Thermomètre à résistance de platine

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Le thermomètre à résistance de platine est un dispositif (un type de thermistance) permettant de mesurer la température. Il est basé sur le fait que la résistance électrique du platine varie selon la température. Le thermomètre à résistance de platine fut développé en 1888. En anglais on parle généralement de sonde RTD pour Resistance Temperature Detector.

Fonction de transfert[modifier | modifier le code]

Thermomètre de qualité industrielle[modifier | modifier le code]

La norme CEI 60751 encadre (en Europe) la production et l'usage des thermomètres à résistance de platine industriels. Elle exclut les thermomètres dont les incertitudes sont supérieures à 0,1 °C. En se basant sur l'échelle internationale de température de 1990, elle impose que le coefficient de température α, défini comme suit :

soit conventionnellement égal à α = 3,85055·10-3 °C-1, où R100 est la résistance à t90= 100 °C, R0 est la résistance à t90= 0 °C, et t90 indiquant des températures mesurées selon l'échelle EIT-90.

Pour respecter cette norme, la conversion de la résistance en température doit être effectuée en employant le tableau de valeur de référence fournit dans les tables de l'EIT-90. Ces tables proposent également une formulation mathématique pour la conversion, plus simple d'emploi mais générant une très légère erreur :

entre -200 °C et 0 °C :

entre 0 °C et 850 °C :

Avec

  • ,
  • ,

Tolérance[modifier | modifier le code]

Il est improbable de réussir à fabriquer une sonde dont les caractéristiques collent parfaitement avec ce qu'impose la norme CEI 60751. Il existe donc des tolérances normalisées pour les sondes vendues. La norme définit 4 classes de tolérance en fonction de l'erreur admissible :

  • Classe B : erreur max = ± 0,30 °C + 0,0050 * | t90 |
  • Classe A : = ± 0,15 °C + 0,0020 * | t90 |
  • Classe 1/3B : = ± 0,1 °C + 0,0016 * | t90 |
  • Classe 1/10B : = ± 0,03 °C + 0,0005 * | t90 |

Thermomètre étalon (de précision)[modifier | modifier le code]

Pour des mesures plus précises, il est préférable d'étalonner chaque sonde de température indépendamment. En effet, des phénomènes d'écrouissage ou d'oxydation ne sont plus alors négligeables pour une bonne conversion de la température.

Modèles courants[modifier | modifier le code]

La production des thermomètres à résistance de platine est standardisée, voir normalisée. La variété de produit sur le marché est donc limitée. En pratique, les thermomètres à résistance de platine se distinguent par la valeur de référence de leur résistance à la température = 0 °C. Elles sont nommées Pt-X, Pt pour platine et X étant la valeur de référence de la résistance (en ohm). Par exemple, une sonde Pt-100 possède une résistance de 100 ohms à la température t90 de 0 °C.

Pt25[modifier | modifier le code]

Cette sonde, dans sa configuration "longue tige", se présente comme une longue tige cylindrique creuse d'environ 50 cm gainée en quartz, et terminée par une calotte hémisphérique à son extrémité. Un élément sensible de 4 cm, conformé en double bobinage de platine très pur, constitue le capteur. Le thermomètre constitue une enceinte étanche, contenant une pression réduite d'oxygène, évitant ainsi de former de l'oxyde de platine susceptible de perturber la réponse de l'instrument. Un tel instrument permet, en montage 4 fils et relié à un pont de résistances de haute exactitude, de détecter des variations de températures de l'ordre de quelques dizaines de µK, en le mettant en œuvre dans des cellules points fixes de qualité métrologiques. On ne trouve actuellement que peu de fabricants de TRP 25 ohms : Tinsley, Rosemount, Hart Scientific et Chino en sont des exemples. La sensibilité d'une sonde Pt25 de haut niveau métrologique est typiquement de l'ordre de 0,1 K/°C.

Cependant, ce modèle de sonde TRP 25 ohms "longue tige" utilisé lors de mises en œuvre de points fixes (en particulier, au-dessus de °C, consulter les textes de l'EIT-90 pour plus de précisions) se présente comme une tige en quartz (diamètre de 7 mm pour une longueur de 50 cm environ). Lors de sa mise en œuvre, la sonde de platine 25 ohms (Pt25) constitue cependant un véritable puits thermique et comme le capteur ne voit que sa propre température, il intègre également les pertes qu'il engendre.

Pt100[modifier | modifier le code]

C'est le modèle le plus couramment employé dans l'industrie[réf. souhaitée].

Pt1000[modifier | modifier le code]

Sa valeur élevée de résistance permet de limiter, pour une tension donnée, l'influence sur la température à mesurer de la dissipation thermique par effet Joule dans la résistance (auto-échauffement, voir ci-dessous). On peut ainsi travailler avec des courants de mesure nettement plus faibles.

Confusion possible[modifier | modifier le code]

Il ne faut pas confondre ce dispositif avec le thermocouple platine/platine rhodié, qui est un autre dispositif de mesure de température en platine, mais utilisant un autre phénomène physique.

Ce capteur, employé et défini comme instrument d'interpolation par les précédentes versions de l'EIT de 1927 à 1976 a d'ailleurs été totalement abandonné par l'EIT-90. Jusqu'à 1976, il constituait l'instrument d'interpolation à partir du point d'aluminium (660,323 °C) jusqu'au point d'argent (environ 962 °C). Il est à présent remplacé par le TRP "longue tige", Pt25, dans ce domaine de l'échelle.

Technologie[modifier | modifier le code]

En injectant un courant constant et continu, il suffit alors de mesurer la tension, qui, étant proportionnelle à la résistance donne une image de la température mesurée. Toutefois, et en vertu de l'effet Joule, l'injection d'un courant de mesure dans l'élément sensible de platine conduit au phénomène d'auto-échauffement de celui-ci. Cette élévation de la température, inhérente au passage du courant dans le capteur, conduit à une erreur systématique sur la mesure. Pour corriger cette erreur, il s'agit lors d'un étalonnage au point-fixe, de relever la valeur de la résistance électrique de l'élément sensible pour un courant (normal) de 1 mA, puis à 1,414 mA. De ces deux points de mesure une extrapolation de la résistance électrique du platine à courant nul, synonyme d'une mesure idéale sans auto-échauffement, peut être déterminée.

Attention! Pour une Pt25, le moindre choc thermique, ou mécanique, peut engendrer une dérive importante de l'instrument. Une attention toute particulière de l'expérimentateur est donc absolument requise.

Pour les faibles valeurs (Pt25, Pt100), on utilise plutôt du fil de platine enroulé. Pour les valeurs élevées (Pt100, Pt1000) et les dispositifs de petite taille, on dépose plutôt un méandre de platine sous forme de couche sur un substrat en céramique.

Références[modifier | modifier le code]


Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]