Fonctionnement du calculateur d’erreur de mesure de température
Une mesure de température dans un système de contrôle traverse une chaîne : le capteur, son raccordement, un transmetteur qui la convertit en 4–20 mA et l’entrée qui lit le courant. Chaque maillon a sa propre erreur, et les fiches techniques les donnent séparément. Le calculateur les ramène à une même échelle, des kelvins au procédé, et les combine.
Les termes sont :
- Tolérance du capteur. La classe de l’élément : AA, A, B ou C pour les thermomètres à résistance de platine selon l’IEC 60751, classe 1, 2 ou 3 pour les thermocouples selon l’IEC 60584-1. C’est la limite pour un capteur non étalonné à la température de procédé.
- Raccordement. Pour une sonde à résistance, l’erreur ajoutée par la résistance des fils en 2, 3 ou 4 fils. Pour un thermocouple, l’erreur de la compensation de soudure froide.
- Entrée du transmetteur. La précision numérique de la fiche technique, en kelvins.
- Sortie analogique. La précision de la conversion numérique-analogique, en pourcentage de l’étendue étalonnée.
- Effet ambiant. La variation de la mesure avec la température du transmetteur lui-même, en pourcentage de l’étendue par 10 K, multipliée par la variation depuis l’étalonnage.
- Autres erreurs. Tout le reste, comme la carte d’entrée de l’automate ou une incertitude d’étalonnage.
L’erreur probable totale est la racine de la somme des carrés de tous les termes ; le pire cas les additionne.
Un exemple chiffré
Une PT100 de classe A à 100 °C, en 3 fils sur 10 m de câble de 0,5 mm² avec un écart de 5 % entre fils. Le transmetteur est réglé de 0 à 200 °C, avec une précision d’entrée de ±0,1 K, une précision de sortie de ±0,03 % de l’étendue et un effet de la température de ±0,1 % de l’étendue par 10 K, dans une armoire 20 K plus chaude qu’à l’étalonnage.
| Terme | Erreur |
|---|---|
| Capteur, classe A à 100 °C | ±0,35 K |
| Fils de liaison, 3 fils | ±0,045 K |
| Entrée du transmetteur | ±0,1 K |
| Sortie analogique, 0,03 % de 200 K | ±0,06 K |
| Effet ambiant, 0,1 % × 200 K × 20/10 | ±0,4 K |
| Erreur probable totale | ±0,55 K |
| Pire cas | ±0,96 K |
Avec le même capteur en 2 fils, le terme des fils devient 1,81 K et l’erreur probable totale 1,89 K. Le calculateur d’erreur de liaison RTD détaille ce terme.
Ce qui domine en général
L’exemple montre un schéma fréquent : l’effet ambiant du transmetteur est aussi grand que la classe du capteur. Il s’exprime en pourcentage de l’étendue et grandit donc avec une échelle large. Une échelle de 0 à 200 °C là où 0 à 150 °C suffirait, ou un transmetteur dans un boîtier de terrain exposé au soleil, coûte plus qu’un meilleur capteur ne fait gagner. Réduire l’étendue, ou choisir un transmetteur à plus faible coefficient de température, est souvent l’amélioration la moins chère.
Le second schéma concerne les sondes à résistance en 2 fils. La résistance des fils s’ajoute directement à la mesure et, au-delà de quelques mètres de câble, elle l’emporte sur tout le reste.
Thermocouples : la soudure froide
Un thermocouple mesure la différence entre la soudure chaude et les bornes. L’instrument mesure la température des bornes et rajoute la f.é.m. correspondante. Une erreur ΔT sur cette mesure décale la f.é.m. du coefficient de Seebeck aux bornes multiplié par ΔT ; l’instrument la lit comme une erreur de température au procédé, multipliée par le rapport des coefficients de Seebeck aux deux températures. Pour le type K, ce rapport est proche de 1 : 0,95 entre 25 et 500 °C. Pour le type S à 1000 °C, il vaut 0,52, et pour le type B près de la température ambiante il est presque nul. Le calculateur de thermocouple donne les coefficients de chaque type.
Ce que le calcul ne prend pas en compte
- Installation. Profondeur d’immersion, conduction le long de la gaine, temps de réponse et rayonnement sont souvent plus grands que tous les termes ci-dessus, et aucune fiche technique ne les donne.
- Dérive. Capteurs et transmetteurs dérivent avec le temps et la température ; la classe de tolérance décrit un capteur neuf.
- Statistique. Les valeurs des fiches techniques sont en général des limites, pas des écarts types ; l’erreur probable totale est une estimation d’ingénieur, pas un niveau de confiance.
Questions fréquentes
Faut-il utiliser l’erreur probable totale ou le pire cas ?
L’erreur probable totale pour juger si une conception est raisonnable, le pire cas lorsqu’une erreur au-delà de l’exigence est inacceptable, par exemple pour une limite de sécurité ou une température de libération qui doit être prouvée.
Comment saisir un capteur étalonné ?
Un étalonnage remplace la tolérance de classe par l’incertitude d’étalonnage, souvent bien plus faible. Saisissez cette incertitude dans autres erreurs et choisissez la classe sous laquelle le capteur a été acheté ; le terme de classe surestime alors l’erreur, et le résultat reste du côté de la sécurité. Le calculateur PT100 convertit les points d’étalonnage d’ohms en température.
Mon transmetteur n’indique la précision qu’en pourcentage de l’étendue. Que saisir ?
Saisissez zéro pour la précision d’entrée et le pourcentage en précision de sortie. S’il indique « ±0,1 K ou 0,05 % de l’étendue, la plus grande des deux », saisissez la plus grande en précision d’entrée.