Capteurs de température Pt100

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Erreur de mesure lors de la mesure électrique de la température avec des capteurs Pt100

Outre la précision de base des capteurs Pt100, les erreurs supplémentaires suivantes peuvent survenir

• Auto-échauffement
• Erreur de câblage
• Erreur d'isolation
• Tensions thermiques parasites

Auto-échauffement des capteurs Pt100

Pour mesurer la résistance d'un capteur Pt100, celui-ci doit être traversé par un courant. Le courant de mesure génère une dissipation de puissance et donc de la chaleur au niveau du capteur. L'erreur de mesure associée à un affichage de température plus élevé dépend de différents facteurs :

• Hauteur de la résistance de mesure de température
  Un capteur Pt1000 est dix fois plus chauffé qu'une résistance Pt100.
  
• Dérivation de la chaleur produite
  Le raccord de mesure doit être installé de manière à être baigné de manière optimale par le fluide. Plus la vitesse d'écoulement du fluide à mesurer est élevée, plus le transfert de chaleur est important.
  Des erreurs de mesure parfois importantes peuvent survenir, en particulier dans les petits volumes ou les gaz au repos.
  
• Courant de mesure
  Aujourd'hui, un courant de mesure de 1 mA est courant. Cela correspond à une puissance dissipée de 0,0001 watt.
  Si le coefficient d'auto-échauffement (E) de l'appareil de mesure est connu, le courant de mesure optimal pour l'erreur de mesure maximale souhaitée peut être calculé à l'aide de la formule suivante.
  E=t/(R * I²)
  
  La mesure maximale pour l'écart de mesure toléré est alors calculée à l'aide de la formule suivante :
  I = (t/E -R)₂
  
  E= Coefficient d'auto-échauffement
  t= (température affichée) - (température du fluide)
  R= Résistance du capteur de température
  I= Courant de mesure
  
• Capacité thermique et conduction thermique de l'armature de mesure
  Lors du montage de la résistance de mesure Pt100, il faut veiller à assurer un transfert thermique optimal (par ex. : pâte thermique, matériau isolant approprié). Le matériau de la fixation doit présenter une conductivité thermique aussi élevée que possible (par ex. métaux).
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Erreur de câblage avec les capteurs Pt100

L'erreur de câblage résulte du raccordement du thermomètre à résistance Pt100 à l'électronique d'évaluation à l'aide d'un câble de raccordement à 2 fils (raccordement à deux fils). La résistance du câble de raccordement est alors prise en compte comme erreur dans la mesure.
Cela peut entraîner des erreurs de mesure importantes, en particulier avec des câbles de raccordement longs et de petit diamètre. Les appareils d'évaluation modernes permettent de compenser la résistance du câble de raccordement, mais ne peuvent pas tenir compte des variations de température au niveau du câble. Les résistances du Pt100 et du câble de raccordement s'additionnent, ce qui entraîne l'affichage d'une température plus élevée.

Le raccordement du Pt100 en technique à 3 ou 4 fils permet de remédier à ce problème.
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Défauts d'isolation des capteurs Pt100

La pénétration d'humidité dans le capteur ou dans le matériau isolant entre les câbles de raccordement entraîne une erreur de mesure (température plus basse).
Les capteurs sont généralement suffisamment protégés contre l'humidité. Lors de la fabrication de l'élément de mesure, il faut toutefois veiller à utiliser des matériaux isolants parfaitement secs et à réaliser une étanchéification soigneuse.
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Tensions thermiques parasites dans les capteurs Pt100

Lorsqu'on assemble différents métaux, il se produit une tension thermique. De telles connexions métalliques apparaissent par exemple lorsqu'on rallonge les fils de raccordement des capteurs avec des fils de cuivre. Normalement, les points de connexion ont la même température et s'annulent donc en termes de valeur. Cependant, si les points de raccordement présentent des températures différentes, par exemple en raison d'une dissipation thermique différente, il en résulte des tensions thermiques différentes qui entraînent une chute de tension, laquelle est interprétée par l'appareil d'évaluation comme une modification de la résistance du capteur Pt100. Il en résulte une erreur de mesure.
L'ampleur de l'erreur de mesure dépend fortement de l'appareil d'évaluation et du type de raccordement choisi (2, 3 ou 4 fils).
Détection des erreurs par inversion du courant de mesure. Plus la différence entre les valeurs mesurées est élevée, plus la tension thermique présente est élevée.
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Temps de réponse (T₅₀, T₆₃, T₉₀) des capteurs Pt100

Dans de nombreuses applications, la vitesse à laquelle une sonde de température réagit à un changement de température est déterminante pour le contrôle et la régulation précis du processus.
Étant donné qu'un capteur de température réagit avec un certain retard, en particulier en cas de changements brusques de température du fluide, cela peut entraîner des erreurs de commande indésirables du processus, voire endommager les machines ou les installations.
La rapidité avec laquelle une sonde de température Pt100 réagit à un changement de température dépend de différents facteurs

• Structure du capteur de température
  Le capteur Pt100 doit avoir un contact optimal avec l'armature de protection environnante (par exemple avec une pâte thermique). Plus la masse du capteur et de l'armature de protection est faible, plus la sonde de température réagit rapidement aux changements de température. Les sondes de température à réponse rapide ont souvent une pointe de mesure effilée.
• Milieu de mesure
  En fonction du fluide à mesurer, le transfert thermique entre le fluide mesuré et la sonde de température varie. Les gaz étant de mauvais conducteurs thermiques, le transfert thermique est plus lent avec les gaz qu'avec les liquides. La vitesse d'écoulement joue également un rôle dans le transfert thermique entre le fluide et la sonde de température Pt100. Plus le fluide s'écoule rapidement, plus le transfert thermique est rapide.
• Installation du capteur de température
  Afin de garantir un transfert thermique optimal entre le fluide et la sonde de température et d'éviter les pertes de chaleur, le thermomètre à résistance doit être immergé aussi profondément que possible dans le fluide. Il faut également veiller à ce que la sonde soit entourée de manière optimale par le fluide et ne soit pas entourée de fluide stagnant (zones d'eau morte).

Afin d'obtenir une indication comparable sur la vitesse de réaction d'une sonde de température Pt100, la norme DIN 60751 et, aux États-Unis, la norme ASTM E644-11 ont défini le « temps de réponse des capteurs Pt100 ».
Celui-ci indique le temps nécessaire à un capteur de température pour passer d'une température initiale donnée à 50 % (T₅₀), 63 % (T₆₃) ou 90 % (T₉₀) de la différence de température entre la température initiale et la température finale.

Exemple :
Augmentation brusque de la température du fluide de 50 °C à 100 °C
Cela représente un écart de température de 50 °C.
La valeur T₅₀ correspond donc au temps (en secondes) nécessaire pour atteindre 75 °C = 25 °C (50 % de l'écart de température) + 50 °C (température initiale).
En conséquence :
T₆₃ Temps nécessaire pour que la sonde de température atteigne 81,5 °C
T₉₀ Temps nécessaire pour que la sonde de température atteigne 95 °C

Le temps de réponse d'un capteur de température Pt100 est déterminé par le fabricant et indiqué dans la fiche technique. Pour être tout à fait exact, il faudrait également indiquer la plage de température dans laquelle la mesure a été effectuée..
Exemple: T₅₀: 0,5 Secondes de 50 à 100 °C

On utilise aussi souvent T_0,5 au lieu de T₅₀, T_0,63 au lieu de T₆₃ ou T_0,9 au lieu de T₉₀ comme notation.

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