Détecteur de Température par Résistance ou RTD | Construction et Principe de Fonctionnement
Qu'est-ce qu'un DTR (Détecteur de Température par Résistance) ?
Un Détecteur de Température par Résistance (également connu sous le nom de Thermomètre à Résistance ou DTR) 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 DTR 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 un thermocouple ou un thermistor.
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 à to°C et t0o°C. α et β sont des constantes qui dépendent des métaux.
Cette expression est valable pour une large plage de températures. Pour une petite plage de températures, l'expression peut être,
Dans les dispositifs DTR; le cuivre, le nickel et le platine sont largement utilisés. Ces trois métaux ont des variations de résistance différentes en fonction des variations de température. Cela s'appelle les caractéristiques de résistance-température.
Le platine a une plage de température de 650o°C, tandis que le cuivre et le nickel ont respectivement 120o°C et 300o°C. La figure 1 montre la courbe des caractéristiques de 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 est vérifiée en mesurant R100 / R0. Parce que, quel que soit le matériau que nous utilisons réellement pour fabriquer le DTR, il doit être pur. S'il n'est pas pur, il déviera du graphique conventionnel de résistance-température. Ainsi, les valeurs de α et β changeront en fonction des métaux.
Construction d'un Détecteur de Température par Résistance ou DTR
La construction est généralement telle que le fil est enroulé sur un support (en une bobine) sur un cadre croisé en mica rainuré pour obtenir une petite taille, améliorer la conductivité thermique, diminuer le temps de réponse et obtenir un taux élevé de transfert de chaleur. Dans les DTR industriels, la bobine est protégée par une gaine en acier inoxydable ou un tube protecteur.
Ainsi, la contrainte physique est négligeable lorsque le fil se dilate et augmente la longueur du fil avec la variation de température. Si la contrainte sur le fil augmente, alors la tension augmente. En conséquence, la résistance du fil changera, ce qui est indésirable. Nous ne voulons donc pas que la résistance du fil change en raison d'autres modifications non désirées, à l'exception des variations de température. Cela est également utile pour la maintenance des DTR pendant que l'installation 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 dans le fil de résistance, il doit être enroulé avec soin sur la feuille de mica. La fig.2 montre la vue structurale d'un Détecteur de Température par Résistance Industriel.
Conditionnement du signal du DTR
Nous pouvons trouver ce DTR sur le marché. Mais nous devons connaître la procédure pour l'utiliser et comment réaliser la chaîne de conditionnement du signal. Ainsi, les erreurs de fils de liaison et autres erreurs d'étalonnage peuvent être minimisées. Dans ce DTR, la variation de la valeur de résistance est très faible par rapport à la température.
Ainsi, la valeur du DTR est mesurée en utilisant un pont de mesure. En fournissant un courant électrique constant au pont de mesure et en mesurant la chute de tension résultante à travers la résistance, la résistance du DTR peut être calculée. Ainsi, la température peut également être déterminée. Cette température est déterminée en convertissant la valeur de résistance du DTR à l'aide d'une expression d'étalonnage. Les différents modules de DTR sont montrés dans les figures ci-dessous.
Dans le pont de mesure DTR 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 de liaison doivent être prises en compte, car l'impédance des fils de liaison peut affecter la lecture de température. Cet effet est minimisé dans le circuit de pont DTR à trois fils en connectant un fil factice C.
Si les fils A et B sont bien appariés en termes de longueur et de section, leurs effets d'impédance s'annuleront car chaque fil est en position opposée. Ainsi, le fil factice C agit comme un fil de sens pour mesurer la chute de tension à travers la résistance du DTR et il ne transporte aucun 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 DTR 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 que 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 que RL soit présent dans une situation, alors l'expression de Rg devient,
Il y a donc une erreur dans la valeur de résistance du DTR en raison de la résistance RL. C'est pourquoi nous devons compenser la résistance RL comme nous l'avons déjà discuté en connectant un fil factice 'C' comme indiqué dans la fig.4.
