- Thermomètre à résistance de platine
-
Le thermomètre à résistance de platine est un dispositif permettant de mesurer la température. Il est basé sur le fait que la résistance électrique du platine varie selon la température. Le thermomètre à résistance de platine fut développé en 1888.
Sommaire
Fonction de transfert
Si R0 est la résistance d'une pièce de platine à 0 °C, alors à la température θ (en degrés Celsius), un modèle linéaire de la résistance de cette pièce donne[1] :
- Rθ = R0 · (1 + αθ)
- avec α = 3,85·10-3 °C-1 (Pour la norme DIN 43760)
Il existe également des modèles plus précis, comme ce modèle d'ordre 3[2] :
Rθ = R0(1 + αθ + βθ2 + γ(θ − 100)θ3)
Avec
,
,
pour θ < 0°C, et 0 si θ > 0°C.
Modèles courants
Le type le plus courant, appelé Pt100, a une résistance de 100 ohms à 0 °C[2] et 138,5 ohms à 100 °C[2]. Pour des caractérisations métrologiques, la Pt100 ne suffit plus. La sonde à résistance de platine (ou encore thermomètre à résistance de platine TRP) définie comme instrument d'interpolation par l'EIT-90 (Échelle Internationale de Température 1990) est la plus élaborée et permet des mesures de température de très haute exactitude[3]. L'utilisation de cette sonde s'accompagne de polynômes d'interpolation correspondants à la gamme de températures explorées afin d'établir la relation entre la résistance du platine et la température. Cette sonde a une résistance de 25 ohms au point triple de l'eau et une résistance de l'ordre de 41 ohms au point fixe de l'Indium (156,5985 °C).
Cette sonde, dans sa configuration "longue tige", se présente comme une longue tige cylindrique creuse d'environ 50 cm gainée en quartz, et terminée par une calotte hémisphérique à son extrémité. Un élément sensible de 4 cm, conformé en double bobinage de platine très pur constitue le capteur. Le thermomètre constitue une enceinte étanche, contenant une pression partielle d'oxygène, évitant ainsi de former de l'oxyde de platine susceptible de perturber la réponse de l'instrument. Un tel instrument permet, en montage 4 fils et relié à un pont de résistances de haute exactitude, de détecter des variations de températures de l'ordre de quelques dizaines de µK, en le mettant en œuvre dans des cellules points fixes de qualité métrologiques. On ne trouve actuellement que peu de fabricants de TRP 25 ohms : Tinsley, Rosemount, Hart Scientific et Chino en sont des exemples. La sensibilité d'une sonde Pt25 de haut niveau métrologique est typiquement de l'ordre de 0,1 K/°C.
Cependant, ce modèle de sonde TRP 25 ohms "longue tige" utilisé lors de mises en œuvre de points fixes (en particulier, au-dessus de 0 °C, consulter les textes de l'EIT-90 pour plus de précisions) se présente comme une tige en quartz (diamètre de 7 mm pour une longueur de 50 cm environ). Lors de sa mise en œuvre, la sonde de platine 25 ohms (Pt25) constitue cependant un véritable puits thermique et comme le capteur ne voit que sa propre température, il intègre également les pertes qu'il engendre. La Pt25 reliée par un montage en 4 fils à un pont comparateur de résistances conserve un degré d'exactitude largement supérieur aux sondes Pt100, décrites ci-dessus, en ce qui concerne les mesures de température de très hautes exactitudes.
Confusion possible
Il ne faut pas confondre ce dispositif avec le thermocouple platine/platine rhodié, qui est un autre dispositif de mesure de température en platine, mais utilisant un autre phénomène physique.
Ce capteur, employé et défini comme instrument d'interpolation par les précédentes versions de l'EIT de 1927 à 1976 a d'ailleurs été totalement abandonné par l'EIT-90. Jusqu'à 1976, il constituait l'instrument d'interpolation à partir du point d'aluminium (660,323 °C) jusqu'au point d'argent (environ 962 °C). Il est à présent remplacé par le TRP "longue tige", Pt25, dans ce domaine de l'Échelle.
Technologie
En injectant un courant constant et continu, il suffit alors de mesurer la tension, qui, étant proportionnelle à la résistance donne une image de la température mesurée. Toutefois, et en vertu de l'effet Joule, l'injection d'un courant de mesure dans l'élément sensible de platine conduit au phénomène d'auto-échauffement de celui-ci. Cette élévation de la température, inhérente au passage du courant dans le capteur, conduit à une erreur systématique sur la mesure. Pour corriger cette erreur, il s'agit lors d'un étalonnage au point-fixe, de relever la valeur de la résistance électrique de l'élément sensible pour un courant (normal) de 1 mA, puis à 1,414 mA. De ces deux points de mesure une extrapolation de la résistance électrique du platine à courant nul, synonyme d'une mesure idéale sans auto-échauffement, peut être déterminée.
Attention! Pour une Pt25, le moindre choc thermique, ou mécanique, peut engendrer une dérive importante de l'instrument. Une attention toute particulière de l'expérimentateur est donc absolument requise.
Références
- Mesure de température à l'aide d'une sonde RTD ou d’une thermistance
- Pt100, Thermométrie par résistance platine.
- (en) Informations supplémentaires pour les réalisations de l'EIT-90", édité par le BIPM, Pavillon de Sèvre en 1990.
Voir aussi
Articles annexes
Liens externes
Portail de la physique
Portail du froid et de la climatisation
Wikimedia Foundation. 2010.
