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Capteur de température Objectifs : Compétences : Vous devez connaître les différentes technologies et les caractéristiques des capteurs de température étudiés dans ce chapitre Identifier les éléments externes des boucles de rétroaction et les caractériser (49)

Quels sont les différents types de capteurs de température?

I. Types de capteurs de température Il est possible de mesurer la température de plusieurs façons différentes qui se distinguent par le coût des équipements et la précision ainsi que le temps de réponse. Les types les plus courants de capteurs sont les sondes RTD, les thermistances et les thermocouples.

Quel est le coefficient de température d'un capteur?

c. Allure des caractéristiques Chaque capteur a une résistance nominale propre qui varie de manière proportionnelle en fonction de la température selon une approximation linéaire. Les thermistances ont soit un coefficient de température négatif (CTN), soit un coefficient de température positif (CTP).

Comment mesurer la température?

Il est possible de mesurer la température de plusieurs façons différentes qui se distinguent par le coût des équipements et la précision ainsi que le temps de réponse. Les types les plus courants de capteurs sont les sondes RTD, les thermistances et les thermocouples.

Quels sont les avantages et les inconvénients des capteurs électroniques?

a. Avantages et inconvénients : Populaires pour leur stabilité, les RTD présentent le signal le plus linéairede tous les capteurs électroniques en matière de température. Toutefois, ils coûtent généralement plus cherque leurs équivalents à cause de leur construction plus délicate et le recours au platine.

Instrumentation CIRA Mesures de temperatures

Mesures de temp

eratures

Cours2006-2007Table des matieres

1 Les dierentes unites de temperature 4

1.1 Les echelles de temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Thermometres a dilatation 4

2.1 Presentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Thermometres a dilatation de liquide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.2 Loi de variation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.3 Liquides thermometriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.4 Nature de l'enveloppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.5 Colonne emergente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Thermometres a dilatation de gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.1 Rappel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.2 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4 Thermometres a tension de vapeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.1 Denition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.2 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5 Thermometres a dilatation de solide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5.2 Bilame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5.3 Pyrometre lineaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Thermometres electriques 12

3.1 Presentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Thermometres a resistance et a thermistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.1 Thermometres a resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.2 Thermometres a thermistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.3 Montage de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.4 In

uence de la mesure sur la temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.3 Thermocouples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.1 Principes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.2 Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.3 Les dierents types de thermocouples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.4 C^ables de compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.5 Methodes de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.6 Comparaison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 Les pyrometres optiques 22

4.1 Presentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Principes physiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.1 Lois du rayonnement thermique du corps noir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.2 Rayonnement thermique d'un corps reel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3 Principes generaux des pyrometres optiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4 Le pyrometre optique a disparition de lament . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24 1

Instrumentation CIRA Mesures de temperatures

4.5 Pyrometres bichromatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.6 Pyrometres mesureurs d'energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercices 26

1 Les dierentes unites de temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Mesure de temperature par thermocouple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Mesure de temperature par sonde PT100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 Lunette Infratherm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 Lunette Scrutherm 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Annexe 128

Annexe 229

Annexe 330

Annexe 431

Evaluation - Annee precedente 32

Mesure de debit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Regulation de temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figures

1 Echelles de temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Thermometre a dilatation de liquide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Mesure de temperature dans d'un bain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 Colonne emergente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 Thermometre a gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 Tension de vapeur saturante en fonction de la temperature (eau) . . . . . . . . . . . . . . .

7 Thermometre a simple remplissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 Thermometre a double remplissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 Bilame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10 Pyrometre lineaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11 Canne pyrometrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12 Sonde PT100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13 Resistance en fonction de la temperature pour une thermistance de type CTP BH et une

sonde platine Pt100. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

14 Thermistances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15 Montage deux ls avec source de courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16 Montage quatre ls avec source de courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17 Montage avec pont Weatstone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18 Montage trois ls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19 Montage quatre ls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20 Eet Peltier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21 Eet Thomson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22 Eet Seebeck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23 Relation Temperature/FEM pour le thermocouple considere . . . . . . . . . . . . . . . . .

24 FEM en fonction de la temperature de thermocouples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25 C^ables de compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26 Mesure en opposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22 2

Instrumentation CIRA Mesures de temperatures

27 Pyrometre optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28 Emittance spectrale en fonction de la longueur d'onde pour diverses temperatures . . . . .

29 Pont de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30 Montage 3 ls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31 Montage 4 ls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32 Capteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33 Boucle de regulation de temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34 Thermocouple Type T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35 PT100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35 3

Instrumentation CIRA Mesures de temperatures

1 Les dierentes unites de temperature

La temperature est une grandeur intensive, qui peut ^etre mesuree de deux facons dierentes : A l'echelle atomique, elle est liee a l'energie cinetique moyenne des constituants de la matiere; Au niv eaumacroscopique, certaines propri etesdes corps d ependantd ela temp erature(v olume

massique, resistiviteelectrique, etc...) peuvent^etre choisies pour construire desechelles de temperature.

1.1 Les echelles de temperature

La plus ancienne est l'echelle centesimale (1742), attribuant arbitrairement les valeurs 0 et 100 degres

a la glace fondante et a l'eau bouillante, sous la pression atmospherique normale. La temperature ainsi

denie dependant du phenomene choisi (la dilatation d'un uide) pour constituer le thermometre etalon, on utilise de preference l'echelle Celsius, denie a partir de l'echelle Kelvin par :

T(C) =T(K)273;15 (1)

Cette derniere echelle, qui est celle du systeme international, ne depend d'aucun phenomene particulier

et denit donc des temperatures absolues. Le zero absolu (-273,15 C) a pu ^etre approche a quelques

millioniemes de degres pres. Les phenomenes physiques qui se manifestent aux tres basses temperatures

connaissent d'importantes applications (supraconductivite). Dans le domaine des hautes temperatures, les torches a plasma permettent d'atteindre 50 000 K et les lasers de grande puissance utilises pour

les recherches sur la fusion nucleaire contr^olee donnent, pendant des temps tres brefs, des temperatures

depassant 100 millions de degres.1. Les différentes unités de température différentes : la matière ; construire des échelles de température.

1.1. Les échelles de températureLaplusancienneestl'échellecentésimale(1742),attribuantarbitrairementlesvaleurs0et100degrésàlaglacefondanteetàl'eaubouillante,souslapressionatmosphériquenormale.Latempératureainsidéfiniedépendantduphénomènechoisi(ladilatationd'unfluide)pourconstituerlethermomètreétalon,onutilisedepréférencel'échelleCelsius,

définie à partir de l'échelle Kelvin par :

T ( Celsius) = T (kelvin) - 273,15Cettedernièreéchelle,quiestcelledusystèmeinternational,nedépendd'aucun

phénomène particulier et définit donc des températures absolues. d'importantes applications (supraconductivité).

100 millions de degrés.

Kelvin (K)Celsius (°C)Rankin (°R)Fahrenheit (°F)00-273,15-459,670273,15491,6732CIRA-InstrumentationCapteurs de température

page 3

25Figure 1{ Echelles de temperature

2 Thermometres a dilatation

2.1 Presentation

Dans ce paragraphe, c'est la dilatation des corps qui sera le phenomene image de la grandeur ther- mometrique. On constate en eet que le volume d'un corps augmente en general, lorsque sa temperature

s'eleve (sans qu'il y ait de changement d'etat physique). La dilatation etant reversible, elle fournit un

mode pratique de reperage des temperatures. Ce phenomene se retrouve de facon analogue, mais avec une

ampleur dierente pour les liquides, les gaz et les solides. D'ou les trois types de thermometres a dilatation.4

Instrumentation CIRA Mesures de temperatures

2.2 Thermometres a dilatation de liquide

2.2.1 Description

Il est constitue d'un reservoir surmonte d'un capillaire de section faible et reguliere (ordre de grandeur :

= 0;2mm) se terminant par une ampoule de securite (utile lors d'un depassement de la temperature

admissible). Il est realise en verre. Sous l'eet des variations de temperature, le liquide se dilate plus ou

moins. Son niveau est repere a l'aide d'une echelle thermometrique gravee sur l'enveloppe.2. Thermomètres à dilatation

2.1. PrésentationDansceparagraphe,c'estladilatationdescorpsquiseralephénomèneimagedelagrandeurthermométrique.Onconstateeneffetquelevolumed'uncorpsaugmenteen

général, lorsque sa température s'élève (sans qu'il y ait de changement d'état physique).

dilatation.

2.2. Thermomètres à dilatation de liquide-100102030Ampoule de sécuritéEchelle de températureCapillaireRéservoir2.2.1. DescriptionIlestconstituéd'unréservoirsurmontéd'uncapillairedesectionfaibleetrégulière(ordredegrandeur:!=0,2mm)seterminantparuneampouledesécurité(utilelorsd'undépassementdelatempératureadmissible).Ilestréaliséenverre.Sousl'effetdesvariationsdetempérature,leliquidesedilateplusoumoins.Sonniveauestrepéréàl'aide

d'une échelle thermométrique gravée sur l'enveloppe.

2.2.2. Loi de variationLaloidevariationduvolumeduliquideenfonctiondelatempératureest:V=Vo(1+"#),

avec :• Vo = volume du liquide à 0 °C ;• V = volume de liquide à # °C ;• " = coefficient de dilatation du liquide en °C

-1

CetteéquationnousmontrequelasensibilitéduthermomètreàdilatationdeliquideestproportionnelleauvolumeVo(fonctionduvolumeduréservoir);aucoefficientdedilatationduliquide(doncautypedeliquidechoisi)etinversementproportionnelàlaCIRA-InstrumentationCapteurs de température

page 4

25Figure 2{ Thermometre a dilatation de liquide

2.2.2 Loi de variation

La loi de variation du volume du liquide en fonction de la temperature est :

V=V o(1 +) (2)

avec : -V o: volume du liquide a 0C; -V: volume de liquide aC; -: coecient de dilatation du liquide enC1.

Cette equation nous montre que la sensibilite du thermometre a dilatation de liquide est proportionnelle

au volume Vo (fonction du volume du reservoir), au coecient de dilatation du liquide (donc au type de

liquide choisi) et inversement proportionnel a la section S du capillaire car : h=VS (3)

2.2.3 Liquides thermometriques

L'espace libre au dessus du liquide peut-^etre vide. Toutefois, pour emp^echer la colonne de liquide de se

fractionner facilement et aussi pour permettre de mesurer des hautes temperatures, l'espace libre est rempli

d'un gaz neutre (azote ou argon) mis sous une pression fonction de la temperature a mesurer. La chambre

d'expansion evite les trop fortes variations de pression.5

Instrumentation CIRA Mesures de temperatures

LiquidesDomaine d'emploi (C)enC1Pentane-200 a 20

Alcool ethylique-110 a 1001,17

Toluene-90 a 1001,03

Creosote - Alcool ethylique-10 a 200

Mercure-38 a +6500,182

Mercure - Thallium-58 a +650

Mercure - Gallium0 a 1 000

Tableau 1{ Liquides thermometriques

2.2.4 Nature de l'enveloppe

En fonction de la temperature a mesurer, il y a lieu de choisir le materiau constituant l'enveloppe du

thermometre :

V erred'Iena jusqu' a450 C;

V erreSupremax j usqu'a630 C;

Silice pure fondue jusqu' a1 000 C.

2.2.5 Colonne emergente

En dehors des reglages classiques (zero, echelle), on doit pense a corriger la mesure de la temperature si il

est impossible d'immerger completement la colonne (g. 3). Dans les cas (a) et (c) la colonne de liquideL'espace libre au dessus du liquide peut-être vide. Toutefois, pour empêcher la colonne de liquide de se frac-

tionner facilement, et aussi pour permettre de mesurer des hautes températures l'espace libre est rempli d'un gaz

neutre (azote ou argon) gaz mis sous une pression fonction de la température à mesurer. Exemple : Thermomètre à mercure prévu pour mesurer 600°C, pression de l'azote 20 bars. La chambre d'expansion évite les trop fortes variations de pression.

2.2.4.Nature de l'enveloppe

En fonction de la température à mesurer, il y a lieu de choisir le matériau constituant l'enveloppe du thermomè-

tre : -Verre d'Ienajusqu'à 450 °C -Verre Supremaxjusqu'à 630 °C -Silice pure fonduejusqu'à 1 000 °C

2.2.5.Colonne émergente

En dehors des réglages classiques (zéro, échelle), on doit pensé à corriger la mesure de la température si il est

impossible d'immerger complètement la colonne.

BonBonMauvais(a)(c)(b)

Dans les cas (a) et (c) la colonne de liquide thermométrique est totalement immergée dans l'enceinte dont on

mesure la température. La dilatation de ce liquide se fait donc pleinement. Dans le cas (b) la colonne de liquide

est immergée jusqu'à la graduation n, dans l'enceinte de température inconnue x, la partie de la colonne située

entre n et h est en contact avec la température ambiante. Le volume correspondant à une graduation est noté v.

Température ambiante tTempérature mesurée xnh Le volume à la température ambiante est : V = (h - n)v

Ce volume est à la température ambiante, donc il en résulte un défaut de dilatation de : !V = V•a(x-t)

La correction à apporté est donc : !h = !V/v = (h-n)•a•(x-t)

Exercice :

MITAChapitre VII : Capteurs de températurepage 3/17Figure 3{ Mesure de temperature dans d'un bain

thermometrique est totalement immergee dans l'enceinte dont on mesure la temperature. La dilatation de

ce liquide se fait donc pleinement.

Dans le cas (b) la colonne de liquide est immergee jusqu'a la graduation n, dans l'enceinte de temperature

inconnue (g. 4). La partie de la colonne situee entre n et h est en contact avec la temperature am-

biante. Le volume correspondant a une graduation est notev. Le volume a la temperature ambiante est :

V= (hn)v. Ce volume est a la temperature ambiante, donc il en resulte un defaut de dilatation de :

V=V(xt) = (hn)v(xt).

La correction a apporter est donc :

h=Vv = (hn)(xt) (4)6

Instrumentation CIRA Mesures de temperatures

En realite, la partie emergee n'est pas a la temperature ambiante. Dans la pratique on prend les 7/10 de

la correction calculee. Cette correction n'etant pas tres precise, on essayera, dans la mesure du possible,

de positionner au mieux le thermometre (cas a ou c ).• Dans les cas (a) et (c) la colonne de liquide thermométrique est totalement immergée dans l'enceinte dont on mesure la température. La dilatation de ce liquide se fait donc pleinement.• Dans le cas (b) la colonne de liquide est immergée jusqu'à la graduation n, dans l'enceinte de température inconnue. La partie de la colonne située entre n et h est en contactavec la température ambiante. Le volume

correspondant à une graduation est noté v. n

Température

ambiante t

Température

mesurée x h

Le volume à la température ambiante est : V = (h-n)!vCe volume est à la température ambiante, donc il en résulte un défaut de dilatation de :

dV = V!!"(x-t) = (h-n)!v"!!(x-t) La correction à apporter est donc : dh = dV/v = (h-n)!!"(x-t) essayera, dans la mesure du possible, de positionner au mieux le thermomètre (cas a ou c ).

2.3. Thermomètres à dilatation de gaz2.3.1. Rappel

L'équation d'un gaz parfait est : PV = nRTavec :• n : Nombre de moles ;• R = 8,31 J.mol

-1 .K -1 ;• T : Température en K ;• P : Pression en Pa. absolue :P = RT/V, avec un rapport R/V constant.

2.3.2. PrincipeSousuneformeschématisée,unthermomètreàgazestcomposéd'unesonde(A),formantuneenveloppedanslaquelleestenfermélegazthermométrique.Cettesondeestreliéeparuntubecapillairederaccordementàl'extrémité(B)d'untubedeBourdon,appeléespiraledemesure.Cetteextrémitéestfixe.Lalongueurdutubederaccordementnedoitpas

excéder 100 mètres.

CIRA-InstrumentationCapteurs de température

page 6

25Figure 4{ Colonne emergente

2.3 Thermometres a dilatation de gaz

2.3.1 Rappel

L'equation d'un gaz parfait est :PV=nR, avec :

-n: Nombre de moles; -R= 8;31J:mol1:K1; -: Temperature en K; -P: Pression en Pa.

On voit donc que, si l'on enferme une certaine quantite de gaz dans une enveloppe de volume constant V,

la pression developpee par le gaz est proportionnelle a la temperature absolue : P=RT/V, avec le rapport

R/V constant.

2.3.2 Principe

Sous une forme schematisee, un thermometre a gaz est compose d'une sonde (A), formant une enveloppe

dans laquelle est enferme le gaz thermometrique (g. 5). Cette sonde est reliee par un tube capillaire de

raccordement a l'extremite (B) d'un tube de Bourdon, appelee spirale de mesure. Cette extremite est xe.

La longueur du tube de raccordement ne doit pas exceder 100 metres. Sous l'eet de la temperature du

milieu dans lequel la sonde est placee, la pression du gaz va varier, ce qui modiera l'equilibre de l'extremite

libre du tube de Bourdon. Cette variation de pression se traduira par un mouvement de rotation de l'index

indicateur qui se deplacera devant un cadran portant des graduations thermometriques. Les gaz le plus souvent employes sont fournis tableau 2.

Remarques :

La temp eraturecritiq ue,c'est la temp eraturemaximale alaquelle un gaz ou une v apeurp eut^ etre liquee par variation de pression uniquement. La di erencede hauteur en trela sonde sensible et la spirale de mesure est sans eet, puisque la masse du gaz est negligeable.7 Instrumentation CIRA Mesures de temperaturesCalculez la mesure réelle dans le cas suivant : h = 200 °C, n = 40 °C, t = 20 °C, a = 1,6 10 -4 (204,729 °C)

En réalité, la partie émergée n'est pas à la température ambiante. Dans la pratique on prend les 7/10 de la cor-

rection calculée. Cette correction n'étant pas très précise, mieux vaut, dans la mesure du possible, positionner au

mieux le thermomètre (cas a et c ).

2.3.Thermomètres à dilatation de gaz

2.3.1.Rappels

L'équation d'un gaz parfait est :

PV = nRT

-n : Nombre de moles ; -R = 8,31 J.mol -1 .K -1 -T : Température en K ; -P : Pression en P.

On voit donc que, si l'on enferme une certaine quantité de gaz dans une enveloppe de volume constant V, la

pression développée par le gaz est proportionnelle à la température absolue : P= R V !T

Le rapport R/V étant constant.

2.3.2.Principe

Sous une forme schématisée, un thermomètre à gaz est composé d'une sonde A, formant une enveloppe dans

laquelle est enfermé le gaz thermométrique. Cette sonde est reliée par un tube de raccordement de faible section

à l'extrémité B d'un tube de Bourdon, appelé spirale de mesure. Cette extrémité B est fixe. La longueur du tube

de raccordement ne doit pas excéder 100 mètres. pÉlément sensibleCapillaireTube de BourdonAB

Sous l'effet de la température du milieu dans lequel la sonde est placée, la pression du gaz va varier, ce qui mo-

difiera l'équilibre de l'extrémité libre du tube de Bourdon. Cette variation de pression se traduira par un mouve-

ment de rotation de l'index indicateur qui se déplacera devant un cadran portant des graduations thermométri-

ques.

Les gaz les plus employés sont :

GazTempérature critique

l'hélium-267,8 °C l'hydrogène-239,9 °C l'azote-147,1 °C le gaz carbonique31,1 °Cquotesdbs_dbs31.pdfusesText_37

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Quels sont les différents types de capteurs de température?

Quel est le coefficient de température d'un capteur?

Comment mesurer la température?

Quels sont les avantages et les inconvénients des capteurs électroniques?

Instrumentation CIRA Mesures de temperatures

Mesures de temp

Cours2006-2007Table des matieres

1 Les dierentes unites de temperature 4

1.1 Les echelles de temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Thermometres a dilatation 4

2.1 Presentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Thermometres a dilatation de liquide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.2 Loi de variation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.3 Liquides thermometriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.4 Nature de l'enveloppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.5 Colonne emergente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Thermometres a dilatation de gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.1 Rappel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.2 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4 Thermometres a tension de vapeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.1 Denition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.2 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5 Thermometres a dilatation de solide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5.2 Bilame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5.3 Pyrometre lineaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Thermometres electriques 12

3.1 Presentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Thermometres a resistance et a thermistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.1 Thermometres a resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.2 Thermometres a thermistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.3 Montage de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.4 In

3.3 Thermocouples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.1 Principes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.2 Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.3 Les dierents types de thermocouples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.4 C^ables de compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.5 Methodes de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.6 Comparaison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 Les pyrometres optiques 22

4.1 Presentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Principes physiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.1 Lois du rayonnement thermique du corps noir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.2 Rayonnement thermique d'un corps reel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3 Principes generaux des pyrometres optiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4 Le pyrometre optique a disparition de lament . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Instrumentation CIRA Mesures de temperatures

4.5 Pyrometres bichromatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.6 Pyrometres mesureurs d'energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercices 26

1 Les dierentes unites de temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Mesure de temperature par thermocouple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Mesure de temperature par sonde PT100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 Lunette Infratherm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 Lunette Scrutherm 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Annexe 128

Annexe 229

Annexe 330

Annexe 431

Evaluation - Annee precedente 32

Figures

1 Echelles de temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Thermometre a dilatation de liquide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Mesure de temperature dans d'un bain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 Colonne emergente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 Thermometre a gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 Tension de vapeur saturante en fonction de la temperature (eau) . . . . . . . . . . . . . . .

7 Thermometre a simple remplissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 Thermometre a double remplissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 Bilame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10 Pyrometre lineaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11 Canne pyrometrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12 Sonde PT100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13 Resistance en fonction de la temperature pour une thermistance de type CTP BH et une

14 Thermistances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15 Montage deux ls avec source de courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16 Montage quatre ls avec source de courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .