Demandez à cinq personnes ce que signifie « PT100 » et vous obtiendrez généralement « une sorte de capteur de température » comme réponse complète. C'est bien si vous ne faites que discuter -, mais si c'est vous qui rédigez les spécifications d'achat, les lacunes dans cette réponse sont exactement là où les problèmes apparaissent plus tard : un capteur qui lit bien sur le banc mais dérive une fois soudé dans un doigt de gant, ou un capteur qui est techniquement correct mais câblé dans le mauvais sens pour l'émetteur qu'il alimente.
Cet article couvre les mécanismes de la manière dont un PT100 mesure réellement la température, les différences pratiques entre les types de capteurs que vous choisirez et -, car la théorie ne vous amène que jusqu'à présent, - une situation réelle dans laquelle une erreur sur l'un de ces détails a provoqué un problème mesurable sur une ligne de production.
Qu'est-ce qu'un PT100 en réalité
Un PT100 est un détecteur de température à résistance (RTD) - un élément en platine dont la résistance électrique change d'une manière connue et reproductible à mesure que la température change. Le "100" dans le nom est la valeur de la résistance à 0 degré : exactement 100 ohms. Faites chauffer, la résistance grimpe ; refroidissez-le, la résistance diminue.
Le platine n'est pas le seul métal à faire cela - les RTD au nickel et au cuivre existent également - mais le platine s'est imposé pour une utilisation industrielle car il ne s'oxyde pas facilement, conserve son étalonnage pendant des années de cycles thermiques et sa courbe de résistance est bien-suffisamment définie pour qu'elle ait été standardisée à l'échelle internationale. Cette norme est la CEI 60751, et c'est le document auquel toutes les fiches techniques de fabricants réputés font discrètement référence, même lorsqu'ils ne le disent pas directement.
Physiquement, l'élément se trouve à l'intérieur d'une gaine métallique - généralement en acier inoxydable 316, parfois en Inconel ou Hastelloy pour les supports désagréables - avec des fils conducteurs allant vers un émetteur ou la carte d'entrée analogique d'un contrôleur. Le capteur lui-même n'a ni affichage ni logique ; cela change juste la résistance. Tout le reste se passe en aval.
La physique derrière la lecture
Pourquoi la résistance change avec la température
À mesure que le platine se réchauffe, les vibrations atomiques augmentent, ce qui rend plus difficile le déplacement des électrons à travers le réseau -, la résistance augmente. Cette relation n'est pas linéaire sur toute la plage, mais elle est suffisamment proche et suffisamment bien-caractérisée pour être capturée dans une équation plutôt que dans une seule table de recherche : l'équation de Callendar-Van Dusen.
Pour des températures supérieures à 0 degré, la forme simplifiée est :
Rt=R0 [1 + À + Bt²]
R0 est de 100 ohms pour un PT100, et A et B sont des constantes fixes de la CEI 60751. En dessous de 0 degré, un troisième terme est ajouté car la courbe se courbe légèrement différemment vers le bas. Vous n'avez pas besoin de mémoriser ce - mais cela vaut la peine de savoir qu'il existe, car c'est la raison pour laquelle un "PT100" d'un fabricant et un "PT100" d'un autre seront en fait d'accord l'un avec l'autre à une température donnée, au lieu que chacun ait sa propre courbe privée.
Un chiffre à retenir : à 100 degrés, un PT100 standard indique environ 138,5 ohms. Si vous dépannez un capteur avec un multimètre et qu'il est loin de ce qui devrait être 100 degrés, quelque chose ne va pas - soit l'élément, le câblage ou votre hypothèse sur la température réelle à laquelle il se trouve.
Il existe également une répartition que vous devez connaître avant de commander : la "courbe européenne" (alpha = 0.00385) est la norme partout en dehors de l'Amérique du Nord, tandis qu'une "courbe américaine" plus ancienne (0,00392) apparaît toujours sur certains équipements existants. Le mélange des deux lors d'une rénovation est une source classique d'une lecture de température décalée de quelques degrés sans raison évidente.
Transformer la résistance en un nombre que vous pouvez lire
Un émetteur fait passer un petit courant à travers l'élément, mesure la tension à ses bornes, calcule la résistance et applique la courbe pour cracher une température. C'est ça. C'est également pourquoi un PT100 est fondamentalement inutile sans un émetteur ou une carte d'entrée compatible RTD- derrière lui - le capteur ne représente que la moitié de la chaîne de mesure.
Le détail du câblage qui cause réellement des problèmes sur le terrain
C'est là que de nombreuses décisions d'achat tournent mal, et c'est rarement parce que quelqu'un a été négligent - ce n'est tout simplement pas évident à moins que quelqu'un ne vous le dise.
2 filsest le moins cher, mais la résistance du fil conducteur lui-même est ajoutée directement à la lecture. Sur un trajet de câble de 30 - mètres, cette erreur n'est plus anodine. Très bien pour les courtes séries ou la surveillance non critique ; pas bien pour tout ce que vous voudriez contrôler.
3 filsest la valeur par défaut pour la plupart des travaux industriels. Un troisième fil permet à l'émetteur d'estimer et d'annuler la résistance du fil, en supposant que les trois conducteurs sont identiques en longueur et en calibre. Bon équilibre entre coût et précision, c'est pourquoi c'est ce que vous trouverez sur la majorité des transmetteurs de procédé vendus aujourd'hui.
4 filssupprime presque entièrement l'erreur de résistance du fil en séparant les fils de transport de courant-et de détection de tension-. C'est ce que vous voulez pour les étalons de référence d'étalonnage ou partout où les fractions de degrés comptent réellement -, mais c'est excessif et coûteux pour de nombreux points de surveillance généraux.
L'erreur que je vois le plus souvent n'est pas de choisir le mauvais type de câblage isolé -, mais de commander un capteur à 3 fils pour un transmetteur configuré pour une entrée à 2 fils, ou vice versa. Le capteur et l'instrument doivent être en accord, et ce détail est facile à manquer lorsque l'approvisionnement et l'instrumentation sont deux personnes différentes travaillant sur deux documents différents.
Fil-Éléments enroulés ou éléments à film mince-
Fil-enrouléLes éléments - fil de platine enroulé autour d'un noyau en céramique ou en verre - ont tendance à conserver extrêmement bien l'étalonnage sur une longue durée de vie et de larges variations de température. Ils sont plus chers et un peu plus fragiles mécaniquement.
Couche mince-les éléments sont fabriqués en déposant du platine sur un substrat en céramique, dans un esprit similaire à la façon dont une micropuce est construite. Ils sont plus petits, moins chers à produire en volume et résistent mieux aux vibrations -, c'est pourquoi ils ont largement repris l'utilisation industrielle générale et OEM. Le compromis-est une plage de température nominale plus étroite par rapport aux versions premium à enroulement de fil-, bien que pour la plupart des travaux de processus, ce plafond ne soit jamais réellement approché.
Si votre application est légère - pensez aux conduits CVC, la surveillance générale du réservoir - film mince - est presque toujours le choix économique et judicieux. Économisez les fils-bobinés pour les applications à haute-température ou à longue-durée de vie-où la stabilité supplémentaire permet de récupérer son coût.
PT100 contre thermocouple contre PT1000
Nouveaux acheteursinstrumentation de températuredemandent souvent lequel de ces trois ils doivent réellement préciser.
Contre unthermocouple, un PT100 gagne en précision et en -stabilité à long terme dans les basses-à-moyennes plages (environ -200 degrés à 850 degrés) et ne nécessite pas de compensation de soudure froide. Un thermocouple est efficace là où les températures dépassent ce que le platine peut supporter, ou là où vous avez besoin d'une réponse plus rapide et pouvez vivre avec une précision moindre.
Contre unPT1000, le principe de fonctionnement est identique - même platine, même physique - seulement 1 000 ohms à 0 degré au lieu de 100. Cette résistance de base plus élevée rend l'erreur de fil de connexion - proportionnellement plus petite, de sorte qu'un PT1000 peut souvent s'en sortir avec un câblage à 2 - fils sans la pénalité de précision qu'un PT100 prendrait. Cela fait du PT1000 un choix courant dans l'automatisation des bâtiments, où les câbles sont longs mais où vous ne recherchez pas une précision de niveau laboratoire.
Un cas réel : quand « assez proche » ne l'était pas
Une entreprise de transformation alimentaire-exécutant une ligne de pasteurisation obtenait des relevés de température de lots incohérents depuis des semaines - rien de dramatique, juste quelques degrés de dérive qui apparaissaient par intermittence et ne correspondaient à rien d'évident dans le processus lui-même. La maintenance avait déjà remplacé le capteur une fois, supposé que cela résolvait le problème et était passée à autre chose. Il est revenu un mois plus tard.
La cause réelle s'est avérée être le câblage, pas le capteur : le PT100 à 3 -fils d'origine avait été remplacé par une unité d'un autre fournisseur dont le calibre du fil de connexion était légèrement différent de celui d'origine, ce qui a annulé la compensation de résistance du fil-que le transmetteur était en train de calculer. Sur le papier, les deux capteurs répondaient aux spécifications. En pratique, l'écart était juste assez important pour pousser la lecture en dehors de la tolérance qui comptait pour le temps de maintien de la pasteurisation -, un paramètre de sécurité alimentaire et non cosmétique.
Le correctif n'était pas un meilleur capteur. Il s'agissait de normaliser le calibre et la longueur des fils conducteurs sur tous les stocks de remplacement de cette ligne, et d'ajouter une vérification rapide de la résistance à température ambiante comme étape d'inspection à la réception-avant la mise en service d'un nouveau capteur. La leçon se généralise : un PT100 est aussi précis que l'ensemble de la chaîne de mesure qui l'entoure, et "le même numéro de pièce" ne signifie pas toujours "le même fil réel".
Ce qu'il faut réellement vérifier avant de commander
Pour la plupart des acheteurs, la décision se résume à cinq questions, classées en gros par ordre d’importance :
- Quelle est la plage de température du processus et quel doit être le niveau de tolérance ?Cela décide de la classe de précision - La classe B (±0,30 degré à 0 degré) couvre la surveillance la plus générale ; La classe A ou 1/3 DIN vaut la peine pour les boucles de contrôle ou les processus régulés.
- Quel câblage votre transmetteur ou votre carte CPL attend-il ?Confirmez-le avant de commander, et non après le -. Il s'agit de la cause la plus courante de problèmes de champ évitables.
- Quel est le matériau de la gaine et le diamètre de la sonde adaptés à votre fluide de procédé et à votre pression ?Les applications corrosives ou à haute-pression nécessitent généralement également un puits thermométrique, à la fois pour la protection et pour que le capteur puisse être remplacé sans arrêt.
- Avez-vous besoin d'un émetteur-monté sur une tête ?La conversion en un signal 4-20 mA directement au niveau du capteur améliore l'immunité au bruit sur les longs câbles et vaut le coût supplémentaire dans les environnements électriquement bruyants.
- Quel est votre plan d'étalonnage et de remplacement ?Les capteurs dérivent au fil des années de cycles thermiques. Les processus critiques sont généralement vérifiés chaque année ; les points de surveillance-à faibles enjeux peuvent durer plus longtemps.
Notes d'installation à connaître
La profondeur d'insertion compte plus que ce à quoi la plupart des gens s'attendent : - la pointe de détection doit atteindre le flux ou le milieu réel, et pas seulement percer la paroi du tuyau, sinon vous finirez par mesurer la couche limite au lieu du processus. Les puits thermométriques valent le coût supplémentaire partout où la pression, la corrosion ou la nécessité d'un remplacement à chaud-est un facteur. Et si vous dépannez une lecture qui semble erronée, vérifiez la résistance à une température de référence connue (l'eau glacée est une référence fiable et bon marché à 0 degré) avant de supposer que le transmetteur ou le processus lui-même est le problème.
Conclusion
La physique derrière un PT100 est simple et n'a pas changé depuis des décennies - la résistance du platine augmente de manière prévisible avec la température, et cette relation est standardisée afin que les instruments de différents fabricants s'accordent les uns avec les autres. Là où les acheteurs se trompent, ce n’est pas la sélection du capteur lui-même ; ce sont les détails qui l'entourent - configuration de câblage, cohérence du fil de connexion, matériau de la gaine pour les conditions réelles du processus. Obtenez-les correctement au stade des spécifications et la partie capteur est la partie la plus facile.
Si vous recherchez des capteurs PT100 pour une ligne ou un équipement spécifique, envoyer à votre fournisseur la plage de température, la classe de précision requise, le type de câblage et l'environnement d'installation à l'avance - plutôt qu'un simple numéro de pièce - est généralement ce qui sépare un capteur qui fonctionne d'un autre qui est remplacé deux fois avant que quelqu'un ne trouve le vrai problème.
Foire aux questions
Le PT100 est-il la même chose qu'un RTD ?
Non - Le PT100 est un type spécifique de RTD, fabriqué en platine avec une résistance de 100 ohms à 0 degré. RTD est la catégorie la plus large, qui comprend également les capteurs PT500, PT1000 et à base de nickel- ou de cuivre-.
Quelle est réellement la précision d’un capteur PT100 ?
La classe B est précise à environ ±0,30 degré à 0 degré. La classe A resserre cela à environ ±0,15 degré. Les capteurs 1/10 DIN de haute-précision atteignent ±0,03 degré, ce qui correspond principalement à une spécification standard de laboratoire ou d'étalonnage- plutôt qu'à quelque chose dont la surveillance générale des processus a besoin.
Un PT100 peut-il gérer des températures inférieures à-zéro ?
Oui, les unités standard sont classées jusqu'à environ -200 degrés, ce qui couvre la plupart des applications cryogéniques et de la chaîne du froid sans nécessiter quoi que ce soit de spécialisé.
Pourquoi certains capteurs PT100 ont-ils trois ou quatre fils au lieu de deux ?
Les fils supplémentaires permettent à l'instrument de soustraire la résistance du fil conducteur lui-même, qui autrement serait comptée comme faisant partie du signal de température -, une erreur qui augmente avec la longueur du câble.
Références
- Commission électrotechnique internationale.CEI 60751 - Thermomètres à résistance industriels en platine et capteurs de température en platine.
- Institut national des normes et de la technologie (NIST).Échelle de température ITS-90 et données de référence sur la thermométrie à résistance platine.
- Ingénierie Oméga.Guide de référence RTD (Détecteur de température à résistance).
- Société Fluke.Étalonnage : philosophie en pratique - Thermométrie à résistance.
