Caractéristiques du thermomètre de résistance, opération, utilisations

Il Thermomètre à résistance (Dispositif thermique de résistance ou rtd) est un instrument qui tire parti d'une propriété que les objets ont - la résistance électrique - pour mesurer la température. Cette procédure est connue sous le nom de mesure par Thermo résistance.

La résistance électrique est un paramètre très approprié, car dans de nombreux cas, il augmente généralement linéairement avec la température. On dit qu'une certaine propriété X est thermométrique, c'est-à-dire qu'elle peut être utilisée pour mesurer la température T, lorsque la relation entre X et T est linéaire:

X = k ∙ΔT

Un thermomètre de résistance

Où k est une constante de proportionnalité pour déterminer.

Une propriété thermométrique bien connue est l'expansion du mercure lorsqu'elle est chauffée, utilisée dans un thermomètre clinique. D'autres thermomètres utilisent du gaz, des feuilles de métal qui se dilatent avec l'augmentation de la température, de la résistance ou utilisent la luminosité d'un filament, entre autres propriétés.

Il est pratique d'avoir cette gamme de possibilités car la température est l'une des amplitudes les plus caractéristiques de tout système, qu'ils soient biologiques ou inanimés. C'est pourquoi c'est l'ampleur qui est la plus mesurée dans les processus industriels, et pour les gammes qui sont manipulées dans chacune d'elles, certaines propriétés thermométriques sont préférables à d'autres.

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Caractéristiques du thermomètre de résistance

Les thermomètres de résistance ont les caractéristiques suivantes:

-Ils sont très simples. L'élément de capteur se compose d'un fil métallique, étant le platine, le nickel, le tungstène et le cuivre les plus utilisés.

-Ils offrent une lecture rapide.

-Haute précision.

-Fonctionner dans une large plage de températures.

Résistivité, résistance et température

Les matériaux utilisés pour fabriquer des thermomètres de résistance sont des conducteurs dont résistivité Augmente presque toujours avec la température. La résistance et la résistivité ne sont pas des synonymes, mais ils sont étroitement liés.

La résistivité C'est la relation entre le champ électrique créé à l'intérieur du matériau lorsque le courant et la densité dudit courant circule. C'est donc une propriété de propriété.

Pour certains matériaux, appelés ohmique, La relation entre le champ électrique et la densité de courant est linéaire. À mesure que la température augmente, les ions du conducteur augmentent leurs vibrations et avec elle l'opposition au passage du courant.

En revanche, la résistance est une propriété du conducteur, déterminée non seulement par la résistivité du matériau, mais par la géométrie: longueur et zone de la section transversale.

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Si la section transversale reste constante, la relation entre ces amplitudes est:

Où r est la résistance du fil, ρ la résistivité du matériau, la longueur de L et sa zone de section transversale.

L'unité de résistance électrique dans le système international est ohmio (ω), tandis que la résistivité est disponible en ω ∙ m, bien qu'il soit habituel de trouver ω ∙ mm.

Dans les métaux, la résistivité augmente avec une température linéaire:

ρ (t) = ρ_soit (1 + α ∙ ΔT)

Où ρ est la résistivité du matériau à une certaine température, ρ_soit C'est la résistivité de la température de référence, généralement 0 ° C ou 20 ºC, α est le coefficient thermique du matériau et ΔT est la variation de la température.

Comme la résistance dépend de la résistivité du matériau, si la différence de températures n'est pas très grande, il est réalisé que:

R (t) = r_soit (1+ α ∙ ΔT)

La résistance est facile à mesurer, et comme la relation avec la température est linéaire, c'est une bonne propriété thermométrique.

Fonctionnement

Capteurs de thermomètre de résistance en platine en format encapsulé. Source: Teplouser via Wikimedia Commons.

L'élément central du thermomètre de résistance est un fil métallique qui est roulé dans un support isolant, généralement fait de mica, de céramique ou de verre. Il est enfermé dans un tube plein de poussière isolant et enveloppé dans des couches également isolant, scellant l'humidité.

La pression à l'intérieur du tube reste faible, pour éviter la formation d'oxydes qui provoquent une erreur dans les lectures. L'ensemble est petit: entre 1 et 5 mm de diamètre et 10 à 50 mm de long, couvert à son tour par un boîtier extérieur qui sert à le protéger, car l'appareil est délicat et doit être géré soigneusement.

Le platine, un métal précieux, est le matériau le plus utilisé pour fabriquer une résistance, car il est très stable dans une large gamme de températures et fournit des mesures extrêmement précises, au point de servir de modèle international standard de température dans la plage de -260 ºC - 630ºC. Cependant, les thermomètres de résistance au platine peuvent être fabriqués avec une plage beaucoup plus grande.

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Pour mesurer les changements de résistance au fil, vous devez l'incorporer dans un circuit spécial appelé Pont de blé, utilisé pour mesurer des résistances ou des impédances inconnues.

Cela se fait par des fils de cuivre minces (deux, trois ou quatre filetages en cuivre, plus il y a de threads, plus le thermomètre est précis, ceux de trois sont les plus courants).

Pour que l'appareil fonctionne, un petit courant de mesure doit. Connaissant le courant et la tension, la résistance au capteur avec la loi d'Ohm est déterminée et à travers elle la température.

Courbe caractéristique du thermomètre en platine

La linéarité de la relation entre la résistance et la température n'est pas toujours remplie avec précision dans toutes les gammes de température, ce qui dépend beaucoup du matériau métallique.

Le problème de la non-linéarité peut être corrigé à l'aide d'un circuit supplémentaire ou simplement en utilisant le graphique de résistance par rapport à la température, appelé courbe caractéristique, Comme celui montré:

Courbe caractéristique de résistance au platine de 100 ohm. Source: Wikimedia Commons.

Courbe caractéristique PT-100 ou thermomètre de résistance au platine de 100 Ω. Source: Wikimedia Commons.

Variantes

Les thermomètres de résistance au platine sont fabriqués en fonction de la résistance de la bobine: PT-25, PT-100 et PT-1000 sont les plus utilisés.

Les lettres "Pt" font allusion au symbole chimique en platine, et le nombre est la résistance du fil à la température de référence 0ºC. Plus la résistance la plus sensible est grande le thermomètre, pour offrir une plus grande variation de résistance avec le même changement de température. Cependant, le PT-100 est celui qui est le plus utilisé au niveau industriel, avec une résolution de dixième année.

Au lieu de roues de fil ou de bobine, certains fabricants utilisent une fine couche de platine déposée au-dessus d'un substrat en céramique isolant. Cela diminue la taille de l'appareil et le rend encore plus précis et rapide.

Utilisations / applications du thermomètre de résistance

Le thermomètre de résistance est de préférence utilisé dans l'industrie chimique, pharmaceutique et alimentaire, ainsi que dans les zones où une grande précision est nécessaire à l'étendue de la température pour garantir des produits de qualité.

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Le fabricant d'instruments indique la plage de température qui peut être mesurée avec précision. Sur leur gamme, les thermomètres ne donnent pas de mesures précises et dans le pire des cas, l'élément capteur est endommagé.

Mesure de la température environnementale

Il est important de mesurer la température ambiante avec précision dans l'industrie automobile, dont les processus d'assemblage, de soudage et de test moteur produisent très de chaleur dans l'environnement. Dans ces cas, le thermomètre de résistance au cuivre est généralement préféré.

Capteur de température pour la voiture

Pour mesurer la température du moteur d'une voiture, une résistance électrique est utilisée comme élément thermométrique.

Usages industriels

Pour déterminer la température des fours industriels de la fonderie, dans les chaudières, les réfrigérateurs et les réacteurs nucléaires.

Le contrôle précis de la température est également très important pour l'industrie alimentaire, car il les maintient frais et exempts de germes plus longtemps.

Astronomie

Les thermomètres de résistance au platine sont utilisés dans la détection des ondes gravitationnelles. L'appareil créé à cet effet se compose de deux interféromètres, qui sont des instruments optiques pour mesurer les interférences légères.

Les interféromètres utilisent des miroirs pour diriger correctement les rayons laser, et leur température est surveillée en continu pour s'assurer qu'ils maintiennent la courbure appropriée et assurent la précision des mesures.

Avantages et inconvénients

Parmi les avantages, il convient de mentionner:

-Haute précision.

-Variété d'utilisations.

-Grande gamme de mesures qui leur permet d'être utilisées dans diverses industries.

-Ils restent stables pendant longtemps.

-Ils sont linéaires ou très proches de la linéarité dans une grande plage de températures.

Parmi les limitations, ils peuvent être cités:

-Ils ne sont pas utilisés pour des températures supérieures à 660 ° C.

-Ni en dessous de -270 ºC.

-Ils doivent être soigneusement manipulés.

-Ils sont moins sensibles que les autres appareils les moins chers tels que les thermistances, et dans certaines applications, leur temps de réponse est supérieur à ceux.

-Les thermomètres en platine sont chers.

Les références

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2. Sears, Zemansky. 2016. Physique universitaire avec physique moderne. 14e. Élégant. 2ieme volume. Pearson.
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5. Torres, B. Calcul de la résistance (RTD - PTC). Récupéré de: youtube.