Les RTD (Resistance Temperature Detector)

RTD de Meyers

RTD de Meyers

La même année que Seebeck découvrit la thermo-electricité, Humphrey Davy (1778-1829) annonça que la résistivité des métaux montrait une dépendance marquée à la température. Cinquante ans après, William Siemens utilise du platine dans un thermomètre à résistance. Son choix propice est prouvé par l'utilisation du platine comme élément principal dans les thermomètres à résistance de grande précision. En fait, le capteur de température à résistance de platine, ou PRTD (Platinium Resistance Temperature Detector), est employé aujourd'hui du point triple de l'hydrogène (-259,34 °C) au point de congélation de l'argent (961,78°C). Le platine convient particulièrement, car il peut supporter cette grande plage de températures tout en maintenant une excellente stabilité et une altération quasiment nulle.

En 1932, C.h. Meyers proposa la construction d'un capteur de température à résistance (RTD) composé d'un enroulement hélicoïdal de platine sur un support croisé de mica, le tout à l'intérieur d'un tube de verre. Ce système réduit au minimum la contrainte sur le fil tout en maximisant la résistance. Bien que cette construction produise un élément très stable, le contact thermique entre le platine et le point à mesurer est de mauvaise qualité avec, comme conséquence, un temps de réponse thermique important. La fragilité de la structure limite, aujourd'hui, son utilisation à celle d'un outil de laboratoire.


RTD cage d'oiseau

RTD « cage d'oiseau »

Un autre outil de laboratoire a remplacé la conception de Meyer. C'est l'élément en « cage d'oiseau » proposé par Evans et Burns. Les contraintes induites de résistance provoqués par le temps et la température sont ainsi réduites au minimum et la « cage d'oiseau » devint la norme de laboratoire. Sa structure fragile et sa sensibilité aux vibrations ne la destine pas aux environnements industriels.


RTD hélicoïdale

RTD hélicoïdale

RTD haute température

RTD haute température

RTD industrielle

RTD industrielle

Des techniques de construction plus solides sont montrées par les figures ci-contre : un fil de platine bifilaire est enroulé sur une bobine de verre ou de céramique. L'enroulement bifilaire réduit l'induction magnétique et son bruit relatif. Une fois que le fil est enroulé sur la bobine, l'ensemble est alors scellé avec du verre fondu.

À moins que les coefficients de dilatation du platine et de la bobine s'assortissent parfaitement, la dilatation du fil aura pour résultat un changement de résistance, avec pour conséquence un changement permanent possible de la résistance du fil.

Il existe des versions de RTD qui offrent un compromis entre la cage d'oiseau et la spirale scellée. Une telle approche emploie une spirale de platine hélicoïdale enroulée sur un cylindre en céramique et maintenue par l'intermédiaire de verre fritté.


RTD à film métallique

RTD film métallique

RTD à film métallique

Les techniques de fabrication modernes utilisent un film de platine ou métallique déposé sur un substrat plat de céramique gravé à l'eau-forte, ajusté par laser et scellé. Le film RTD offre la réduction substantielle du délai d'assemblage et a l'avantage d'une valeur de résistance accrue pour une taille donnée. En raison de la technologie de fabrication, la taille des dispositifs est petite, avec une inertie thermique faible ; ils peuvent répondre rapidement aux changements de température.


RTD flexible

RTD flexible

Les RTD à film sont un peu moins stables que les RTD filaires mais, en contrepartie, leurs avantages de taille, de coût de production et facilité d'utilisation font qu'elles sont très largement employées.


Métaux

Tous les métaux produisent un changement positif de résistance pour un changement positif de la température. Ce qui est la fonction principale d'une RTD. L'erreur du système est réduite au minimum quand la valeur nominale de la résistance de RTD est grande ; ceci implique un fil métallique avec une résistivité élevée.

Résistivité des métaux des RTD
MétalSymboleRésistivité
Ω·cm/f
Résistivité
Ω·mm²/m
Résistivité
siemens
OrAu132,1612e-24,6272e+7
ArgentAg8,81,4629e-26,8356e+7
CuivreCu9,261,5394e-26,496e+7
PlatinePt599,8083e-21,0195e+7
TungstèneW304,9873e-22,0051e+7
NickelNi365,9847e-21,6709e+7

En raison de leurs faibles résistivités, l'or et l'argent sont rarement employés comme éléments de RTD.

Le tungstène a une résistivité relativement élevée, mais est réservé pour des applications à très hautes températures parce qu'il est extrêmement fragile et difficile à travailler.

Le cuivre est employé de temps en temps comme élément de RTD, sa basse résistivité nécessite une plus grande longueur qu'un élément de platine, mais sa linéarité et son prix réduit en font une alternative économique. Sa limite supérieure de température est seulement d'environ 120 °C.

Les RTD les plus communes sont faites de platine, nickel, ou alliages de nickel. Les fils en alliage de nickel sont économiques et employés sur une gamme de température limitée, mais ils sont non linéaires et tendent à dériver avec le temps.

Pour l'intégrité des mesures, le platine est le choix évident.

MÀJ : 04 février 2017

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