Mesure de température Définitions : L élévation de la température dans une matière est l agitation des électrons sur la couche périphérique de l atome. On distingue trois échelles fortement utilisées Soit : Celsius : Le plus ancien et le plus utilisé, défini par le Zéro (0 C) qui est le passage de l eau pure de l état liquide à l état solide, et défini aussi par le 100 C qui est la température de l ébullition de l eau pure. Cette échelle est fortement utilisée dans les pays francophones. Kelvin : C est l échelle de l Unité Système International qui tient sa définition de l agitation des électrons qui en refroidissant la matière à des températures très basses on arrive à stopper cette vibration et on défini ainsi la température absolue 0 K et qui coïncide à 273,15 C d où la relation de conversion suivante : K = C + 273,15 Fahrenheit: Il est défini par le fait que la sensation des humains ne fait pas de différence entre par exemple 20 C et 80 C et de plus on se sent Page 13 sur 100
très froid dans l eau à 10 C et il fait très chaud à seulement 35 C, d où la relation suivante qui défini le degré Fahrenheit f = 9/5 C + 32 Ainsi la comparaison entre les échelles : Page 14 sur 100
Thermocouples : Les conducteurs des thermocouples sont en alliages de composition très précise et de ce fait coûteux Ils ont des longueurs d une trentaine de cm, en exploitant le principe de l électronégativité, l une des deux matières est électro-négativement plus élevée donc les électrons exercent une pression sur l autre matière et engendra ainsi une force électromotrice {f.e.m} On utilise des fils de compensation jusqu à la source froide qui est souvent la boîte terminale. La boîte de jonction amène 2 forces électromotrices {f.e.m} supplémentaires si les fils de compensation ne sont pas de même : E t = E 1 + E 2 + E 3 G E t E 2 E 1 E 3 Les fils de compensation sont des fils de nature différente constituant eux-mêmes des thermocouples : par exemple on utilise des fils nickel/cuivre_cuivre avec les thermocouples Pt _ Pt/Rhodié Pour le Chrome _ Aluminium, on utilise des fils de même nature mais de qualité inférieure au niveau pureté. Enfin la boîte de mesure introduit les deux f.e.m supplémentaires si les bornes sont à des températures différentes Page 15 sur 100
Pour corriger le fait que les f.e.m des thermocouples sont données pour la référence 0 C à la source froide, une correction très simple est d ajouter à la valeur de la lecture en C, la valeur de la température de la boîte terminale mesurée par exemple avec un thermomètre à Hg. Cette correction est suffisante si la température de la source froide est comprise entre -40 et +40 Principe de mesure par les T/C: Convertisseur Câble Blindé de + + compensation + + Boucle 4 20 ma Page 16 sur 100
Câble de compensation à triple blindage: Blindage Electromagnétique : Tresse en acier inoxydable Métal A Blindage Electrique : Tissu ignifuge Blindage Thermique : Fibre de verre Métal B Les avantages : Génère son signal spécial de mesure (actif). Mesure jusqu au 1800 C Les inconvénients : Nécessité d un câble de compensation Précision moyenne Page 17 sur 100
Résistance thermodynamique RTD : C est une résistance qui augmente sa résistivité avec l élévation de la température, on choisi généralement le Platine vu sa noblesse et sa stabilité et on l appelle : Sonde platine pt 100 : Principe : à 0 C sa valeur est 100,00 La résistance d'une sonde pt100 est de 100 à 0 C et la variation est de 0,385 par degré. Les valeurs de base sont calculées avec la formule d'interpolation suivante: Montage 3 fils : R= R0 (1 + A t+ B t²) A= 3,907084 10-3 K -1 B= -0,578408 10-6 K -2 Transmetteur ou Régulateur Page 18 sur 100
Le 3 ème fils doit servir pour la mesure de la résistance tout le long de la distance de câblage de la sonde platine Schémas De Connexion Des Pt100 En Montages 2, 3,4 Fils Pour les courtes distances de 1 à 3 mètres. On doit court-circuiter les deux bornes sur le transmetteur ou le régulateur. Les trois fils doivent être de la même nature et passe par le même chemin, pour avoir les mêmes longueurs et température. On l utilise pour plus de précision, en calculant la moyenne entre les quatre fils et leurs pressions de serrage des fils. Les avantages : C est le capteur le plus précis de température. Le courant de mesure des deux fils indépendants ne chauffe pas la RTD. Pas de câble de compensation. Potentiellement plus précise que les T/C. Linéaire et Stable. Les inconvénients : Fragilités des sondes de précision. (850 C Maximum) Obligation d'avoir une alimentation donc chauffer pour mesurer, c est pourquoi on masure par échantillonnage. Page 19 sur 100
Elément sensible, plus gros et plus cher que les thermocouples. On distingue aussi les Sondes platine pt 200, pt 500 et pt 1000 pour avoir plus de précision en négligeant la valeur des conducteurs par rapport à la valeur de la RTD TABLEAU DE LA VARIATION DE LA RESISTANCE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE (-219 C à 850 C) Page 20 sur 100
Cellule de Température Négative CTN : Les CTN (Coefficient de Température Négatif, en anglais NTC, Negative Temperature Coefficient) sont des thermistances dont la résistance diminue de façon uniforme avec la température. Présentation technologique : Page 21 sur 100
Caractéristique Directe R = f (T) : Cellule de Température Positive CTP : Les CTP (Coefficient de Température Positif, en anglais PTC, Positive Temperature Coefficient) sont des thermistances dont la résistance augmente fortement avec la température dans une plage de température limitée (typiquement entre 0 et 100 C), mais diminue en dehors de cette zone. Page 22 sur 100
Présentation technologique : Caractéristique Directe : = Comparaison Pt100 et CTP Page 23 sur 100
Thermomètre à dilatation de liquide : Liquide: Hg Gamme de T: -35 C -> +600 C si on crée une pression au dessus de la colonne liquide pour empêcher l ébullition du Hg ; azote sous pression de 6 Bars Le toluène: -50 à +150 C L alcool -80 à +75 C Il est difficile d obtenir une précision meilleure que 1 % de la valeur fond d échelle. On améliore la précision en immergeant le thermomètre jusqu à la hauteur du ménisque. Cet instrument ne convient pas pour les télémesures. Tube capillaire Échelle Bulbe contenant le liquide Page 24 sur 100
Thermomètre à pression: Tube capillaire Tube de Bourdon 220 V M Bourdon principal Bourdon de compensation Bulbe avec fluide Capillaire dormant Sortie compensée Avantages : Action de régulation sur le relais "TOR" Mesure continue Inconvénients : Ne dépasse pas les 150 C Pas de Télémesure (capteur d angle) Page 25 sur 100
Pyromètre à radiation totale: Ils mesurent sans contact la température de surface d un objet fixe, en mouvement ou difficile à atteindre. Les mesures de températures par infrarouge constituent la méthode la plus rapide pour la surveillance. Principe : D = 8 S Présentation technologique : Page 26 sur 100
Avantages : Dépasse dans des cas les 6000 C Mesure des points inaccessibles Inconvénients : Etalonner pour chaque corps mesuré (Emissivité) Les perturbations atmosphériques (Humidité, poussières ) Précision mauvaise Pyromètre à lumière visible : A Avantages : Contrôle instantané Sécurité de l utilisateur Inconvénients : Mesure à partir de 600 C Seulement pour les flammes d un brûleur ou solide en fusion Page 27 sur 100