La mesure de température avec une sonde platine   Pt100
Bureau d'études - Electronique

Les sondes de température de type platine (PRTD - Platinum Resistance Temperature Detector) sont des capteurs d'un emploi courant dans l'industrie, leur principe repose sur la variation de résistance en température d'un conducteur de platine (fil ou feuille) selon des caractéristiques électriques connues et stables, décrites par les normes IEC 751, DIN 43760, ... Les modèles rencontrés sont référencés Pt100, Pt500, Pt1000 : la dénomination du modèle le plus courant Pt100 signifie que le capteur présente une résistance de 100 ohms à 0°C. Elles peuvent être utilisées dans des gammes de températures allant au-delà de -200°C à 800°C. La variation de résistance est quasiment linéaire en fonction de la température ; elle est pour une Pt100 de l'ordre de +0.4 ohm/°C à 0°C et de +0.35 ohm/°C à 300°C.

Sonde Pt100   3 fils

Selon la technique de réalisation employée, les sondes se répartissent en classes de précision : à -100°C à 0°C à 100°C à 200°C à 300°C classe B +/- 0.80°C +/- 0.30°C +/- 0.80°C +/- 1.30°C +/- 1.80°C classe A +/- 0.35°C +/- 0.15°C +/- 0.35°C +/- 0.55°C +/- 0.75°C classe 1/5 DIN +/- 0.16°C +/- 0.06°C +/- 0.16°C +/- 0.26°C +/- 0.36°C ... Disposer d'une sonde ultra précise n'est réellement utile que si l'équipement électronique est lui-même de précision suffisante, et surtout si le couplage mécanique et thermique entre la sonde et le milieu à étudier est réellement maîtrisé car il peut à lui seul introduire une erreur de plusieurs degrés.

Sonde Pt100   5 mm  x  2 mm

Le choix de la méthode de connexion et de l'interface électronique dépend de la précision de mesure recherchée. La mesure se faisant par l'intermédiaire d'un courant circulant dans la sonde, l'auto-échauffement du capteur par effet Joule peut également être responsable d'une erreur dans la mesure.

Une sonde platine peut être utilisée selon 3 modes de connexion : 2 fils, 3 fils, ou 4 fils.

- Le mode "2 fils", le plus simple, n'apporte aucune précision de mesure dès que l'effet induit par la résistance des câbles de connexion devient du même ordre de grandeur que la précision recherchée. Un câble standard AWG24 (85 ohms/km) introduit une erreur de l'ordre de 0.42°C par mètre de connexion pour une sonde Pt100.

- Le mode "4 fils" représente le montage de meilleure précision : la mesure de tension étant réalisée directement au niveau de la partie active de la sonde avec une interface haute impédance, les résistances des câbles de connexion n'interviennent plus dans l'erreur de la mesure.

- Le mode "3 fils" assure très souvent une précision suffisante, et plusieurs méthodes existent basées sur l'hypothèse de l'égalité des valeurs de résistance des 3 fils de connexion. L'utilisation d'un câble AWG18 (21 ohm/km) tout à fait adapté pour une connexion moyenne distance, introduira en fonction de la qualité de l'interface électronique, moins de 0.4°C d'erreur pour 100 mètres de connexion pour une sonde Pt100.

Interface 2 fils	Interface 3 fils (une méthode parmi d'autres)	Interface 4 fils

Les courbes de réponse en température des sondes Pt100 et Pt1000 ont des allures identiques, mais avec une différence de coefficient de 10 ; ainsi une sonde Pt1000 présente une résistance de 1000 ohms à 0°C, et la variation de résistance est de l'ordre de 4 ohms/°C à 0°C. L'utilitaire de conversion proposé ci-dessous reste utilisable à condition de multiplier la valeur de la résistance par 10.

En fonction de ce qui est recherché, l'utilisation d'une sonde Pt1000 peut s'avérer intéressante dans certains cas. En effet, une source d'erreur à prendre en compte, est l'auto-échauffement de la sonde provoqué par le courant de mesure. Or si ce courant est divisé par 10, la tension aux bornes de la sonde Pt1000 sera identique à celle d'une configuration avec Pt100 (U = R x I), mais la puissance dissipée dans la sonde sera elle divisée par 10, permettant ainsi de minimiser l'erreur due à l'auto-échauffement :   P_Pt1000   =   (10 x R_Pt100) x (I / 10)²   =   P_Pt100 / 10

A noter cependant que selon la longueur du câble de connexion et le bruit électrique présent dans l'environnement de mesure, l'utilisation d'un courant divisé par 10 favorise l'apparition d'un bruit sur la mesure ; cette gêne pouvant annuler l'avantage du choix de la sonde Pt1000.

La température est un paramètre physique important très souvent pris en considération dans les expérimentations et essais divers. Pour ses modules d'acquisition USB destinés aux bancs de test et essais de laboratoire, TECHNETEA fait une large place à l'interface Pt100 3 fils ; mais pour des cas spécifiques, des interfaces Pt100 4 fils peuvent aussi être envisagées, et également en Pt1000.

En associant plusieurs types d'interfaces électriques sur le même circuit imprimé, ces modules peuvent permettre non seulement des mesures de températures, mais également des mesures d'autres paramètres physiques ou le relayage de puissance pour réaliser des asservissements de température, aboutissant ainsi à des modules d'acquisition particulièrement compacts.

4 interfaces Pt100 (3 fils)	3 interfaces Pt100 (3 fils) + commutateur isolé