Sondes à résistances Pt100 : fabrications

Sommaire

1. Assemblages de sondes RTD gainés de base
2.  Assemblages de sondes RTD à isolation minérale (MI ou Chemisées)

Les sondes résistives Pt100 au platine sont largement utilisés dans de nombreux secteurs et laboratoires pour une mesure de température précise et fiable. Ces assemblages sont généralement fournis prêts à installer, combinant l'élément sensible RTD avec une gaine de protection, un câblage interne, des extrémités préparées et des options de raccordement telles que des connecteur ou des borniers. Une grande variété de conceptions pour le Pt100 est disponible pour répondre à des applications allant de l'usage industriel général aux environnements sévères et corrosifs.

Sondes à résistances Pt100 gainées

Les sondes gainées à usage général sont conçues pour une large plage de températures, typiquement de -100 °C à +350 °C, bien que des spécifications sur mesure soient courantes. Ces fabrications économiques utilisent généralement des éléments Pt100 en platine avec une résistance nominale de 100 ohms à 0 °C, conformes à la norme IEC 60751,  le plus souvent de classe B, bien que des éléments de classe A plus précis et même à ±0,01 % de tolérance soient disponibles.

Le fil de platine à l’état de recuit est bobiné puis placé dans un boîtier scellé en verre ou en céramique haute pureté. Les constructeurs utilisent aussi des éléments plats dits sondes à couche épaisse ou  sondes à couche mince.

Les éléments sensibles peuvent comporter un seul, deux ou trois enroulements. Le fabricant connecte chaque enroulement à ses fils de liaison selon les techniques deux, trois ou quatre fils recommandées par la norme IEC 60751. Les montages quadrifilaires sont de deux types. Le montage quatre fils ordinaire permet au choix une mesure au pont de Wheatstone ou une mesure selon la méthode de Kelvin. Le montage quatre fils avec boucle aveugle de compensation se rapproche davantage d’un montage deux fils auquel un deuxième jeu de deux fils identique a été ajouté pour équilibrage. Les fils de liaison, généralement en cuivre, sont isolés Kapton.

Caractéristiques de conception :

• Profondeur d'immersion minimale : environ 50 mm
• Courant d'excitation recommandé : < 5 mA
• Résistance d'isolement : > 100 MΩ à 240 V (conditions ambiantes)

Il existe plusieurs formes d’extrémités de gaines ; toutes ont leur usage propre. Les extrémités ouvertes sont les mieux adaptées aux mesures de température d’air ou de gaz.Les extrémités rétreintes réduisent le temps de réponse. Le constructeur comble les emplacements restés vides à l’intérieur de la gaine par un compactage réalisé avec un matériau inerte. L’intérêt de l’opération est double : elle optimise les transferts thermiques et elle permet de sceller hermétiquement les gaines, protégeant ainsi leur
contenu de l’humidité, de la corrosion et des vibrations. 

Les diamètres de gaine standard vont de 1,5 mm à 13 mm et sont disponibles dans une grande variété de longueurs et de configurations de cintrage. Les matériaux de gaine courants comprennent l'acier inoxydable 316, l'Inconel 600, l'Incoloy 800, des alliages de nickel et des options revêtues de fluoroplastique (Téflon®) pour les environnements chimiques agressifs.

Les configurations de sorties sont très variées. L’offre habituelle des fabricants dans ce domaine va du simple bornier de connexion aux têtes étanches en fonte ou en aluminium avec transmetteur, en passant par les montages sur poignées, les simples sorties sur câble, les connecteurs et les connecteurs rapides. 

Sondes Pt100 à isolation minérale (chemisées)

Les capteurs Pt100 à isolation minérale offrent une grande durabilité et d'excellentes performances thermiques, combinant une gaine compacte et étanche avec une poudre d'oxyde de magnésium (MgO) pour l'isolation. Ces assemblages reflètent étroitement la construction des thermocouples à isolation minérale, offrant une protection supérieure dans des environnements sévères ou soumis à de fortes vibrations.

Principaux avantages :

• Grande résistance mécanique et flexibilité (gaine déformable)
• Excellente résistance d'isolement (> 100 MΩ)
• Précision et stabilité à long terme
• Temps de réponse rapides
• Résistance aux vibrations, à la pression, au vide et à la corrosion

Les plages de fonctionnement typiques s'étendent de -100 °C à +600 °C, en utilisant des sondes platine de 100 ohms (IEC 60751 classe B) en configurations simple ou duplex. Des éléments haute précision (classe A, 1/3, 1/5 et 1/10 DIN) sont disponibles sur demande. Les éléments de capteur sont souvent du fil de platine dans de la céramique ou du verre, bien que des capteurs à couche mince soient également proposés.

Comme pour les capteurs Pt100 gainés standard, ces assemblages prennent en charge des configurations 2 fils, 3 fils et 4 fils. Le courant d'excitation ne doit pas dépasser 5 mA, et la profondeur d'immersion minimale est généralement de 50 mm.

La construction de la gaine est robuste, avec généralement des épaisseurs de paroi d'environ 15 % du diamètre extérieur. Cela permet un cintrage jusqu'à un rayon de 12× le diamètre (ou jusqu'à 4× avec un mandrin). Les diamètres standard incluent 3 mm, 6 mm et 8 mm, et les assemblages peuvent être fabriqués sur mesure pour répondre aux exigences de longueur et de forme.

Matériaux de gaine courants :

• Acier inoxydable 316 – résistant à la corrosion pour les applications générales
• Inconel 600, adapté aux environnements extrêmes et aux atmosphères carburantes (mais pas aux atmosphères riches en soufre à haute température)
• Revêtements fluoroplastiques, disponibles pour les environnements corrosifs ou chimiquement agressifs

De nombreux type de sorties sont disponibles, du simple bornier de connexion aux têtes étanches en fonte ou en aluminium avec transmetteur, en passant par les montages sur poignées, les simples sorties sur câble, les connecteurs et les connecteurs rapides. 

⚠️ Note importante : Un point critique à prendre en compte pour les Pt100 chemisées est la pénétration d’humidité. Si la vapeur d’eau pénètre dans la gaine, elle peut dégrader la résistance d’isolement et entraîner une défaillance du capteur. Cela est évitable grâce à un contrôle qualité de fabrication approprié et en spécifiant une étanchéité robuste lors de l’approvisionnement.

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