Capteurs de température 
 RTD 

Les capteurs RTD fonctionnent sur la base d'une relation prévisible entre la température et la résistance (R/T). Cette résistance augmente avec la température, et la variation est mesurable avec précision.

Les éléments en platine sont les plus couramment utilisés en raison de leur stabilité thermique et de leur large plage de mesure. Le cuivre, bien que très linéaire, est limité à 150°C en raison de l'oxydation. Le nickel devient non linéaire au-delà de 300°C.

Le coefficient de température de résistance, noté α, exprime cette variation. Pour les RTD industriels, la norme la plus courante est α = 0,00385 Ω/(Ω·°C). Cette valeur peut varier légèrement en fonction de la pureté du platine utilisé.

Pour garantir l'exactitude d'un capteur RTD sur sa plage de fonctionnement, il doit être calibré à différentes températures, pas seulement à 0°C et 100°C. Cela vérifie la fiabilité de sa courbe résistance/température (R/T) dans des conditions réelles.

• Les deux principales méthodes sont : La méthode des points fixes, utilisée dans les laboratoires, repose sur des températures de référence très stables (point de congélation, point triple…) de substances pures comme l'eau, le zinc ou l'étain. Elle offre une précision allant jusqu'à ±0,001°C.
• La méthode de comparaison, plus courante dans l'industrie, utilise un bain de glace comme étalon secondaire (±0,005°C). Elle est simple, économique et permet de calibrer plusieurs sondes simultanément.

Il existe plusieurs types d'éléments RTD, chacun avec des caractéristiques spécifiques selon l'utilisation, la plage de température ou la précision attendue :

• Éléments à film mince :une fine couche de platine déposée sur un substrat en céramique. Compact et économique, mais moins stable à long terme. Température max : ~600°C avec encapsulation.
• Éléments en fil enroulé :fil de platine enroulé sur un noyau isolant. Très précis mais sensible aux contraintes mécaniques.
• Éléments enroulés :une évolution des éléments en fil enroulé, conçue pour permettre au fil de détection de se dilater librement dans un mandrin en céramique. Très stable et robuste jusqu'à 850°C.
• Éléments sans contrainte :utilisés dans les laboratoires (SPRT), offrent une précision extrême mais sont fragiles. Fonctionnent jusqu'à 960°C.
• Éléments en carbone :pour des températures extrêmement basses (-173°C à -273°C). Peu coûteux et reproductibles, mais rarement utilisés dans l'industrie.

La norme IEC 60751:2008 spécifie les tolérances et caractéristiques des RTD, en particulier Pt100 et Pt1000, selon leur résistance nominale à 0°C.

Elle est couramment utilisée avec des SPRT secondaires et des RTD industriels. Les thermomètres en cours de calibration sont comparés à des thermomètres étalonnés en utilisant un bain à température uniformément stable. Contrairement aux calibrations à point fixe, des comparaisons peuvent être effectuées à n'importe quelle température entre -100°C et 500°C. Cette méthode peut être plus rentable, car plusieurs capteurs peuvent être calibrés simultanément avec un équipement automatisé. Ces bains chauffés électriquement et bien agités utilisent des huiles de silicone et des sels fondus comme milieux pour différentes températures de calibration.

Un détecteur de température à résistance (RTD) mesure la température en détectant le changement de résistance électrique d'un métal (souvent du platine) en réponse à la température. Contrairement aux thermocouples, il nécessite une source d'alimentation externe.

Le changement de résistance suit une relation presque linéaire, modélisée par l'équation de Callendar–Van Dusen. Pour rester stable et précis, le fil de détection (souvent en platine) doit être protégé de la contamination et de la déformation mécanique.

• Les capteurs sont généralement conçus pour avoir 100 Ω à 0°C.
• Deux normes sont utilisées : le coefficient de 0,00385/°C (norme européenne IEC 60751) et 0,00392/°C (norme américaine).
• Les erreurs liées aux fils de connexion sont corrigées en utilisant des configurations à 3 ou 4 fils — la version à 3 fils est la plus courante dans l'industrie, tandis que la version à 4 fils est utilisée pour des mesures de haute précision.

Avantages :

• Haute précision: Idéal pour des mesures de température exigeantes. - Faible dérive : les RTD maintiennent leur fiabilité dans le temps.
• Large plage de fonctionnement: Utilisable entre -200°C et +600°C (ou plus avec des versions spéciales).
• Bonne stabilité: Reproductibilité des mesures à long terme.

Limitations :

• Températures extrêmes: Moins adapté au-delà de 660°C en raison des risques de contamination par le platine. Inefficace en dessous de -270°C.
• Temps de réponse plus lent: Comparé aux thermocouples.
• Moins sensible que les thermistancespour de petites variations de température.

Un détecteur de température à résistance (RTD) se compose généralement de :

• Un élément sensible(souvent en platine),
• Conducteurs isolés, enPVC, PTFE, ou siliconepour des températures < 250°C, etfibre de verre ou céramiqueau-delà.
• Une gaine de protection, souvent en alliage métallique, qui protège contre les dommages chimiques ou mécaniques et sert également de point de montage.

La conception de cette gaine est cruciale pour garantir la durabilité du capteur dans des environnements industriels.

Les capteurs RTD sont classés en trois catégories principales en fonction de leur précision et de leur utilisation :

• SPRT (Thermomètre à résistance en platine standard): Utilisés dans les laboratoires, ils offrent la plus haute précision (±0,001°C) sur une plage de -200°C à 1000°C. Fabriqués avec du platine pur et des matériaux de haute qualité (quartz, silice), ils sont coûteux et fragiles.

• SPRT secondaire: Également conçus pour les laboratoires, mais avec des matériaux plus accessibles (moins de platine pur, isolants en céramique). Moins précis (±0,03°C) et limités à un maximum de 500°C, mais plus abordables.

• PRT industriel: Conçus pour des environnements exigeants. Robustes, ils utilisent des éléments à film mince ou en fil résistif avec des gaines en acier inoxydable. Moins précis que les versions de laboratoire, mais bien adaptés aux applications industrielles.

Les capteurs RTD sont classés en trois catégories principales en fonction de leur précision et de leur utilisation :

• 1. Configuration à 2 fils

Simple et économique mais pas très précis ; la résistance des câbles fausse la mesure.

➡️ Meilleur pour les applications où la précision n'est pas critique.

• 2. Configuration à 3 fils

Le meilleur compromis entre coût et précision.

➡️ Compense la résistance des fils, largement utilisé dans l'industrie.

• 3. Configuration à 4 fils

Le plus précis. Élimine complètement l'influence des câbles et réduit les erreurs dues aux effets thermoélectriques.

➡️ Utilisé dans des applications métrologiques ou hautement sensibles.