Capteurs RTD de la série M

Le M308 est à envisager lorsque le capteur doit s’insérer dans une sonde ou un tube dont le diamètre intérieur est inférieur à 1 mm. Conçu pour les espaces de montage restreints, il possède des fils de raccordement de 7 mm, contre 10 mm pour les autres principales variantes. À titre de comparaison, le diamètre minimal de logement est d’environ 1,6 mm pour le M310, 1,8 mm pour le M213 et 2,6 mm pour le M222. Le M308 convient donc aux dispositifs portables, aux équipements médicaux compacts, à la surveillance des batteries et aux petits ensembles thermiques. Il reste toutefois nécessaire de vérifier les jeux mécaniques, l’isolation et l’effet de l’encapsulation sur le temps de réponse dans la conception finale de la sonde.

Le choix de la classe de tolérance doit tenir compte à la fois de la précision requise et de l’ensemble de la plage de fonctionnement continu. La classe F 0.1 s’applique de 0 °C à +150 °C, la classe F 0.15 de -50 °C à +300 °C et la classe F 0.3 de -70 °C à +500 °C. Une classe plus précise ne peut pas être étendue automatiquement à la plage de température plus large de la classe F 0.3. Les variantes de classe F 0.3 peuvent également être utilisées temporairement jusqu’à +550 °C, mais cette température ne fait pas partie de leur plage de classe en fonctionnement continu. Les ingénieurs doivent donc définir la classe en fonction de chaque point de mesure critique, plutôt que de la choisir uniquement d’après la température nominale du système.

La Pt100 convient à l’instrumentation industrielle courante et aux interfaces conçues pour un capteur de 100 Ω à 0 °C. La Pt1000 offre une variation de résistance plus importante par degré et peut réduire l’influence relative de la résistance des fils de raccordement, un avantage pour l’électronique compacte et les circuits de mesure à faible courant. La Pt500 constitue une option intermédiaire, disponible dans la famille M222. Les plages de courant de mesure admissibles sont de 0,3 à 1 mA pour la Pt100, de 0,1 à 0,7 mA pour la Pt500 et de 0,1 à 0,3 mA pour la Pt1000. Le choix final doit tenir compte de la plage de l’étage d’entrée analogique, de la configuration du câblage, de la résistance des câbles, du bruit électrique et de l’erreur admissible due à l’auto-échauffement.

Pour maîtriser l’auto-échauffement, il faut limiter la puissance électrique dissipée dans la RTD et assurer un couplage thermique adéquat avec le milieu mesuré. Les courants de mesure spécifiés doivent être considérés comme des limites de fonctionnement, et non comme des valeurs à adopter systématiquement lors de la conception, notamment dans l’air immobile ou avec des matériaux d’encapsulation peu conducteurs de chaleur. À 0 °C, une Pt1000 alimentée sous 0,3 mA dissipe environ 0,09 mW. Pour des coefficients d’auto-échauffement de 0,2 à 0,6 K/mW, cela correspond à une élévation de température estimée entre 0,018 et 0,054 K. Un courant plus faible ou une excitation pulsée peut réduire cette contribution si le circuit d’entrée offre une résolution suffisante. La validation doit être réalisée après l’installation de l’élément, car l’assemblage final modifie les conditions de transfert thermique.

Les principaux éléments de la gamme M Series utilisent des fils de raccordement en nickel revêtus de platine, adaptés au soudage, au sertissage et au brasage. Le procédé d’assemblage doit être choisi en fonction du matériau de la sonde, du cycle thermique, de la résistance électrique et des exigences de volume de production. Le soudage permet de réaliser une liaison métallique compacte, tandis que le sertissage évite de soumettre la zone de l’élément au cycle thermique du brasage. Le brasage peut convenir aux sondes nécessitant une liaison métallurgique, mais exige un apport de chaleur maîtrisé et des matériaux adaptés au procédé. Dans tous les cas, le corps du capteur et la sortie des fils doivent être protégés contre les sollicitations mécaniques. La liaison réalisée doit être contrôlée pour vérifier sa résistance de contact, sa résistance à la traction et ses performances d’isolement.

Le temps de réponse dépend fortement du modèle choisi, du milieu d’essai, de la vitesse d’écoulement et du montage final. Le M308 atteint t0.5 en 0,03 seconde et t0.9 en 0,09 seconde dans de l’eau circulant à 0,3 m/s. Dans l’air à 3 m/s, les valeurs correspondantes sont de 1,4 et 3,5 secondes. Dans de l’eau circulant à 0,4 m/s, les temps spécifiés sont de 0,04 et 0,12 seconde pour le M310, de 0,05 et 0,15 seconde pour le M222, et de 0,06 et 0,18 seconde pour le M416. La réponse est plus lente dans l’air, car le transfert thermique par convection est plus faible. Les parois de la sonde, les résines d’enrobage, les gaines et la résistance thermique de contact augmentent généralement le temps de réponse de l’assemblage final.

Les éléments sont spécifiés pour résister à des vibrations d’au moins 40 g de 10 à 2 000 Hz et à des chocs d’au moins 100 g avec une impulsion demi-sinusoïdale de 8 ms. Ces deux caractéristiques dépendent toutefois des conditions de montage. Ces valeurs ne dispensent pas de prévoir une reprise des efforts mécaniques, un maintien des fils de raccordement et une encapsulation maîtrisée autour du corps du capteur. Les principales variantes éprouvées présentent une dérive typique de R₀ de 0,04 % après 1 000 heures à +500 °C, soit l’équivalent d’environ 0,10 °C au voisinage de 0 °C pour une caractéristique du platine de 3 850 ppm/K. Les cycles thermiques répétés et les contraintes d’assemblage peuvent entraîner des erreurs supplémentaires. Les essais de qualification doivent donc reproduire la construction réelle de la sonde, son orientation de montage et le spectre vibratoire prévu.

Il ne faut pas considérer d’emblée que les éléments standard du catalogue disposent d’une qualification automobile complète ou d’un dossier complet de soumission pour approbation. La caractéristique du platine, la résistance aux vibrations et la plage de température de fonctionnement peuvent convenir aux applications de mesure automobile. Toutefois, les exigences du projet peuvent aussi inclure des déclarations IMDS, une documentation PPAP, des contrôles de traçabilité et une validation propre à l’application. Il faut confirmer ces exigences pour la référence de commande retenue avant de l’intégrer à la conception. Le procédé d’assemblage prévu, le matériau d’encapsulation, le profil des cycles thermiques et les mesures de maîtrise des modes de défaillance doivent également être examinés au niveau de l’assemblage. Une vérification en amont évite de sélectionner une RTD adaptée sur le plan électrique, mais incapable de répondre aux exigences documentaires du programme ou au processus d’approbation de la production.