choix de la résistance de détection bobinée ou film plat.

La résistance peut avoir deux formes, soit bobinée ou film plat. Une résistance à film métallique combine une couche en platine dans un substrat céramique, le bobinage (le cas échéant) est encapsulé dans de la céramique ou du verre.

 

a) Résistances bobinées.

Diverses méthodes de construction permettent de répondre aux besoins des différentes applications. Le modèle en « cage d'oiseau » sans support est utilisé pour les températures standards. Le modèle partiellement supporté est utilisé lorsqu'un compromis est acceptable entre les standards principaux et les applications industrielles. D'autres modèles incluent des constructions intégralement supportées qui peuvent normalement tolérer des niveaux de vibration jusqu'à 100 g ou encore le modèle où la construction est revêtue d'un matériau isolant, tel que du vernis. La gamme opérationnelle de ce dernier modèle est limitée par le revêtement isolant à environ 250oC habituellement.

 

b) Résistances à film métallique

Les résistances Pt à film métallique prennent la forme d'un film mince (1 micron) en platine sur un substrat céramique Le film est découpé au laser pour obtenir une valeur Ro précise, puis encapsulé dans du verre comme solution de protection.

Une gamme étendue de styles et de dimensions est produite pour répondre aux besoins des différentes applications. De tels capteurs offrent une réactivité thermique élevée et leur masse thermique faible minimise l'intrusion dans le média testé. Ces capteurs sont appelés film plat, film mince ou capteurs à puce.

 

 

Raccordement à 2, 3 ou 4 fils
 

Raccordement du thermomètre à sonde

Fondamentalement, chaque résistance de détection est un dispositif à deux fils. Pour raccorder la résistance aux fils d'extension pendant la fabrication de la sonde, il faut choisir un arrangement à 2, 3 ou 4 fils en fonction des mesures nécessaires.

Dans une résistance de détection, la résistance électrique varie avec la température. La mesure de la température est indirecte, basée sur la chute de tension dans la résistance de détection traversée par un courant constant, conformément à la loi d'Ohm : V = R.I

La connexion entre le thermomètre et l'instrumentation utilise un cordon électrique standard à conducteurs en cuivre à 2, 3 ou 4 fils. Le câblage introduit une résistance électrique qui est montée en série sur le thermomètre à résistance. Les deux résistances sont donc cumulatives et pourraient être interprétées comme une augmentation de température si la résistance du câble n'est pas prise en compte. Plus le câble est long et/ou plus son diamètre est réduit, plus sa résistance augmente et plus les erreurs de mesure prendront de l'importance. Dans le cas d'une connexion à deux fils, il n'existe pas de solution réelle et des erreurs de mesure interviendront en fonction du câblage et de la configuration du circuit d'entrée.

Pour cette raison, une configuration à deux fils est déconseillée. S'il est indispensable d'utiliser seulement deux fils, les conducteurs spécifiques doivent avoir le plus grand diamètre possible et être aussi courts que possible, afin de minimiser le plus possible la résistance du câble.

La configuration à trois fils, lorsqu'elle est exigée par la construction de la sonde ou le bornage d'entrée de l'instrument de mesure, autorise un bon niveau de compensation de la résistance du câble. Cependant, la technique de compensation est basée sur l'hypothèse que la résistance des trois fils est identique et qu'ils sont exposés à la même température ambiante, ce qui n'est pas toujours le cas.

Par conséquent, la configuration à quatre fils permet d'obtenir la meilleure précision possible. Le courant de mesure du Pt100 est fourni par l'alimentation électrique. La chute de tension sur la résistance de détection affecte les conducteurs de mesure. Si l'impédance d'entrée du circuit de mesure est très élevée, les niveaux de résistance du câble et des contacts de connexion n'ont qu'un effet négligeable. Dans ce cas, la chute de tension ainsi obtenue est indépendante de la résistivité des fils de connexion. Dans la pratique, la transition entre les deux fils du Pt100 et le câble d'extension peut ne pas intervenir sur l'élément proprement dit, mais peut nécessiter une courte extension à deux fils pour répondre aux exigences de la construction physique. Une telle configuration peut introduire un niveau d'erreur qui est habituellement négligeable.

Remarque : La configuration à 2, 3 ou 4 fils du thermomètre doit être compatible avec la configuration de l'entrée de l'instrument associé.

 

 Considérations relatives au câble d'extension

Contrairement aux thermocouples, les thermomètres à résistance n'ont pas besoin d'un câble spécial. Des fils électriques à conducteurs en cuivre doivent être utilisés. Plus le diamètre des conducteurs est important, plus les erreurs causées par la résistance du câble sont réduites. Normalement, des conducteurs de 7/0,2 mm ou 14/0,2 mm sont spécifiés avec un isolant adapté à chaque application.

 

Notes d'installation :

a) Toujours respecter les codes de couleur et les désignations des bornes. La configuration des bornes du thermomètre doit correspondre à celle des entrées de l'instrument.

b) Éviter d'introduire « différents » métaux dans le câblage. Utiliser de préférence des blocs de connexion en cuivre ou à code couleur (ou autre blocs dédiés) pour bénéficier d'une plus grande précision, fiabilité et facilité d'utilisation.

c) Utilisez un câble blindé ou tressé connecté à la terre pour toute installation présentant une possibilité d'interférence au niveau des contacts de relais ou de courant alternatif.

d) Lorsque les câbles utilisés sont très longs, vérifiez que l'instrument peut tolérer la résistance du câble sans générer des erreurs de mesure. Les instruments électroniques modernes acceptent habituellement jusqu'à 100 Ohms environ sur des entrées à 3 ou 4 fils. Veuillez consulter les spécifications de l'instrument.

e) Le câblage est habituellement disponible dans différents types de matériau isolant et avec différentes gaines extérieure, en fonction des différentes applications. Choisissez avec soin en tenant compte de la température ambiante, du niveau d'humidité, de la présence d'eau, et la nécessité d'une résistance à l'abrasion.

f) En cas d'erreur, vérifiez le capteur, le câble, les interconnexions et l'instrument. De tels problèmes sont souvent causés par une erreur de câblage ou une erreur de calibrage de l'instrument, sans que le capteur soit en cause.

L'interchangeabilité est facilitée par l'utilisation d'interconnexion à fiches et prises. Des connecteurs spéciaux sont disponibles pour ce type de besoin.

 

 Options de haute précision (classes de tolérance)

Dans le cas d'une configuration à 3 ou 4 fils, et l'utilisation d'une résistance de détection de la classe B, un thermomètre standard offrira une précision d'environ 0,5oC entre 0oC et 100oC. Cette valeur peut être considérablement améliorée par divers moyens, incluant l'utilisation de capteurs de tolérance plus proches.

Le fonctionnement est basé sur le principe de la variation non-linéaire de la résistance électrique sur la résistance en fonction de la température.. Les Pt100 couramment utilisées dans le monde offrent une résistance de 100 Ohms à 0oC et 138,51 Ohms à 100oC. Les résistances de détection Pt1000 sont moins utilisées, comme quelques autres types qui répondent aux besoins d'applications spéciales. Les informations données dans cet article s'appliquent de manière générale à tous les types.

Lorsque la résistance de détection est fabriquée avec un métal rare et presque pur (platine), elle offre une précision élevée et une stabilité à long terme. Un instrument de bonne qualité est donc nécessaire pour bénéficier de tels avantages.

Il est important de ne pas oublier que la précision de tout système de mesure (capteur, instrument, interconnexion, application etc.) est conditionnée par la somme des incertitudes du système.