Sonde à thermistance NTC

La sensibilité à la température d'un capteur NTC est exprimée en "variation de pourcentage par degré °C". Selon les matériaux utilisés et les spécificités du processus de production, les valeurs typiques des sensibilités à la température vont de -3% à -6% par ° C.

Alors que la plupart des sondes de mesure à thermistances NTC sont généralement adaptées à une utilisation dans une plage de température comprise entre -55 ° C et 200 ° C, lorsqu'elles donnent leurs lectures les plus précises, il existe des familles spéciales de sonde CTN pouvant être utilisées à des températures proches du zéro absolu (-273,15 ° C) ainsi que ceux spécialement conçus pour une utilisation au-dessus de 150 ° C.

Comme on peut le voir sur la figure, les thermistances NTC ont une pente de résistance-température beaucoup plus forte que les appareils de mesure RTD en alliage de platine, ce qui se traduit par une meilleure sensibilité pour la détection de température.

Malgré tout, les capteurs RTD (THERMOMÈTRES À RÉSISTANCE PLATINE type Pt100) restent les capteurs les plus précis avec une précision de ± 0,5% de la température mesurée et ils sont utiles dans la plage de température comprise entre -200 ° C et 800 ° C, une plage beaucoup plus large que celle des capteurs de température NTC.

Par rapport aux RTD, les NTC ont une taille plus petite, une réponse plus rapide, une plus grande résistance aux chocs et aux vibrations à moindre coût. 
Cela dit, ce type de sonde offre un contrôle des température légèrement moins précis que les RTD. 

Par rapport à la sonde thermocouples, la précision de la mesure de la température est similaire. Cependant, les thermocouples peuvent résister à des températures très élevées (jusqu'à plus de 1000 ° C) et sont utilisés dans de telles applications au lieu des thermistances NTC - CTN, où ils sont parfois appelés pyromètres.

Malgré cela, les thermistances NTC offrent une sensibilité, une stabilité et une précision supérieures à celles des thermocouples à des températures plus basses. En outre, les appareils de mesure à thermistance NTC sont utilisées avec moins de circuits supplémentaires et donc à un coût total inférieur.
Le coût est en outre réduit par le manque de besoin de circuits de conditionnement de signal (amplificateurs, convertisseurs de niveau, etc.) souvent nécessaires pour les RTD et toujours nécessaires pour les thermocouples.

Risque d'auto-échauffement

L'effet d'auto-échauffement est un phénomène qui se produit chaque fois qu'un courant circule dans la sonde de mesure à thermistance NTC. Comme la thermistance est essentiellement une résistance, elle dissipe l'énergie sous forme de chaleur lorsqu'il y a un courant qui la traverse.

Cette chaleur est générée dans le centre de la thermistance et affecte la précision des mesures. La mesure dans laquelle cela se produit dépend de la quantité de courant qui circule, de l’environnement (qu’il s’agisse d’un liquide ou d’un gaz, qu’il y ait un flux sur le capteur NTC, etc.), du coefficient de température de la thermistance et de l'état de la thermistance.

Le fait que la résistance du capteur NTC et donc le courant qui le traverse dépend de l'environnement est souvent utilisé dans les détecteurs de présence de liquides tels que ceux que l'on trouve dans les réservoirs de stockage.

Capacité thermique

La capacité thermique représente la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température de la thermistance de 1 ° C et est généralement exprimée en mJ / ° C. Connaître la capacité thermique précise est d'une grande importance lors de l'utilisation d'un capteur à thermistance NTC comme dispositif limiteur de courant d'appel, car il définit la vitesse de réponse du capteur de température NTC.

Sélection et calcul de la courbe

Le processus de sélection rigoureux doit tenir compte de la constante de dissipation de la thermistance, de la constante de temps thermique, de la valeur de résistance, de la courbe résistance-température et des tolérances, pour mentionner les facteurs les plus importants.

Puisque la relation entre la résistance et la température (la courbe RT) est hautement non linéaire, certaines approximations doivent être utilisées dans des conceptions de systèmes pratiques.

Approximation de premier ordre : Lorsque k est le coefficient de température négatif, ΔT est la différence de température et ΔR est le changement de résistance résultant du changement de température. Cette approximation de premier ordre n'est valable que pour une plage de température très étroite et ne peut être utilisée que pour des températures où k est presque constant sur toute la plage de température.

Formule bêta : Une autre équation donne des résultats satisfaisants, avec une précision de ± 1 ° C sur la plage de 0 ° C à + 100 ° C. Il dépend d'une constante de matériau unique β pouvant être obtenue par des mesures de température. L'équation peut être écrite comme suit :

Où R (T) est la résistance à la température T en Kelvin, R (T 0 ) est un point de référence à la température T 0 . La formule bêta nécessite un étalonnage à deux points, qui n'est généralement pas plus précis que ± 5 ° C sur toute la plage utile de la thermistance CTN.

Équation de Steinhart-Hart : La meilleure approximation connue à ce jour est la formule de Steinhart-Hart, publiée en 1968. Où ln R est le logarithme naturel de la résistance à la température T en Kelvin, et A, B et C sont des coefficients dérivés de mesures expérimentales. 

Ces coefficients sont généralement publiés par les fournisseurs de thermistances dans la fiche technique. La formule de Steinhart-Hart est généralement précise à environ ± 0,15 ° C sur la plage de -50 ° C à + 150 ° C, ce qui est suffisant pour la plupart des applications. 

Si une précision supérieure est requise, la plage de température doit être réduite et une précision meilleure que ± 0,01 ° C sur la plage de 0 ° C à + 100 ° C est possible.

Le choix de la formule utilisée pour calculer la température à partir de la mesure de la résistance doit être basé sur la puissance de calcul disponible, ainsi que sur les exigences de tolérance réelles.

Dans certaines applications, une approximation de premier ordre est plus que suffisante, alors que dans d'autres, même l'équation de Steinhart-Hart ne satisfait pas aux exigences.

Dans ce cas, la sonde de température à thermistance NTC doit être calibrée point par point, effectuant un grand nombre de mesures et créant une table de correspondance. 

Thermistances encapsulées époxy

Ces sondes à thermistances NTC sont fabriquées à partir d'oxydes de métaux (manganèse, cobalt, cuivre et nickel) frittés dans le corps en céramique. 

Ils offrent généralement des temps de réponse rapides, une meilleure stabilité et permettent un fonctionnement à des températures plus élevées que les capteurs Disk and Chip NTC, mais ils sont plus fragiles.

Il est courant de les sceller dans du verre, de les protéger contre les dommages mécaniques lors du montage et d'améliorer leur stabilité de mesure. Les tailles typiques vont de 0,075 à 5 mm de diamètre.

Thermistances à disque et à puce

Ces appareils de mesure à thermistances NTC ont des contacts de surface métallisés. Ils sont plus gros et ont des temps de réaction plus lents que les résistances NTC de type à billes.

Cependant, en raison de leur taille, ils ont une constante de dissipation plus élevée (puissance nécessaire pour élever leur température de 1 ° C) et, étant donné que la puissance dissipée par la thermistance est proportionnelle au carré du courant, ils supportent des courants supérieurs type thermistances.

Les thermistances à disque sont fabriquées en pressant un mélange de poudres d'oxyde dans une matrice ronde, qui est ensuite frittée à haute température. Les copeaux sont généralement fabriqués par un procédé de moulage par ruban où une boue de matériau est étalée sous forme de film épais, séchée et découpée. Les tailles typiques vont de 0,25 à 25 mm de diamètre.

Thermistances NTC encapsulées dans du verre