Capteurs RTD cryogéniques série C

Choisissez le C220 pour une mesure cryogénique compacte en Pt100 jusqu’à +150 °C, le C420 pour une mesure Pt1000 sur la même plage de température, et le C416 lorsque l’application doit aller jusqu’à +500 °C. Les versions Pt100 conviennent aux interfaces conçues autour de 100 Ω à 0 °C, tandis que l’élément Pt1000 du C420 offre une résistance nominale dix fois plus élevée et réduit l’influence relative de la résistance des fils externes. Le C220 présente le boîtier le plus court, tandis que le C416 offre un format plus étroit et plus fin. Le procédé de connexion différencie également les variantes : le C220 est prévu pour le brasage, le C420 pour le brasage tendre et le C416 pour l’un ou l’autre procédé. La sélection doit d’abord se faire en fonction de la température maximale et de la résistance nominale, puis de l’espace d’installation disponible, de la longueur des fils et de la méthode d’assemblage.

Utilisez le courant de mesure le plus faible possible tout en garantissant une qualité de signal suffisante et une bonne immunité au bruit dans le circuit visé. Les C220 et C416 acceptent de 0,3 à 1 mA et présentent une valeur d’auto-échauffement de 0,4 K/mW à 0 °C, tandis que le C420 accepte de 0,1 à 0,3 mA avec une valeur de 0,3 K/mW. À 0 °C, un élément Pt100 alimenté à 1 mA dissipe environ 0,1 mW, ce qui correspond à une élévation estimée de 0,04 K dans la condition de référence indiquée. Un élément Pt1000 à 0,3 mA dissipe environ 0,09 mW, soit une élévation estimée de 0,027 K. L’erreur réelle dépend du milieu, du mode de montage, du boîtier et du couplage thermique ; la sonde assemblée doit donc être testée avec le courant d’excitation prévu.

Les valeurs de réponse décrivent les éléments sensibles dans des conditions définies de vitesse du fluide et doivent être considérées comme une base de référence, non comme une caractérisation complète de la sonde. Dans de l’eau s’écoulant à 0,4 m/s, t0.5 varie de 0,06 à 0,08 seconde et t0.9 de 0,20 à 0,25 seconde pour les trois variantes. Dans de l’air se déplaçant à 2 m/s, t0.5 varie de 3 à 3,5 secondes, tandis que t0.9 varie de 13 à 15 secondes. Une gaine de protection, un adhésif, un composé d’enrobage ou un mauvais contact de surface ajoutent de la masse thermique et de la résistance thermique, ce qui augmente généralement le temps de réponse final. Les ingénieurs doivent donc comparer les caractéristiques des éléments lors de la sélection, puis vérifier l’ensemble complet dans des conditions représentatives d’écoulement et de montage.

Le procédé d’assemblage doit correspondre au capteur sélectionné : le C220 utilise le brasage fort, le C420 le brasage tendre, et le C416 est compatible avec les deux méthodes. Bien que le C220 soit prévu pour le brasage fort, le corps du capteur ne doit pas être exposé à une température supérieure à +150 °C ; la dissipation thermique, la distance par rapport au joint et la durée du procédé doivent donc être étroitement maîtrisées. La même limite de +150 °C en stockage, en assemblage et en fonctionnement s’applique au C420. Le C416 autorise un fonctionnement de l’élément jusqu’à +500 °C, mais l’alliage de brasage, le câble de connexion, l’isolation et l’encapsulation peuvent imposer une limite pratique d’assemblage plus basse. La résistance à la traction des fils est donnée pour ≥8 N sur les C220 et C420 et pour ≥5 N sur le C416, mais le joint et la sonde finie doivent néanmoins faire l’objet d’une qualification mécanique distincte.

Au niveau de l’élément, chaque variante est donnée pour une accélération d’au moins 40 g entre 10 et 2 000 Hz et pour un choc d’au moins 100 g avec une impulsion demi-sinusoïdale de 8 ms. Ces deux valeurs dépendent des conditions d’installation et ne s’appliquent donc pas automatiquement à une sonde finie, à un assemblage de câbles ou à un instrument. Des fils non maintenus peuvent amplifier les mouvements et transmettre des contraintes au corps céramique ou aux liaisons électriques, en particulier en cas de vibrations répétées. Un bon soulagement de traction, un enrobage maîtrisé, un cheminement approprié des fils et l’évitement des incompatibilités rigides de dilatation thermique peuvent aider à préserver les performances mécaniques de l’élément. L’assemblage final doit être qualifié dans sa configuration réelle, avec son orientation de montage, les matériaux du boîtier, la masse du câble et le spectre vibratoire attendu.

Les trois capteurs RTD cryogéniques de la série C utilisent la caractéristique DIN EN IEC 60751, un coefficient de température de 3850 ppm/K et une tolérance de classe F 0.3 (B) sur toute leur plage déclarée. La classe F 0.3 (B) ne correspond pas à une tolérance fixe de ±0,3 °C sur l’ensemble de la plage ; la bande de tolérance normalisée applicable doit donc être évaluée à chaque température de mesure. La dérive typique de R(0 °C) est de 0,03 % après 1 000 heures à la limite supérieure de température, soit 0,03 Ω pour un Pt100 ou 0,3 Ω pour un Pt1000. Près de 0 °C, dans les deux cas, cette variation de résistance correspond à environ 0,078 °C, mais il s’agit d’une valeur de stabilité typique et non d’une erreur totale garantie. Le calcul complet de l’incertitude doit également tenir compte de la précision de lecture, de la compensation des fils, de l’auto-échauffement, de l’étalonnage et des décalages thermiques induits par l’installation.

La résistance nominale est référencée à un point défini sur les fils : à 8 mm du corps du capteur pour les C220 et C416, et à 13 mm pour le C420. Toute extension de câblage au-delà de ce point ajoute une résistance supplémentaire, sauf si elle est compensée par l’architecture de mesure ou la méthode d’étalonnage. Une même résistance externe des fils génère une erreur relative plus importante avec un élément Pt100 qu’avec le Pt1000 du C420. Pour des longueurs de câble plus importantes, un montage trois fils ou quatre fils peut être envisagé si l’électronique de mesure le prend en charge, avec des connexions à faible résistance et thermiquement stables sur l’ensemble du trajet du signal. Les enregistrements d’étalonnage doivent identifier la configuration complète du câblage, au lieu de considérer la résistance de l’élément nu comme indépendante de ses fils.

Les capteurs sont conformes RoHS et utilisent la caractéristique platine RTD DIN EN IEC 60751, mais ces éléments ne suffisent pas à qualifier l’ensemble fini pour une application réglementée ou critique pour la sécurité. Les C420 et C416 sont fournis avec un avertissement California Proposition 65 relatif à une exposition potentielle à l’oxyde de plomb et à l’oxyde de cobalt ; les obligations de manipulation et d’étiquetage produit doivent donc être examinées pour le marché américain visé. Les pièces catalogue standard sont explicitement déconseillées pour les applications aérospatiales ou les vols spatiaux habités, même si la plage de température du C416 peut convenir à des conditions thermiques liées à l’aérospatial. Les conceptions destinées aux secteurs médical, pharmaceutique, du transport et aux applications liées à la sécurité nécessitent donc une revue indépendante des matériaux, une évaluation des risques et une qualification du système final.