Capteurs Pt100 et autres appareils de mesure de la température

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Mesure de la température

• Mesure de la température corporelle chez les êtres vivants
  Indication de maladies, etc.
• Climat/météo
  Avec des répercussions sur la croissance et la reproduction des êtres humains, des animaux et des plantes, ou encore sur le choix de nos vêtements et le chauffage de nos logements.
• Machines et appareils
  Ne doivent pas être surchauffés ou ne fonctionnent de manière optimale qu'à certaines températures.
• Processus chimiques et production
  Qui ne peuvent avoir lieu qu'à certaines températures.
• Denrées alimentaires
  Stockage et conservation optimaux des denrées alimentaires ou préparation des repas.

Appareils électroniques de mesure de la température

• Thermomètre à résistance

  
  

  

  Les thermomètres à résistance sont des capteurs de température qui fonctionnent sur la base de la variation de la résistance électrique des métaux ou des oxydes métalliques en fonction de la température. L'élément capteur proprement dit est intégré dans un tube de protection qui le protège des influences environnementales.
  On distingue :
  • Résistance à coefficient de température positif En cas de variations de température, certains métaux présentent une variation de résistance suffisante même à basse température et sont donc appelés « thermistances ». Leur résistance augmente lorsque la température augmente (CTP = Coefficient de Température Positif)
    . Les capteurs de résistance disponibles dans le commerce sont en nickel (Ni100), en cuivre (Cu10), en platine (Pt100, Pt1000) ou en silicium. En raison des avantages décisifs des capteurs en platine, ceux-ci sont principalement utilisés dans la pratique.
    Les capteurs Pt100 ont une résistance nominale de 100 ohms (Pt100) ou 1000 ohms (Pt1000) à 0 °C.
  • Résistance à coefficient de température négatif Outre les capteurs de température métalliques, des capteurs composés de divers oxydes métalliques sont également utilisés à grande échelle. Ceux-ci ne fournissent souvent une variation de résistance exploitable qu'à des températures élevées et sont donc également appelés thermistances.
    La résistance diminue lorsque la température augmente. (CTN = Coefficient de Température Négatif)
    . Ces capteurs présentent l'avantage d'être peu coûteux à fabriquer et de comporter une structure compacte avec une grande sensibilité de réponse.
    
    
    
    Vous trouverez de plus amples informations sur les autres pages de ce domaine(www.pt100.de)
  
  

• Thermocouples

  

  Les thermomètres à résistance Pt100 peuvent être utilisés jusqu'à une température maximale de 850 °C.
  Si des températures plus élevées doivent être mesurées électriquement, il est possible d'utiliser des thermocouples. Les thermocouples fonctionnent selon « l'effet Seebeck », qui tire son nom de son inventeur, le physicien allemand Thomas Johann Seebeck. Il a découvert que lorsque deux métaux différents sont soudés ensemble et que la soudure et les extrémités ouvertes des fils ont des températures différentes, une tension est générée.
  Cette tension est proportionnelle à la température.
  Étant donné que l'on mesure une différence de température entre les extrémités soudées des fils et les branches ouvertes des fils, la température au point de comparaison (branches ouvertes des fils) doit être connue et aussi constante que possible. Autrefois, on utilisait de l'eau glacée à cet effet, mais aujourd'hui, la température est mesurée au point de comparaison et calculée dans le système électronique d'évaluation en aval.
  Les thermocouples ont l'avantage de réagir très rapidement, de pouvoir mesurer des températures élevées et d'offrir une grande précision. Pour les protéger contre les dommages mécaniques ou les attaques chimiques, ils sont généralement installés dans des tubes de protection, tout comme le capteur Pt100.
  
  Les paires de fils métalliques éprouvées sont normalisées et commercialisées sous le nom de thermocouples.
  
  Thermocouples disponibles dans le commerce :
  Thermocouple

  Type

  Température max.

  Pt30Rh-Pt16Rh

  B

  1820 °C

  NiCr-CuNi

  E

  1000 °C

  Fe-CuNi

  J

  1200 °C

  Ni-CrNi

  K

  1370 °C

  Fe-CuNi

  L

  900 °C

  NiCrSi-NiSi

  N

  1300 °C

  Pt13Rh-Pt

  R

  1760 °C

  Pt10Rh-Pt

  S

  1600 °C

  Cu-CuNi

  T

  400 °C

  Cu-CuNi

  U

  600 °C
  
  Remarque :Les thermocouples Fe-CuNi et Cu-CuNi existaient en deux alliages différents. Ceux-ci ne sont pas compatibles !
  Les types « L » et « U » fabriqués selon l'ancienne norme DIN ne doivent plus être utilisés et doivent être remplacés par les nouveaux types « T » et « J ».

Appareils mécaniques de mesure de la température (thermomètres)

• Thermomètre à liquide

  Les thermomètres à liquide sont les plus anciens thermomètres utilisés pour mesurer la température. Le principe de mesure repose sur la dilatation des liquides en cas de variation de température. On distingue deux types de construction principaux :
  
  
  • Thermomètre en verre
    

    

    Les thermomètres en verre sont constitués d'un mince tube capillaire en verre auquel est soudé, dans sa partie inférieure, un réservoir plus grand. Le réservoir est rempli d'un liquide qui se dilate lorsqu'il est chauffé et monte dans le tube capillaire. Lorsqu'il refroidit, le liquide se contracte et la colonne de liquide dans le tube capillaire descend.
    Cette dilatation est une mesure de la température.
    La température mesurée peut être lue sur une échelle imprimée sur le tube capillaire.
    Pour une meilleure lisibilité, les tubes capillaires modernes sont conçus de manière à créer un « effet loupe » et à agrandir optiquement le mince tube capillaire. Le fond est imprimé en blanc et les liquides incolores utilisés (liquide thermométrique) sont colorés.
    Presque tous les liquides peuvent être utilisés dans une certaine plage de température. Ils doivent avoir une dilatation aussi linéaire que possible.
    Dans la pratique, on utilise principalement le mercure, le Galinstan, l'éthanol, l'isopropanol, le toluène, le pétrole ou le pentane. Le mercure est le liquide idéal pour une large plage de mesure allant de -30 à 350 °C. L'inconvénient du mercure est qu'il dégage des vapeurs toxiques dès la température ambiante, qui peuvent présenter un danger pour la santé en cas de bris de verre. C'est pourquoi l'utilisation du mercure est interdite dans l'UE depuis 2009 (sauf pour des applications spéciales). Le Galinstan, un alliage non toxique de gallium, d'indium et d'étain qui reste liquide sur une large plage de températures, peut être utilisé comme substitut. Le galinstan a des propriétés similaires à celles du mercure. Cependant, en raison de sa forte adhérence au verre et des méthodes de mesure alternatives désormais disponibles, le galinstan ne s'est pas imposé à grande échelle. Même avec les autres liquides thermométriques mentionnés ci-dessus, il faut tenir compte du fait que les liquides utilisés sont en partie toxiques ou inflammables en cas de bris de verre.
    Les thermomètres en verre ne comportent aucune pièce mécanique mobile, contrairement aux thermomètres à aiguille, par exemple, et ne nécessitent aucune énergie électrique, contrairement aux thermomètres à résistance bPt100, par exemple. Ils ne sont donc soumis à aucune usure.
    Les thermomètres en verre sont utilisés comme thermomètres médicaux, dans les laboratoires ou, avec un boîtier de protection mécanique, comme thermomètres industriels dans le secteur maritime, le secteur CVC et la construction d'installations.
    Il existe également une version plus moderne des thermomètres pour machines, appelée KOMBITEMP®, dans laquelle un capteur Pt100 supplémentaire a été intégré pour la transmission à distance des valeurs mesurées. Plage de température habituelle : -40 °C à +600 °C
    
    
  • Thermomètre à aiguille avec remplissage liquide
    

    

    Le mécanisme de mesure d'un thermomètre à aiguille se compose d'un réservoir et d'un tube capillaire en métal, qui sont solidement soudés à un tube Bourdon monté dans le boîtier d'affichage. Ce mécanisme de mesure est rempli d'un liquide thermométrique.
    Les variations de température entraînent une variation du volume du liquide thermométrique qui, en raison du mécanisme de mesure fermé, provoque une variation de pression. Cette variation de pression est enregistrée à l'aide d'un tube Bourdon, connu dans le domaine de la technique de mesure de pression, puis transmise à une aiguille via un système d'engrenages.
    La température peut alors être lue sur une échelle calibrée.
    Le réservoir et le capillaire sont montés dans une gaine de protection solidement reliée au boîtier de l'indicateur. Un capillaire prolongé permet de séparer la gaine de protection (point de mesure) et le boîtier de l'indicateur et de transmettre les données sur de plus longues distances.
    Il convient de noter que le volume du liquide thermométrique se trouvant dans le capillaire est pris en compte dans la mesure et entraîne des erreurs de mesure, en particulier dans le cas de capillaires longs.
    Une compensation du capillaire en usine permet de remédier à ce problème.
    Les thermomètres à aiguille remplis de liquide ont depuis été largement remplacés par des thermomètres à aiguille remplis de gaz. Ces derniers présentent plusieurs avantages décisifs.
    L'utilisation croissante de capteurs de température électriques (par exemple les thermomètres à résistance Pt100) pour mesurer la température est également en train de supplanter ce principe de mesure sur le marché.

• Thermomètre bimétallique

  

  Les thermomètres bimétalliques sont des appareils de mesure mécaniques de la température avec affichage à aiguille.
  Le principe de mesure repose sur la dilatation différente des solides en cas de variation de température.
  L'élément de mesure utilisé est un bimétal qui se courbe lorsqu'il est chauffé. Cette courbure permet de mesurer la température.
  Le bimétal est composé de deux tôles métalliques différentes (par exemple en acier et en laiton) soudées à froid et présentant des coefficients de dilatation très différents. Pour cela, les tôles sont superposées et laminées à haute pression. Un chauffage ultérieur permet de les assembler par complémentarité de forme (soudure à froid).
  Lorsque la température augmente, les deux métaux se dilatent différemment et le bimétal se déforme.
  Afin d'obtenir une déviation exploitable aussi grande que possible de la bande bimétallique, il faut une bande aussi longue que possible. Pour que celle-ci puisse être utilisée de manière peu encombrante, la bande est enroulée soit en spirale, soit en hélice. On obtient ainsi un « ressort spiralé bimétallique » ou un « ressort hélicoïdal bimétallique », qui permettent de construire différents types de thermomètres bimétalliques.
  Les thermomètres bimétalliques à ressort spiralé pour basses températures (inférieures à 100 °C) peuvent être fabriqués à moindre coût et sont donc souvent utilisés dans le domaine du chauffage, de la climatisation et de la ventilation ou comme thermomètres d'ambiance.
  Plage de température : -70 à +600 °C

• Thermomètres à aiguille remplis de gaz

  

  Le principe de mesure repose sur la variation de pression d'un gaz dans un volume fermé en cas de variation de température. Il se base sur la loi des gaz, selon laquelle le rapport entre la pression, le volume et la température d'un gaz idéal est constant.
  p₁ x V₁ / T₁ = p₂ * V₂ / T₂ = constante
  p = Pression, V= Volume dans le mécanisme de mesure (V₁ = V₂), T= Température
  
  Le mécanisme de mesure d'un thermomètre à aiguille rempli de gaz se compose d'un réservoir et d'un tube capillaire métallique, qui sont solidement soudés à un tube ressort monté dans le boîtier d'affichage. Ce mécanisme de mesure est rempli d'azote gazeux non toxique sous pression.
  Le mécanisme de mesure étant entièrement fermé, le volume est donc constant. Une variation de température entraîne donc une variation de la pression du gaz de remplissage dans le mécanisme de mesure. Cette variation de pression provoque une déviation du tube manométrique, qui est transmise à une aiguille via un système d'engrenages.
  La température peut alors être lue sur une échelle calibrée.
  Le réservoir et le tube capillaire sont montés dans une gaine de protection solidement reliée au boîtier de l'indicateur. Un tube capillaire prolongé permet de séparer la gaine de protection (point de mesure) et le boîtier de l'indicateur et de les transmettre sur de longues distances.
  L'avantage par rapport aux thermomètres à aiguille remplis de liquide est que le tube capillaire a un volume très faible et que la variation de volume du gaz qu'il contient est négligeable. Jusqu'à 100 m, aucun tube de compensation n'est nécessaire pour corriger les variations de température au niveau du tube capillaire.
  Plages de mesure : -250 à + 800 °C
  
  Avantages des thermomètres à aiguille remplis de gaz
  • Faible volume de gaz dans le mécanisme de mesure, pour un temps de réponse rapide
  • Azote non toxique à la place du mercure toxique ou de l'alcool inflammable
    (idéal pour les applications alimentaires)
  • Aucune compensation de la ligne de transmission nécessaire jusqu'à 100 m
  • Aucune énergie auxiliaire n'est nécessaire, contrairement aux thermomètres à résistance Pt100 par exemple

Appareils de mesure de température sans contact / pyromètres à rayonnement / thermomètres infrarouges

Mesure chimique de la température (encres thermosensibles, bandes de mesure de la température)