Sonde PT100

La sonde PT100 est le capteur de température de référence de l’instrumentation : sa résistance vaut exactement 100 ohms à 0 °C et croît de façon presque linéaire avec la chaleur, sans dérive notable dans le temps. Ce modèle se présente en version deux fils : une tige métallique cylindrique à bout arrondi, un câble souple d’un mètre et deux conducteurs dénudés prêts à raccorder. Il se lit avec un module convertisseur résistance-numérique, puis se programme comme n’importe quel capteur numérique.

Caractéristiques techniques

Pourquoi une PT100 ne se lit pas directement

Une PT100 ne délivre aucune tension : elle change de résistance. Il faut lui imposer un courant d’excitation faible (environ 1 mA, pour que l’échauffement dû à la mesure reste négligeable), puis mesurer la tension à ses bornes. Deux conséquences pratiques expliquent le recours à un module de lecture.

• Le signal est très petit. À 0,385 ohm par degré et sous 1 mA, un degré ne fait varier la tension que de 0,385 mV. L’entrée analogique 10 bits d’un Arduino Uno avance par pas de 4,9 mV, soit près de 13 degrés par pas : la mesure directe ne distingue rien d’exploitable.
• La résistance des fils s’ajoute à celle de la sonde. Un convertisseur dédié comme le MAX31865 alimente la sonde, amplifie la tension lue, la convertit sur 15 bits, corrige la résistance de ligne selon le nombre de fils et signale une sonde ouverte. C’est lui qui rend la mesure utilisable.

Le montage deux fils : le plus simple, avec sa réserve

C’est le raccordement le plus court : la sonde n’est pas polarisée, chaque conducteur va sur une borne du module et le sens n’a pas d’importance. La réserve tient à la longueur : la résistance du câble s’ajoute à celle de la sonde. Sur ce modèle à câble d’un mètre, le supplément reste de l’ordre de quelques dixièmes d’ohm, soit quelques dixièmes de degré — imperceptible pour surveiller une cuve, un four ou un chauffe-eau.

Sur plusieurs mètres, en revanche, l’erreur grandit proportionnellement à la longueur de fil. Pour une mesure à distance, mieux vaut une sonde trois ou quatre fils lue par le même module : les conducteurs supplémentaires permettent de soustraire la résistance de ligne au lieu de la subir.

Applications

• régulation d’un four, d’un fumoir ou d’un plateau chauffant ;
• suivi d’un chauffe-eau, d’un ballon solaire ou d’un circuit de chauffage ;
• fermentation et incubation, où quelques dixièmes de degré changent le résultat ;
• chambre froide, réfrigération, contrôle d’un groupe froid ;
• mesure lente et reproductible en laboratoire, sur un bain ou une étuve.

Mini-projet : lire la sonde sur le moniteur série

Le montage tient sur une plaque d’essai et se câble en huit fils. Le programme affiche d’abord la résistance mesurée puis la température convertie, et signale une sonde ouverte.

Matériel

• cette sonde PT100 deux fils ;
• un module MAX31865, réglé pour une sonde deux fils ;
• une carte Arduino Uno R3 et son câble USB ;
• quatre fils de liaison pour le bus SPI.

Câblage

• les deux fils de la sonde sur le bornier du module, un conducteur par borne ;
• les deux pavés triangulaires situés sous les borniers du module doivent être pontés pour un usage deux fils — un simple bout de fil glissé entre les deux bornes d’un même côté du bornier fait le même office. La carte sort configurée pour une sonde quatre fils, c’est la seule modification à faire ;
• VIN du module → 5V de la carte, GND → GND ;
• CLK → D13, SDO → D12, SDI → D11, CS → D10 : c’est le bus SPI matériel de l’Uno.

Les repères sont sérigraphiés sur le module : les relire avant de câbler, l’ordre physique des broches change d’un modèle à l’autre.

Programme

/* Lecture d'une sonde PT100 deux fils sur le moniteur serie
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */
#include "Adafruit_MAX31865.h"

#define BROCHE_CS 10
#define RREF      430.0  // resistance de reference de la carte MAX31865
#define RNOMINAL  100.0  // resistance de la PT100 a 0 degre

Adafruit_MAX31865 sonde = Adafruit_MAX31865(BROCHE_CS);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  // A accorder avec les cavaliers de la carte : remplacer par 3WIRE ou 4WIRE
  sonde.begin(MAX31865_2WIRE);
}

void loop() {
  uint16_t brut = sonde.readRTD();
  float rapport = brut;
  rapport /= 32768.0;
  Serial.print("Resistance de la sonde : ");
  Serial.print(RREF * rapport, 2);
  Serial.println(" ohms");
  Serial.print("Temperature : ");
  Serial.print(sonde.temperature(RNOMINAL, RREF), 2);
  Serial.println(" degres C");
  if (sonde.readFault() != 0) {
    Serial.println("Defaut detecte : verifier la sonde et le cablage");
    sonde.clearFault();
  }
  delay(1000);
}

La bibliothèque Adafruit_MAX31865 s’installe depuis le gestionnaire de bibliothèques de l’IDE Arduino. Le même programme fonctionne sur une Nano, une ESP32 ou un Raspberry Pi : seules les broches du bus SPI changent.

Variantes et capteurs voisins

• PT1000 — même technologie, 1000 ohms à 0 °C : dix fois plus sensible, donc moins sensible aux erreurs de câblage. Le même module la lit, seules la résistance de référence de la carte et la valeur RNOMINAL du programme changent.
• Sonde DS18B20 — numérique, sur un seul fil, étanche d’origine : plus simple à câbler et suffisante pour une piscine ou une serre, mais moins précise et limitée en température.
• Capteur LM35 — sortie analogique linéaire en degrés, lisible directement par un microcontrôleur : une solution d’apprentissage, sur une plage étroite et à courte distance.
• Thermocouple et MAX6675 — pour les très hautes températures, au détriment d’une précision moindre et avec une compensation de soudure froide à mettre en place.

Points d’attention

• La plage de l’élément n’est pas la plage d’emploi de la sonde. L’élément platine est normalisé de −200 °C à +850 °C, mais sur un modèle à câble souple c’est le câble et sa gaine qui limitent la température. Tenir le câble, la jonction tige-câble et les raccords hors de la zone chaude : seule la tige se place dans l’enceinte mesurée.
• Ne jamais brancher la sonde directement sur une entrée analogique. Le signal est trop faible et le courant d’excitation mal maîtrisé ; il faut un convertisseur RTD dédié.
• Vérifier la sonde au multimètre avant de l’installer. À température ambiante, elle doit afficher une valeur proche de 100 à 110 ohms. Une résistance infinie signale un fil rompu, une valeur figée très haute une connexion douteuse.
• Ne pas immerger la jonction tige-câble. La tige est faite pour être plongée dans le milieu mesuré ; le câble et son raccord ne le sont pas.
• Ne pas plier la sonde à la naissance de la tige, là où les conducteurs internes sont les plus fragiles, et laisser une boucle de détente si le câble est tendu.
• Un courant d’excitation élevé fausserait la mesure en échauffant la résistance elle-même : c’est une raison de plus d’utiliser un module prévu pour cette famille de sondes.

Questions fréquentes

Peut-on la raccorder directement à un Arduino ?

Non, pas sur une entrée analogique. Une PT100 ne fournit pas de tension et sa sensibilité est trop faible pour le convertisseur 10 bits d’un Arduino Uno, qui ne verrait qu’un pas tous les 13 degrés environ. Il faut un convertisseur RTD-numérique relié en SPI.

Faut-il une sonde trois fils pour être précis ?

Pas pour un câble d’un mètre, qui n’ajoute que quelques dixièmes de degré d’erreur. Le montage trois ou quatre fils devient utile dès que la sonde est à plusieurs mètres du module, parce qu’il soustrait la résistance de ligne au lieu de la subir.

Le sens des deux fils a-t-il une importance ?

Aucune. Une résistance n’est pas polarisée : les deux conducteurs vont sur les deux bornes du module, dans l’ordre que vous voulez.

Peut-on rallonger le câble ?

Oui, avec deux conducteurs de section au moins égale à celle d’origine, et en protégeant les épissures. La mesure se dégrade proportionnellement à la longueur ajoutée : si la précision compte, préférez une sonde trois fils plutôt qu’un long rallongement.

Comment vérifier que la température affichée est juste ?

Un contrôle simple : plonger la tige dans de l’eau glacée en train de fondre, ce mélange se maintient à 0 °C, et vérifier que l’affichage approche 0 °C. Un écart de quelques dixièmes de degré est normal sur un montage deux fils.

À combiner avec

• Borniers à vis 2 broches : pour raccorder les conducteurs dénudés de la sonde au module sans soudure.
• Gaines thermorétractables : pour isoler proprement les épissures si vous rallongez le câble.
• Afficheur LCD 16×02 I2C : pour afficher la température sur le montage, sans ordinateur branché.
• Module 1 relais 5 V : pour déclencher un chauffage, un ventilateur ou une alarme au franchissement d’un seuil.
• Carte Arduino Nano : la même chaîne de mesure dans un montage compact.