Création d'un circuit de mesure de température RTD

Dans cet article, nous apprenons la fabrication d'un circuit de mesure de température RTD, ainsi que les différents RTD et leurs principes de fonctionnement grâce à des formules.

Qu'est-ce qu'un RTD

Un détecteur de température à résistance ou à résistance fonctionne en détectant la différence ou une augmentation de la résistance du métal du capteur lorsqu'il est soumis à la chaleur.

Ce changement de température de l'élément étant directement proportionnel à la chaleur, permet une lecture directe des niveaux de température appliqués.

L'article explique comment fonctionnent les RTD et comment créer un simple circuit de capteur haute température à l'aide d'un dispositif RTD fait maison.

Une lecture directe sous la forme de valeurs de résistance variables peut être obtenue en chauffant une «bobine de chauffage» ordinaire ou un élément «en fer».

La résistance étant directement équivalente à la chaleur soumise, correspond à la chaleur appliquée et devient mesurable sur un Ohm mètre numérique ordinaire. Apprendre encore plus.

Fonctionnement des compteurs de température RTD

Tous les métaux ont cette propriété fondamentale en commun, c'est-à-dire qu'ils changent tous de résistance ou de degré de conductance en réponse à la chaleur ou à la hausse des températures. La résistance d'un métal augmente à mesure qu'il est chauffé et vice versa. Cette propriété des métaux est exploitée dans les RTD.

La variation ci-dessus de la résistance du métal est évidemment liée au courant électrique et signifie que si le courant passe à travers un métal qui est soumis à un certain changement de température, il offrira des niveaux correspondants de résistance au courant appliqué.

Le courant varie donc également proportionnellement à la résistance variable du métal. Cette variation du courant de sortie est directement lue sur un compteur correctement calibré. C'est ainsi qu'un thermomètre RTD fonctionne essentiellement comme un capteur thermique ou un transducteur.

Les RTD sont généralement spécifiés à 100 Ohms, ce qui signifie que l'élément doit présenter une résistance de 100 Ohms à zéro degré Celsius.

Les RTD sont généralement constitués du métal noble Platine en raison de ses excellentes caractéristiques métalliques telles que l'inertie aux produits chimiques, une bonne réponse linéaire à la température par rapport au gradient de résistance, un coefficient de température de résistance élevé, offrant une plus large gamme de mesures et une stabilité (capacité à maintenir les températures et à restreindre changement soudain).

Parties principales d'un RTD

La figure ci-dessus d'un simple thermomètre RTD montre la conception de base d'un dispositif RTD standard. C’est un type simple de transducteur thermique comprenant les principaux composants suivants:

Une enceinte extérieure, composée de certains matériaux résistants à la chaleur, comme du verre ou du métal, et scellée à l’extérieur.

Le boîtier ci-dessus renferme un fil métallique mince qui est utilisé comme élément de détection de chaleur.

L'élément se termine par deux fils flexibles externes qui servent de source de courant pour le transducteur ou l'élément métallique enfermé.

L'élément en fil est placé avec précision à l'intérieur de l'enceinte de sorte qu'il soit réparti proportionnellement sur toute la longueur de l'enceinte.

Qu'est-ce que la résistivité

Le principe de fonctionnement de base des RTD repose sur le fait que la plupart des conducteurs présentent une variation linéaire de leur caractéristique fondamentale (conductance ou résistance) lorsqu'ils sont soumis à des températures variables.

C'est précisément la résistivité du métal qui change de manière significative en réponse à des températures variables.

Cette variation de la résistivité d'un métal correspondant aux changements de température appliqués est appelée coefficient de température de résistance ou alpha et s'exprime par la formule suivante:

alpha = d (rho) / dT = dR / dT ohms / oC (1)

où rho est la résistivité de l'élément ou du fil métallique utilisé, R est sa résistance en Ohms avec une configuration spécifiée.

Comment calculer la résistivité

La formule ci-dessus peut être en outre appliquée pour déterminer la température d'un système inconnu par l'expression générale de R telle que donnée dans l'équation suivante:

R = R (0) + alpha (0 degré + Tx), où R (0) est la résistance du capteur à zéro degré Celsius et Tx est la température de l'élément.

L'expression ci-dessus peut être simplifiée et écrite comme suit:

Tx = {R - R (0)} / alpha Par conséquent, lorsque R = R (0), Tx est = 0 degré Celsius, ou lorsque R> R (0), Tx> zéro degré Celsius, cependant à R> R (0 ), Tx<0 degree Celsius.

Il sera important de noter que, pour obtenir des résultats fiables tout en utilisant des RTD, la température appliquée doit être uniformément répartie sur toute la longueur de l'élément de détection, faute de quoi cela peut entraîner des lectures inexactes et incohérentes à la sortie.

Types de RTD

Les conditions expliquées ci-dessus se référaient au fonctionnement d'un RTD de base de type à deux fils, cependant en raison de nombreuses contraintes pratiques, un RTD à deux fils n'est jamais précis.
Pour rendre les dispositifs plus précis, des circuits supplémentaires sous la forme d'un pont de Wheatstone sont normalement incorporés.
Ces RTD peuvent être classés dans les types 3 fils et 4 fils.

RTD à trois fils: Le schéma montre des connexions RTD à 3 fils typiques. Ici, le courant de mesure circule à travers L1 et L3 tandis que L3 se comporte comme l'un des conducteurs de potentiel.

Tant que le pont est dans l'état équilibré, aucun courant ne passe à travers L2, cependant L1 et L3 étant dans des bras séparés du réseau de Wheatstone, les résistances s'annulent et supposent une impédance élevée à travers Eo, également les résistances entre L2 et L3 sont maintenues à des valeurs identiques.

Le paramètre garantit l'utilisation d'un maximum de 100 mètres de fil à terminer du capteur jusqu'au circuit de réception tout en maintenant la précision à moins de 5% des niveaux de tolérance.

RTD à quatre fils: Le RTD à quatre fils est probablement la technique la plus efficace pour produire des résultats précis, même lorsque le RTD réel est placé à des distances éloignées de l'affichage du moniteur.

La méthode annule toutes les différences de fil conducteur pour produire des lectures extrêmement précises. Le principe de fonctionnement est basé sur la fourniture d'un courant constant à travers le RTD et la mesure de la tension aux bornes de celui-ci via un appareil de mesure à haute impédance.

La méthode élimine l'inclusion d'un réseau de pont et fournit pourtant des résultats beaucoup plus crédibles. La figure montre un schéma de câblage RTD à quatre fils typique ici, un courant constant dimensionné avec précision dérivé d'une source appropriée est appliqué via L1, L4 et le RTD.

Un résultat proportionnel devient directement disponible à travers le RTD via L2 et L3 et peut être mesuré avec un DVM à haute impédance, quelle que soit sa distance par rapport à l'élément de détection. Ici, L1, L2, L3 et L4 qui sont les résistances des fils, deviennent des valeurs insignifiantes qui n'ont aucune influence sur les lectures réelles.

Comment fabriquer un capteur de haute température RTD fait maison

Une unité de capteur de haute température peut être conçue en utilisant un «élément chauffant» ordinaire comme une bobine de chauffage ou un élément «fer». Le principe de fonctionnement est basé sur les discussions ci-dessus.

Les connexions sont simples et doivent simplement être construites comme indiqué dans le DIAGRAMME suivant.