PT 100 [PDF]

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Compte rendu Tp4: Capteur de température par le thermocouple a base d’une sonde thermométrique (Résistance métallique en PLATINE)

L3 Automatique-TIARET-

Introduction: La découverte que la résistivité des métaux dépend fortement de la température a été faite par Sir Humphrey Davy la même année que Seebeck a fait sa découverte à propos de la thermoélectricité. Cinquante ans plus tard, Sir William Siemens introduisit l'utilisation du Platine comme élément d'un thermomètre à résistance. La sonde platine est basé sur la variation de la résistance électrique du platine en fonction de la température. En anglais RTD pour Resistance Temperature Detector. Elles sont généralement constituées d’un fil de platine bobiné sur un mandrin en céramique. Elles sont désignées par les lettres PT (pour platine) suivies de la valeur ohmique de la sonde à 0°C. But : Cette manipulation a pour objectif d'analyser les performances statiques de ce capteur et de valider les principes de conditionnement usuels. Matériels Utilisés:  Une sonde de tension (+15V, -15V,0V). 

Une sonde de platine.



Un thérmomètre de précision.



Un amplificateur de de mesure équipé s’une source de courant DC .



Multimètre.



Fils de connexion.

INFORMATIONS DIVERSES :

NORME DE REFERENCE : IEC 60751 PLAGE D'UTILISATION PRECONISEE :  de -200 à -180°C = exécution spéciale, fragilité augmentée  de -180 à -50°C = exécution spéciale, fragilité augmentée  de -50 à +450°C = plage standard  de +450 à +600°C = exécution spéciale, fragilité, hypersensibilité à la pollution, dégradation rapide des tolérances de précision  de +600 à +850°C processus de vieillissement accéléré incontrôlab Éléments Pt100 à couches minces : • Un matériau platine pur, dont la résistance est connue et documentée pour différentes températures, est utilisé pour la fabrication de l'élément à résistance pt100. Le moindre changement de température entraîne une variation de la résistance définie et reproductible, qui permet de déterminer la température à partir de cette résistance

LES MATÉRIAUX DE RÉSISTANCE POUR LES RTDS SONT: 1. Platine (Plus populaire et précis) 2. Nickel

3. Cuivre 4. Balco (rare) 5. Tungstène (rare) Confusion possible: 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 Principe de fonctionnement : Il s’agit de la mesure de la variation de résistance d'un élément résistif, cette variation étant fonction de la température à laquelle il est soumis : augmentation de la résistance en fonction de l'augmentation de la températur Principe de mesure : Relation Résistante / Température Avec :  RT = résistance du thermomètre à la température T.  R0 = résistance du thermomètre à 0°C.  t= la température en °C.  A = 3.9083*10-3 et B = -5.775*10-7 Cette relation s’utilise pour les températures au dessus de 0°C. Nous avons appliqué cette formule en mesurant la résistance de la sonde Pt100 lorsque celle-ci était portée à 50°C la formule avec nos mesures : En théorie, nous devrions trouver la valeur de : RT / R0 = 1 + (3.9083*10-3*50) + (-5.775*10-7*50)2 RT = 1 + (3.9083*10-3*50) + (-5.775*10-7*50)2 *100 Soit R T = 119.54 ohms. Expérimentalement nous avons trouvé 119.4 ohms. Donc le calcul et le résultat expérimental sont compatibles. Câblage de sonde Pt100 Pour pouvoir mesurer une température, l'élément capteur à résistance pt100 doit être raccordé à un dispositif de surveillance ou régulateur adéquat. Étant donné que la mesure de température s'effectue par le biais de la résistance de l'élément RTD, les autres résistances (des câbles de raccordement, des connexions, etc.) existant dans le circuit de mesure entraînent des erreurs de mesure. Tous les schémas de câblage, à l'exception de la configuration à 2 fils, permettent à l'électronique d'interprétation de compenser les résistances des câbles et autres résistances indésirables existant dans le circuit. Dans les systèmes d'interprétation modernes, la résistance du câble de raccordement peut certes être compensée, néanmoins, les variations de la résistance provoquées par des changements de température dans le câble ne peuvent pas être prises en compte.

Remarque : Il faut respecter une limitation du courant injecté dans les éléments sensibles à une valeur inférieure à 1mA, au dessus de cette valeur, il faudra tenir compte de l'autoéchauffement.

Tableau de l’échauffement : Eche lle (div)

Tempéra ture lue Ta(°c)

Tempéra ture corrigée TMG1(°C)

Résist ance RT(oh m)

Tempéra ture mesurée TMPT (°C)

TMG1TMPT(°C)

25

Tensi on de sorti e Ua(V) 112

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

24.9

112

31

-4

32 40.8

33.1 34.42

116.2 119.9

116.2 119.9

42 52

-8.9 -17.58

57.9

63.88

127.2

127.2

72

8.12

74.6

85.13

134.1

134.1

-7.87

93

109.78

141.1

141.1

93 102 111

La valeur de RT(0) RT(0)= 100 Ω

-1.22

Discutons le graphe : La relation entre la température et la résistance est positive. Les augmentations de température produire des augmentations de la résistance . La valeur de ᾳ ᾳ= [119.9-116.2]/[52-42] ᾳ= 0.37 Tableau de refroidissement : Eche lle (div)

Tempéra ture lue Ta(°c)

Tempéra ture corrigée TMG1(°C)

90

84.9

98.77

68

76.61

50.1

54.2

80 70 60 50 40 30 20 10 0

Tensi on de sorti e Ua(V) 139.8

Résist ance RT(oh m)

Tempéra ture mesurée TMPT (°C)

TMG1TMPT(° C)

139.8

103

13.78

135.9 132.1 128 124.1 120 116.2 111.6 111.6 110.1

135.9 132.1 128 124.1 120 116.2 111.6 111.6 110.1

93 83 72 62 52 42 30 30 30

-6 .39 -7.8

Discutons le graphe : La relation entre la température et la résistance est positive .la diminution de la température de produire une diminution de résistance. La valeur de ᾳ ᾳ= [139.8 -135.9]/[103-93] ᾳ= 0.39 En conclu que : ce capteur est non-linéare intrinsèquement, particulièrement sensible pour une utilisation dans une large gamme de température. La forme generale de la variation de la résistance : On a : Rt =100*[1+3.908*10-3 *t -5.8*10-7*t2 – 4.27*10-12(t- 100)*t3 ; pour T0





La caractéristique de la variation théorique de la R T (TMPT) On calcul la valeur de RT pour T=-200°C , et la valeur de RT pour T=150°C à T=-200°C : Rt =100*[1+(3.908*10-3 *t +(-5.8*10-7*t2) – 4.27*10-12(t- 100)*t3] Rt =100*[1+(3.908*10-3 *(-200)) +(-5.8*10-7*(-2002)) – 4.27*10-12(-200- 100)*(-2003) Rt =19.5 Ω à T=150°C : Rt =100*[1+3.908*10-3 *t -(5.8*10-7*t2) Rt =100*[1+3.908*10-3 *150 -5.8*10-7*1502] Rt =157.31 Ω La courbe de variation théorique :

L’origine de la différence entre la courbe théorique est expérimentale :  les autres résistances (des câbles de raccordement, des connexions, etc.) existant dans le circuit de mesure entraînent des erreurs de mesure  Le moindre changement de température entraîne une variation de la résistance . Conclusion : thermométre à résistance de platine présente les avantages suivants : 1. Grande plage de températures de -200 °C à 850 °C 2. Courbe caractéristique quasi linéaire 3. Précision élevée 4. Bonne interchangeabilité Et les inconvenient suivants: Température maximale limitée à 450° (jusqu'à 800°C sous certaines conditions), dimensions supérieures aux thermocouples, temps de réponse supérieur aux thermocouples, tenue aux vibrations et robustesse limitées, coût généralement plus élevé que celui d'un thermocouple.