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Capteurs et instrumentation page1 Capteurs de température 400 300 200 100 -200

Capteurs et instrumentation page1 Capteurs de température 400 300 200 100 -200 200 400 0 600 800 Température t en 0C Résistance R en Ω Fig.2 : Courbe caractéristique Pt100 Fig.1 : Symbole Les capteurs de température 1. Sonde à résistance en platine 1.1. Constitution Une sonde à résistance en platine est constituée d’une résistance de platine, d’un support et de fils de connexions. La résistance en platine est l’élément sensible de la sonde. En principe, on distingue deux catégories essentielles d'éléments sensibles : - les éléments sensibles à enroulement (sur support en verre, en céramique, ou sous film souple). - les éléments sensibles à couche mince (sous forme de puce). 1.2. Principe Les éléments sensibles en platine utilisent la variation de la résistivité (résistance) électrique d’un matériau (ici le platine) en fonction la température. 1.3. Caractéristiques métrologiques a. Caractéristique R = f (T ) Pour la plage 0 à 850 °C, la relation liant la résistance à la température est donnée par un polynôme du deuxième degré : ) Bt + At + (1 R = R(t) 2 0 (1) Pour la plage -200 °C à 0 °C, la relation liant la résistance à la température est donnée par un polynôme du troisième degré : ] °C)t 100 - (t C + Bt + At + [1 R = R(t) 3 2 0 (2) avec : R(t) : résistance à la température t. R0 : résistance à 00C (résistance nominale). Ainsi, une sonde de référence Pt100 a une résistance nominale R0=100Ω. On trouve également sur le marché des éléments sensibles avec des valeurs nominales supérieures, par exemple Pt500 ou Pt1000. A, B et C sont des coefficients déterminés par étalonnage : A = 3,9083.10–3 °C–1 , B = –5,775.10–7 °C–2 , C = –4,183.10–12 °C– 4 Connaissant la valeur de la résistance de la sonde et en utilisant les relations (1) et (2), on peut déduire la valeur de la température du milieu où se trouve la sonde. La caractéristique R = f (T ) est aussi donnée par les constructeurs sous forme de courbes (fig.2) ou de tables de valeurs fondamentales (valeurs de base) (voir la fiche technique pages : 2 et 3). b. Le coefficient de température La figure.2 montre que les sondes à résistance de platine sont très sensibles parce que la pente de leur caractéristique est directement proportionnelle à la valeur nominale R0. Jusqu'à 100 °C, la variation de résistance ou sensibilité est de l'ordre de : 0,4Ω/ K pour les Pt 100, 2Ω/ K pour les Pt 500 et 4Ω / K pour les Pt 1000. Pour cela on définit le coefficient de température ou la sensibilité relative du capteur à la température de fonctionnement. : dT dR R 1 =  (3) Pour une sonde à résistance en platine, il est donné entre 0 °C et 100 °C par la relation suivante 1 0 3 0 0 0 100 C 10 850 3 C 100 R R - R =    . , .  , R0 et R100 sont les valeurs de la résistance respectivement à 0 °C et à 100 °C. c. Tolérances Elles définissent les écarts admissibles par rapport aux valeurs nominales et permettent l’interchangeabilité entre les capteurs, c’est-à-dire la possibilité de remplacer un spécimen par un autre sans faire l’étalonnage, à condition d’accepter une légère erreur, généralement donnée en oC. On distingue deux classes de tolérance : Classe A :   t 0,002 + 0,15 = t   de –200 à +600 °C Classe B :   t 0,005 + 0,3 = t   de –200 à +850 °C Capteurs et instrumentation page2 Capteurs de température Où t est la valeur absolue de la température en 0C. La formule suivante permet de calculer la tolérance ΔR pour une température t > 0 °C : t 2Bt) + (A R = R 0   Pour t < 0 °C, la formule est la suivante t ) 4Ct Ct 300 – 2Bt (A R R 3 2 0       Le tableau ci-contre montre les clase de Tolérance d’interchangeabilité pour les sondes pt100 selon (CEI 751) Fiche technique (JUMO): Valeurs de base suivant CEI 751 En ohms, pour les éléments sensibles Pt 100, par pas de 1 °C Classes A T(°C) Classes B ΔT (°C) ΔR (Ω) ΔT (°C) ΔR (Ω) ±0.55 ±0.24 -200 ±1.3 ±0.56 ±0.35 ±0.14 -100 ±0.8 ±0.32 ±0.15 ±0.06 0 ±0.3 ±0.12 ±0.35 ±0.13 100 ±0.8 ±0.30 ±0.55 ±0.20 200 ±1.3 ±0.48 ±0.75 ±0.27 300 ±1.8 ±0.64 ±0.95 ±0.33 400 ±2.3 ±0.79 ±1.15 ±0.38 500 ±2.8 ±0.93 ±1.35 ±0.43 600 ±3.3 ±1.06 - - 700 ±3.8 ±1.17 - - 800 ±4.3 ±1.28 - - 850 ±4.6 ±1.34 Capteurs et instrumentation page3 Capteurs de température Pour obtenir la valeur de la résistance, on lit les dizaines dans les lignes et les unités dans les colonnes. Par exemple, la valeur à 403°C est obtenue à l’intersection de la ligne 400 et de la colonne 3 : 248,125Ω. (Pour les éléments sensibles Pt 500 ou Pt 1000, il faut multiplier ces valeurs de base par le facteur 5 ou 10.) d. La plage de température d’utilisation Elle indique l’intervalle de température pour laquelle la sonde fonctionne normalement. Elle s'étend de : –200 à +400 °C pour les éléments sensibles à enroulement sur support en verre. –200 à +850 °C, pour les éléments sensibles à enroulement sur support en céramique. Capteurs et instrumentation page4 Capteurs de température Fig.3 : Symbole 106 105 104 103 -60 100 0 200 300 Température t en 0C Résistance R en Ω Fig.4 : Courbe caractéristique d’une CTN 102 2 4 6 8 2. Thermistances 2.1. Constitution Les thermistances sont classées d’après le signe et la valeur de leur coefficient de température α : - Thermistances à coefficient de température négatif : Elles sont souvent appelées CTN ou simplement thermistances. Ce sont des céramiques, obtenues par frittage à T > 1100 oC de poudres d’oxydes métalliques. Fe2O3 (oxyde ferrique) ; MgAl2O4 (aluminate de magnesium) ; Zn2TiO4 (titane de zinc). Aux températures d’utilisation, leur résistance diminue d’une manière monotone quand la température augmente. - Thermistances à coefficient de température positif : Elles sont en général appelées CTP. Ce sont des céramiques à base d’oxydes ferroélectriques, principalement du titanate de baryum, de strontium et de plomb. Leur coefficient de température est faiblement négatif ou nul pour toute température, sauf sur un domaine étroit d’environ 50 oC, où leur résistivité augmente brutalement. Les thermistances peuvent être enrobées dans de la résine époxyde, de l’alumine ou dans des capsules de verre qui les protègent d’une oxydation ultérieure. Elles se présentent sous des formes et des dimensions diverses : perles, disques, bâtonnets et sondes. On va se limiter à l’étude des CTN. 2.2. Principe C’est le même principe que la sonde à résistance de platine, c’est-à-dire la variation de la résistance électrique d’un matériau en fonction la température. 2.3. Caractéristiques a. Caractéristique R = f (T ) Pour les températures d’utilisation, la relation liant la résistance à la température est donnée par l’expression suivante T 1 - T 1 B exp R = R(T) 0 T0               (4) avec : R(T) : résistance à la température T. RT0 : résistance à la température de référence (résistance nominale). T0 : température de référence (le plus souvent 298K) B : indice de sensibilité thermique, caractéristique du matériau constituant la thermistance. Il est compris entre 1000 K et 7000 K, suivant la composition de l’oxyde utilisé ; il varie un peu avec la température. Sur la caractéristique de la figure 4 On constate que la résistance diminue d’une façon non linéaire quand la température augmente, selon la relation (4). Les valeurs de la résistance sont très importantes par rapport à celles d’une sonde à résistance en platine. Comme pour la sonde à résistance de platine, la Caractéristique R = f (T) peut être donnée par les constructeurs sous forme de tables de valeurs valeurs de base. b. Le coefficient de température Il est donné par la relation (3) : 2 T B dT dR R 1 =    Il varie fortement en fonction de la température et peut atteindre – 6 % K–1 à 25 oC (à comparer à + 0,4 % K–1 pour une résistance platine). Capteurs et instrumentation page5 Capteurs de température Métal 1 Métal 2 Soudure chaude eAB + - TC Tf Tf A B c. Tolérances Les constructeurs indiquent deux tolérances : l’une sur la résistance nominale R0, l’autre sur l’indice de sensibilité B. Compte tenu de la forme de la caractéristique R = f (T ), les incertitudes qui en résultent sur la mesure de la température peuvent être très grandes dans la partie haute du domaine de mesure. Les tolérances usuelles de ces paramètres sont respectivement de ± 5 % et ± 10 %, mais l’on peut atteindre ± 1 %. 0 uploads/s3/ les-capteurs-de-temperature.pdf