Mesure de température par RTD et PT100 est une méthode d'inférence de la température à partir de la variation prévisible de la résistance électrique d’un métal pur, le plus souvent le platine.
Les détecteurs de résistance de température (RTD) sont les capteurs de référence pour la température de procédé d’environ -200°C à 850°C, la plage où la précision et la stabilité à long terme comptent plus que la rapidité de réponse.
Comprendre la relation résistance-température, la configuration du câblage et la classe de tolérance est essentiel pour spécifier un capteur qui fournit réellement la précision requise par un procédé.
Le platine, comme la plupart des métaux purs, présente une résistance électrique qui augmente presque linéairement avec la température. Un élément de résistance de précision est enroulé ou déposé selon un motif connu de sorte que sa résistance à une température donnée peut être prédite à partir d’une courbe standard.
Faire circuler un petit courant d’excitation stable dans l’élément et mesurer la chute de tension donne une valeur de résistance qu’un transmetteur convertit en lecture de température en utilisant l’équation de Callendar, Van Dusen.
Parce que la relation est une propriété physique du métal plutôt qu’une courbe de calibration fragile, les RTD conservent leur précision pendant des années si l’élément n’est pas endommagé mécaniquement ou chimiquement.
« PT » désigne le platine ; le nombre est la résistance nominale en ohms à 0°C. Un PT100 affiche 100,00 ohms à 0°C ; un PT1000 affiche 1000,00 ohms à 0°C. Les deux suivent le même coefficient de température, donc un PT1000 produit simplement dix fois la variation de signal par degré.
Le coefficient de température de la résistance, alpha, définit la variation fractionnelle moyenne de la résistance par degré Celsius entre 0°C et 100°C. Deux courbes dominent l’usage industriel :
Mélanger les courbes dans la configuration d’un transmetteur est une cause fréquente d’un affichage de température systématiquement décalé de plusieurs degrés malgré un capteur qui mesure correctement au point d’étalonnage. Vérifiez toujours que la valeur alpha correspond entre le capteur et le transmetteur, et pas seulement la base PT100/PT1000.
Parce qu’un RTD mesure une résistance, toute résistance dans les fils de connexion s’ajoute directement à la valeur mesurée sauf si le circuit la compense. Le conducteur en cuivre a une résistance d’environ 0.08 ohm par mètre pour un conducteur unique de 0,5 mm², et cette résistance varie avec la température ambiante le long du câble, ajoutant une dérive supplémentaire.
| Configuration | Compensation de l’erreur des conducteurs | Impact typique sur la précision | Utilisation courante |
|---|---|---|---|
| 2 fils | Aucune ; la résistance des conducteurs s’ajoute directement à la mesure | Sur un PT100 (alpha 0.00385), chaque ohm de résistance totale des conducteurs décale la lecture d’environ 2,6°C ; une ligne de 1,2 ohm (environ 50 m de cuivre fin aller-retour) peut ajouter 3°C d’erreur | Courtes liaisons, CVC à faible coût, capteurs PT1000 où la fraction d’erreur est faible |
| 3 fils | Annulation de type pont supposant des résistances égales dans deux conducteurs | Erreur résiduelle uniquement due au déséquilibre entre conducteurs ; généralement faible si les deux conducteurs ont la même longueur et section | Standard pour les transmetteurs de procédés industriels |
| 4 fils | Mesure Kelvin complète retirant entièrement la résistance des conducteurs de la mesure | Erreur de conducteurs quasi nulle, limitée uniquement par la précision du transmetteur | Laboratoires d’étalonnage, transfert de responsabilité (custody transfer), boucles de procédé critiques |
Pour toute liaison au-delà de quelques mètres sur un PT100, le 3 fils est le minimum pratique. Le 4 fils est réservé à la mesure de référence car le conducteur supplémentaire justifie rarement son coût sur des points de procédé courants.
La norme IEC 60751 définit des classes de tolérance qui indiquent la déviation maximale admissible par rapport à la courbe standard à une température donnée. La tolérance n’est pas un nombre fixe ; elle s’élargit avec la température.
| Classe | Formule de tolérance (°C) | Tolérance à 0°C | Tolérance à 400°C |
|---|---|---|---|
| Classe AA (1/3 DIN) | ±(0,10 + 0,0017 × |t|) | ±0,10°C | ±0,78°C |
| Classe A | ±(0,15 + 0,002 × |t|) | ±0,15°C | ±0,95°C |
| Classe B | ±(0,30 + 0,005 × |t|) | ±0,30°C | ±2,30°C |
La classe B est la valeur par défaut générale de l’industrie et convient à la plupart des boucles de commande.
La classe A ou AA est spécifiée lorsque des bandes de contrôle serrées ou une précision de transfert fiscal sont requises, par exemple à la sortie d’un four à combustion ou sur un skid de comptage fiscal.
Les éléments de classe AA coûtent en général plus cher et sont plus sensibles aux contraintes d’installation, donc sur-spécifier la tolérance sur une boucle non critique ajoute du coût sans bénéfice.
Le courant d’excitation utilisé pour mesurer la résistance dissipe également de la puissance dans l’élément (I²R), élevant sa température légèrement au-dessus du procédé qu’il mesure.
L’auto-échauffement se caractérise par une constante de dissipation en mW/°C, qui varie largement selon la construction de l’élément, la conception de la gaine et selon que le capteur est dans un fluide en mouvement ou dans l’air immobile
les capteurs industriels bien montés dans un liquide en écoulement dissipent typiquement plus de puissance par degré d’auto-échauffement (constante plus élevée) qu’un élément nu dans l’air immobile.
Dans les liquides avec un bon transfert thermique, l’erreur d’auto-échauffement est généralement inférieure à 0,05°C; dans l’air immobile ou avec une gaine à faible conductivité, elle peut dépasser 1°C.
Maintenir le courant d’excitation bas (généralement en dessous de 1 mA) et assurer un bon contact thermique entre l’extrémité du capteur et le procédé, y compris une profondeur d’immersion correcte et un puits thermométrique bien ajusté, rend cette erreur négligeable.
Un mauvais ajustement du puits thermométrique est aussi l’une des causes les plus courantes de réponse thermique lente et de retard de lecture signalées lors des revues d’état des installations.
Alimenter le signal d’un RTD dans un système de surveillance relié à une GMAO permet à une équipe de maintenance de suivre la dérive réelle des capteurs dans le temps plutôt que de réagir seulement lorsqu’une lecture paraît manifestement erronée.
Lorsqu’une dérive soutenue ou une lecture hors tolérance est détectée, un ordre de travail généré automatiquement dans une plateforme comme Demandez une démonstration Fabrico oriente les tâches d’étalonnage ou de remplacement avant que la déviation n’affecte la qualité du produit ou ne déclenche un arrêt.
Les RTD et les thermocouples résolvent le même problème avec des compromis différents, et le choix se résume généralement à la plage, la précision et le temps de réponse.
Pour le contrôle de procédé général entre -200°C et 500°C où la précision et la stabilité à long terme apportent de la valeur, un RTD est presque toujours le meilleur choix par défaut.
Les deux utilisent la même courbe résistance-température du platine et les mêmes options de coefficient, mais un PT100 affiche 100 ohms à 0°C tandis qu’un PT1000 affiche 1000 ohms à 0°C. Le PT1000 produit une variation de résistance plus importante par degré, ce qui rend l’erreur due à la résistance en 2 fils beaucoup moins significative sur de longues liaisons.
La cause la plus fréquente est un mauvais appariement du coefficient alpha, configurer un transmetteur pour 0.00392 alors que le capteur installé utilise la norme IEC 60751 de 0.00385, ou inversement. Cela produit une erreur dépendant de la température qui s’accroît en s’éloignant de 0°C même si le capteur lui-même est sain.
Oui, pour la grande majorité des boucles industrielles. Le câblage 3 fils annule la résistance des conducteurs tant que les deux conducteurs sont appariés en longueur et section, ne laissant qu’une petite erreur résiduelle. Le 4 fils est réservé aux applications d’étalonnage ou de transfert de responsabilité.
La classe B (±0,30°C à 0°C, s’élargissant avec la température) convient à la surveillance générale des procédés et à la plupart des boucles de commande.
La classe A ou AA ne devrait être spécifiée que lorsque la bande de contrôle est serrée ou que la mesure alimente un calcul fiscal ou critique pour la sécurité, car les classes plus serrées coûtent plus cher et sont plus sensibles au stress mécanique lors de l’installation.
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