Qu'est-ce qu'un détecteur de température par résistance ?
Qu'est-ce qu'un détecteur de température par résistance ?
Définition du détecteur de température par résistance
Un détecteur de température par résistance (également connu sous le nom de thermomètre à résistance ou RTD) est un dispositif électronique utilisé pour déterminer la température en mesurant la résistance d'un fil électrique. Ce fil est appelé capteur de température. Si nous voulons mesurer la température avec une grande précision, un RTD est la solution idéale, car il présente de bonnes caractéristiques linéaires sur une large plage de températures. D'autres dispositifs électroniques couramment utilisés pour mesurer la température incluent le thermocouple ou le thermistance.
La variation de la résistance du métal en fonction de la variation de la température est donnée par,
Où, Rt et R0 sont les valeurs de résistance aux températures toC et t0oC. α et β sont des constantes qui dépendent des métaux.Cette expression est pour une large plage de températures. Pour une petite plage de températures, l'expression peut être,
Les dispositifs RTD utilisent couramment des métaux comme le cuivre, le nickel et le platine. Chaque métal a des changements de résistance uniques qui correspondent aux variations de température, connus sous le nom de caractéristiques résistance-température.
Le platine a une plage de température de 650°C, tandis que le cuivre et le nickel ont respectivement 120°C et 300°C. La figure 1 montre la courbe des caractéristiques résistance-température des trois métaux différents. Pour le platine, sa résistance change d'environ 0,4 ohms par degré Celsius de température.
La pureté du platine dans les RTD est vérifiée par le rapport R100 / R0. Les impuretés dans le matériau provoquent des écarts par rapport au graphique de résistance-température attendu, affectant les valeurs α et β spécifiques au métal.
Construction du détecteur de température par résistance ou RTD
La construction est généralement telle que le fil est enroulé sur un support (en forme de bobine) sur un cadre en mica entaillé pour obtenir une petite taille, améliorant la conductivité thermique pour diminuer le temps de réponse et obtenir un taux élevé de transfert de chaleur. Dans les RTD industriels, la bobine est protégée par une gaine en acier inoxydable ou un tube protecteur.
Ainsi, la contrainte physique est négligeable lorsque le fil s'étend et augmente la longueur du fil avec le changement de température. Si la contrainte sur le fil augmente, alors la tension augmente. En conséquence, la résistance du fil va changer, ce qui est indésirable. Nous ne voulons donc pas que la résistance du fil change en raison d'autres modifications indésirables, sauf celles liées aux changements de température.
Cela est également utile pour la maintenance des RTD pendant que l'usine est en fonctionnement. Le mica est placé entre la gaine en acier et le fil de résistance pour une meilleure isolation électrique. En raison de la faible contrainte sur le fil de résistance, il doit être enroulé soigneusement sur la feuille de mica. La fig.2 montre la vue structurale d'un détecteur de température par résistance industriel.
Conditionnement du signal du RTD
Nous pouvons trouver ce RTD sur le marché. Mais nous devons connaître la procédure pour l'utiliser et comment réaliser le circuit de conditionnement du signal. Ainsi, les erreurs de câblage et d'autres erreurs d'étalonnage peuvent être minimisées. Dans ce RTD, la variation de la valeur de résistance est très faible par rapport à la température.
La résistance d'un RTD est déterminée en utilisant un circuit pont, où un courant électrique constant est fourni et la chute de tension sur un résistor est mesurée pour calculer la température. Cette température est déterminée en convertissant la valeur de résistance du RTD en utilisant une expression d'étalonnage. Les différents modules de RTD sont montrés dans les figures ci-dessous.
Dans le pont RTD à deux fils, le fil factice est absent. La sortie est prise des deux extrémités restantes comme indiqué dans la fig.3. Cependant, les résistances des fils d'extension sont très importantes à prendre en compte, car l'impédance des fils d'extension peut affecter la lecture de température. Cet effet est minimisé dans le circuit pont RTD à trois fils en connectant un fil factice C.
Dans un RTD à trois fils, si les fils A et B sont identiques en longueur et en section, leurs effets d'impédance se neutralisent mutuellement. Le fil factice C sert alors de fil de mesure pour mesurer la chute de tension sans porter de courant. Dans ces circuits, la tension de sortie est directement proportionnelle à la température. Il faut donc une équation d'étalonnage pour trouver la température.
Expressions pour un circuit RTD à trois fils
Si nous connaissons les valeurs de VS et VO, nous pouvons trouver Rg et ensuite nous pouvons trouver la valeur de température en utilisant l'équation d'étalonnage. Maintenant, supposons R1 = R2:
Si R3 = Rg; alors VO = 0 et le pont est équilibré. Cela peut être fait manuellement, mais si nous ne voulons pas faire un calcul manuel, nous pouvons simplement résoudre l'équation 3 pour obtenir l'expression de Rg.
Cette expression suppose que, lorsque la résistance de liaison RL = 0. Supposons, si RL est présent dans une situation, alors l'expression de Rg devient,
Il y a donc une erreur dans la valeur de résistance du RTD en raison de la résistance RL. C'est pourquoi nous devons compenser la résistance RL comme nous l'avons déjà discuté en connectant une ligne factice 'C' comme indiqué dans la fig.4.
Limitations du RTD
Dans la résistance du RTD, il y aura une dissipation de puissance I2R par le dispositif lui-même qui cause un léger effet de chauffage. Cela est appelé auto-chauffage dans le RTD. Cela peut également causer une lecture erronée. Ainsi, le courant électrique à travers la résistance du RTD doit être maintenu suffisamment bas et constant pour éviter l'auto-chauffage.
