Thermocouple vs RTD : choisir un capteur de température pour essais

La température est la mesure la plus courante sur un banc d'essai, et la première décision porte sur le type de capteur. Thermocouple vs RTD revient à arbitrer entre plage et robustesse d'un côté, précision et stabilité de l'autre. Cet article compare les deux types de capteurs, explique les détails de câblage à l'origine de la plupart des erreurs de mesure et liste les modules ICP DAS qui lisent chaque type.

Fonctionnement des deux capteurs

Un thermocouple est une jonction de deux métaux différents. Il produit une faible tension qui dépend de la différence de température entre la jonction de mesure et le point où les fils du thermocouple rejoignent le cuivre, la soudure froide. Un thermocouple de type K donne environ 41 µV par °C : l'entrée doit donc résoudre des microvolts et rejeter le bruit.

Une RTD (sonde de température à résistance) est une résistance dont la valeur augmente avec la température. Une Pt100 vaut 100 Ω à 0 °C et varie d'environ 0,385 Ω par °C ; une Pt1000 vaut 1000 Ω à 0 °C. Le module d'entrée envoie un petit courant dans le capteur et mesure la tension à ses bornes.

Thermocouple vs RTD en un coup d'œil

Choisissez une RTD lorsque vous avez besoin de précision et de stabilité entre environ −200 et +600 °C. Choisissez un thermocouple pour les températures plus élevées, les sondes petites ou rapides et les conditions mécaniques sévères.

Compensation de soudure froide

Un thermocouple mesure une différence. Pour obtenir la température absolue, le module mesure la température à ses propres bornes et ajoute la tension équivalente du thermocouple. Cette compensation de soudure froide (CJC) n'est aussi bonne que la concordance de température entre les bornes et le capteur CJC : installez donc les modules à l'écart des sources de chaleur et des courants d'air. Faites courir le thermocouple ou le câble d'extension compatible jusqu'aux bornes d'entrée ; une section en cuivre intermédiaire crée de nouvelles jonctions à une température inconnue.

Parmi les entrées ICP DAS, les ET-2218HS-16 et USB-4018HS compensent automatiquement sur chaque voie. Le M-7018-16-G et le conditionneur SG-3011 offrent un décalage CJC réglable pour un étalonnage fin. Pour les cartes PCI-1800U, la carte à bornes DB-8225 dispose d'un circuit de soudure froide sur la voie d'entrée analogique 1.

Résistance des fils : connexions RTD 2, 3 et 4 fils

En connexion 2 fils, la résistance des fils s'ajoute directement à la résistance du capteur.

Exemple chiffré : une Pt100 reliée par 10 m de câble cuivre de 0,5 mm² voit environ 0,34 Ω par conducteur, soit 0,69 Ω dans la boucle. Divisé par 0,385 Ω/°C, l'affichage est trop élevé d'environ 1,8 °C. Le même câble avec une Pt1000 donne une erreur d'environ 0,18 °C, car le capteur varie dix fois plus par degré.

Une connexion 3 fils utilise un troisième fil pour mesurer et soustraire la résistance des fils, en supposant que tous les fils sont identiques ; c'est le choix habituel pour le câblage d'un banc d'essai. Une connexion 4 fils transporte le courant d'excitation sur une paire et mesure la tension sur l'autre, ce qui supprime la résistance des fils du résultat ; utilisez-la pour l'étalonnage et les mesures de référence.

Les M-7015P-G, ET-2215H, ET-7015 et ET-7215 assurent l'élimination de la résistance des fils en 3 fils. Le M-7033-G accepte les RTD 2, 3 et 4 fils, avec élimination de la résistance des fils pour les connexions 3 et 4 fils.

Temps de réponse et fréquence d'échantillonnage

Le temps de réponse du capteur dépend surtout de sa construction et du contact thermique avec l'objet testé. Les jonctions de thermocouple fines et exposées réagissent le plus vite ; une sonde gainée, de l'un ou l'autre type, réagit plus lentement à mesure que son diamètre augmente.

Le module d'entrée doit aussi échantillonner assez vite. Les modules multivoies standard partagent leur fréquence d'échantillonnage entre les voies : le M-7018-G échantillonne 10 Hz au total sur 8 voies et le M-7015-G 12 Hz sur 6, ce qui convient aux essais thermiques lents. Pour les transitoires rapides, les ET-2218HS-16 et USB-4018HS échantillonnent les thermocouples à 100 Hz par voie, et l'ET-2215H échantillonne les RTD à 90 Hz par voie en mode rapide, avec une précision de ±0,1 % de la pleine échelle contre ±0,05 % en mode normal à 1,5 Hz. Le conditionneur de thermocouple SG-3011H a un temps de réponse sélectionnable par commutateur, de 0,5 ms ou 100 ms.

Quels modules ICP DAS conviennent

Entrées thermocouple

• M-7018-G (8 voies) et M-7018-16-G (16 voies) : modules RS-485 avec Modbus RTU et DCON, entrées différentielles pour les types J, K, T, E, R, S, B, N et C, plus des plages de tension et de courant. Le M-7018R-G ajoute une protection contre les surtensions de 240 Vrms et la détection de thermocouple ouvert.
• M-7019R-G : entrée universelle à 8 voies pour thermocouples (y compris types L, M et L DIN43710), tension et courant, avec une plage individuelle par voie.
• ET-2218HS-16 : module Ethernet à 16 voies avec connecteurs thermocouple standard, 100 Hz par voie et CJC automatique.
• USB-4018HS et USB-4018HS-16 : 8 ou 16 voies en USB, alimentés par le bus, précision de ±0,5 °C et 100 Hz par voie.

Entrées RTD

• M-7015-G : module RS-485 à 6 voies pour Pt100, Pt1000, Ni120, Cu50, Cu100 et Cu1000 avec détection de fil ouvert ; le M-7015P-G ajoute l'élimination de la résistance des fils en 3 fils. Le M-7033-G dispose de 3 voies pour RTD 2, 3 ou 4 fils.
• ET-2215H et ET-2215H-16 : 8 ou 16 voies RTD haute vitesse sur Ethernet, 90 Hz par voie.
• ET-7015 et ET-7215 : modules RTD Ethernet à 7 voies conçus pour le câblage RTD sur longue distance.

Conditionneurs de signaux

Pour les cartes d'acquisition ou les automates dotés d'entrées en tension ou en courant, les SG-3011 (thermocouple) et SG-3013 (RTD) convertissent un capteur en sortie tension ou courant, avec une isolation trois voies de 1000 VDC.

Envoyez vos types de capteurs, plages de température, nombre de voies et fréquence d'échantillonnage requise à notre équipe commerciale technique, et nous vous proposerons les modules adaptés.