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RÉSUMÉ
Cet article passe en revue les critères les plus communs qui président au choix d’une chaîne de mesure, ce choix étant fortement lié au nombre de contraintes imposées par l’environnement d’utilisation. L’ordre de grandeur des températures à mesurer influe profondément sur le choix du capteur, tandis que l’intervalle exploré autour de la valeur moyenne permet de préciser le choix de la chaîne de mesure. Les attentes en termes de caractéristiques techniques (sensibilité, fidélité, exactitude…) définissent ensuite les propriétés du capteur. Pour autant, la réponse restera la plupart du temps un compromis dont l’expérimentateur seul pourra juger de la pertinence.
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Jacques ROGEZ : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Électrochimie et d’Électrométallurgie de Grenoble - Docteur ès sciences - Chercheur CNRS (Centre national de la recherche scientifique) à l'IM2NP – Institut des matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence (Marseille)
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Jean LE COZE : Ingénieur civil des Mines - Docteur ès sciences - Professeur à l’École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne
INTRODUCTION
Le présent article de synthèse constitue une introduction à la rubrique Thermométrie, à ce titre, il sera fait de fréquents renvois aux différents articles de cette rubrique, où sont détaillées les méthodes particulières propres à chaque capteur.
Dans le présent article, les capteurs et méthodes d’utilisation seront exposées succinctement en faisant référence aux articles spécialisés de ce traité Mesures et Contrôle.
La complexité du choix d’une chaîne de mesure est, à l’évidence, liée au nombre de contraintes imposées par l’environnement d’utilisation. La nature de l’information souhaitée et la méthode de mesure seront aussi des critères importants du choix. Chaque cas particulier aura sa réponse propre et il n’est pas possible d’envisager ici tous les cas. Beaucoup de critères de choix peuvent paraître au premier abord incongrus, comme le poids du capteur, sa couleur…, mais peuvent avoir dans certains cas leur importance. Nous essaierons ici de passer en revue les critères les plus communs en réponse aux questions précédemment posées. La réponse sera souvent un compromis dont seul l’expérimentateur pourra juger de la pertinence.
Quelques éléments de choix ont déjà été rassemblés dans l’article « Mesure des températures. Questions à se poser avant la mesure » [R 2516].
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2. Choix du capteur et de la chaîne en fonction du domaine de température
L’ordre de grandeur des températures à mesurer influe profondément sur le choix du capteur, tandis que l’intervalle exploré autour de la valeur moyenne permet de préciser le choix de la chaîne de mesure.
Chaque type de thermomètre possède un domaine de travail optimal. En changeant d’intervalle de température, on est contraint de faire appel à des méthodes de mesure totalement différentes. Cette remarque est valable lorsque l’on désire augmenter notablement l’exactitude.
On se reportera au tableau 4 qui indique les divers domaines de travail pour chaque méthode de mesure envisagée. Pour une exploitation industrielle aisée, il est bon de ne pas sortir des limites usuelles repérées par un trait continu dans ce tableau.
Les couples thermoélectriques sont présents dans un grand domaine de mesure. Beaucoup sont utilisables entre − 268 °C et 2 316 °C.
Les résistances thermiques sont plus limitées au domaine − 270 °C à 850 °C.
Les thermistances se cantonnent aux températures comprises entre − 40 °C et 150 °C.
Les possibilités de choix sont les plus nombreuses entre 200 et 500 K. En dehors de ces limites, les possibilités sont d’autant plus restreintes que l’on s’en écarte davantage.
Au-dessous de 200 K, les méthodes les plus utilisées sont : les résistances (platine, germanium, carbone) et certains couples thermoéclectriques. Les thermomètres à tension de vapeur ou à dilatation de gaz ne sont utilisables que par des laboratoires très spécialisés.
Lorsque l’on travaille au-dessous de 10 K, les possibilités se raréfient encore : susceptibilité paramagnétique (d’utilisation très spéciale) ou tension de vapeur de l’hélium. Les plus simples à mettre en œuvre sont les résistances de carbone et de germanium.
De 800 à 1 300 K, les couples thermoélectriques sont des instruments de choix, du point de vue de la sécurité de mesure et de la facilité de mise en œuvre. Les pyromètres à radiation totale ou à récepteur sélectif, relativement peu précis dans l’absolu, offrent cependant de grandes facilités dans le contrôle industriel continu.
Au-delà de 1 300 K, on arrive franchement dans le domaine privilégié des méthodes optiques. Jusqu’à 1 800 K, on peut certes utiliser...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LANDAU (L.), LIFCHITZ (E.) - Physique statistique - Éd. MIR., Moscou (1967).
-
(2) - ATKINS (P.W.) - Chaleur et désordre, le deuxième principe de la thermodynamique - L’univers des sciences. Bibliothèque Pour la Science (1987).
-
(3) - DE RYCKER (H.) - Chaleur et entropie, démystification de la notion d’entropie - Vaillant-Cannanne SA Liège (1976).
-
(4) - Comité International des Poids et Mesures. Comité Consultatif de Thermométrie - 8e Session. Annexe 14. Édité par le Bureau International des Poids et Mesures (1967).
-
(5) - Vocabulaire international de métrologie – Concepts fondamentaux et généraux et termes associés (VIM) - ISO/IEC Guide 99:2007.
-
(6) - Temperature. Its measurement and control in science and industry - (La...
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NORMES
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Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais. - ISO/IEC 17025 - 2005
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