Sonde de température à thermistance NTC

Une sonde de température à thermistance NTC mesure la température par un élément semi-conducteur dont la résistance diminue quand il s’échauffe. Ce comportement est l’inverse de celui des éléments au platine des sondes à résistance de procédé, et c’est pourquoi cette famille se spécifie par sa propre paire de chiffres plutôt que par une désignation Pt : la résistance à une température de référence, et la constante B qui décrit la vitesse à laquelle la résistance varie sur toute la plage.

La version présentée ici est la variante 10K, avec 10 kΩ nominaux à 25 °C et une valeur B25/50 de 3950 K, tous deux tenus à ±1 %. L’élément de mesure est logé dans une sonde en acier inoxydable 304 de 5×25 mm, reliée par des fils terminés en cosses à fiche XH-2P, si bien que la sonde se branche directement sur une carte de commande ou un module d’acquisition plutôt que de se raccorder à un bornier.

La résistance à 25 °C et la constante B étant toutes deux tolérancées, les deux chiffres dont une carte a besoin pour linéariser le signal sont spécifiés et non nominaux. C’est là la différence pratique entre une sonde qui suit un point de consigne dans un appareil à régulation thermique et une sonde qui se contente de commuter à son voisinage.

Comment fonctionne une sonde à thermistance NTC

Une thermistance est un semi-conducteur dont la concentration de porteurs de charge varie avec la température, et pour un élément à coefficient de température négatif la résistance baisse quand l’élément s’échauffe. La variation est raide comparée à celle d’un élément métallique, et c’est de là que viennent ses avantages et ses limites. Sur une plage étroite autour de la température ambiante, une thermistance produit une grande variation de résistance pour une faible variation de température, si bien qu’un circuit simple peut résoudre un échelon fin. Sur une plage large, la même courbe est fortement non linéaire, et la lecture doit alors être linéarisée pour l’élément considéré, ce que décrit précisément le couple R25 et B.

C’est pourquoi deux sondes portant la même résistance nominale ne sont pas interchangeables. Deux éléments de 10 kΩ à constantes B différentes ne suivent pas la même courbe, et une carte linéarisée pour l’un de ces éléments donnera avec l’autre une lecture décalée sur toute la plage, alors même que les deux s’accordent à 25 °C. La documentation fournie ici n’indique la valeur B que pour la version 10K et laisse les autres valeurs de résistance sans valeur B, si bien que ces options ne peuvent pas être traitées comme le même appareil avec une résistance de référence différente.

Le corps de la sonde et la façon dont elle rencontre le milieu déterminent la température réellement perçue par l’élément. Une gaine en acier inoxydable apporte à l’élément une protection mécanique et un chemin thermique défini, et la constante de temps thermique de 3 s mesurée en eau agitée est une propriété de cet ensemble plutôt que du seul semi-conducteur : le diamètre de la gaine, l’épaisseur de sa paroi et la fermeté avec laquelle l’élément y est logé comptent plus que le type d’élément. La même sonde dans l’air calme est un appareil plus lent, et la documentation le dit elle-même en mesurant la constante dans une eau agitée.

L’auto-échauffement est le second effet à garder en vue. La constante de dissipation de 3,6 mW/°C est la puissance qui élève le corps de mesure de 1 °C dans l’air calme, et les 256 mW de puissance maximale sont une limite de destruction plutôt qu’une valeur de travail. Entre les deux se place la décision de conception : assez de courant d’excitation pour résoudre la température, mais pas assez pour que l’élément s’échauffe lui-même. Dans l’air calme, où la chaleur s’échappe lentement, ce plafond est bien plus bas que dans un liquide.

Comment choisir la bonne sonde NTC

Partez de ce que la lecture doit piloter. Un thermostat, une coupure de protection et un afficheur de température n’imposent pas les mêmes exigences à la même sonde, et les deux chiffres qui déterminent si une carte peut l’utiliser sont la résistance à 25 °C et la constante B. Là où une carte est déjà construite pour un couple donné, changer la valeur de résistance ou la valeur B change la température affichée, si bien que la sonde doit être appariée à l’entrée plutôt qu’achetée à la même valeur nominale.

Puis la plage de température. Les deux plages indiquées dans la documentation fournie ne concordent pas, et la documentation elle-même signale l’écart, si bien qu’une application chaude doit être étudiée sur la base du chiffre le plus bas jusqu’à confirmation. Une sonde choisie près du haut d’une plage ne laisse aucune marge pour la tolérance de l’élément ni pour l’écart entre la température du milieu et la température vue par l’élément.

Puis le montage mécanique. La sonde standard mesure 5×25 mm et la documentation propose d’autres dimensions sur commande, mais la dimension de la sonde n’est pas seulement une question d’encombrement : une gaine plus grosse répond plus lentement, et une plus petite atteint des endroits qu’une plus grosse ne peut pas atteindre. Là où la sonde est pressée contre une surface plutôt qu’immergée, la surface de contact et l’effort de serrage décident du relevé autant que l’élément lui-même.

Enfin la connexion. La cosse à fiche XH-2P convient à une carte portant un connecteur assorti. Là où le trajet est long ou le milieu humide, la longueur des fils et leur isolation doivent être arrêtées, et aucune des deux n’est indiquée dans la documentation fournie.

Limites et points à confirmer

La famille de l’élément est la première limite. C’est une thermistance, et non une sonde à résistance au platine, si bien qu’on ne peut pas la brancher sur une entrée PT100 à la place d’une sonde à résistance, et qu’elle ne convient pas là où une température documentée et traçable est exigée, faute de table résistance-température et de bulletin d’étalonnage. Là où le procédé a besoin d’une température rattachable à un étalon, c’est la famille au platine qu’il faut employer, et cette sonde n’en est pas l’équivalent.

La seconde est que la documentation fournie ne donne aucune table résistance-température. Le couple R25 et B décrit la courbe, mais une carte de commande se linéarise le plus souvent contre une table plutôt que contre deux chiffres, et plusieurs des essais de fiabilité sont exprimés comme une dérive admissible de la résistance, ce qui ne peut être converti en erreur de température qu’une fois cette table disponible.

Troisième point, la documentation ne mentionne ni indice de protection, ni longueur de fil, ni tenue en température des fils, ni certification. Ces données sont publiées ici comme Information requise plutôt qu’estimées. Les valeurs de rigidité diélectrique et de résistance d’isolement ont été mesurées dans l’eau, ce qui concerne l’isolation électrique de l’ensemble de fils, mais elles ne disent pas combien de temps la sonde peut rester immergée ni dans quels milieux.

Enfin l’identification reste ouverte. Le produit ne porte pas de désignation dans la documentation fournie, si bien que, lorsqu’une commande est passée, la valeur de résistance, la valeur B, les dimensions de la sonde, la longueur des fils et la forme des cosses doivent tous être énoncés plutôt que cités sous un code.