Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les éléments sensibles à résistance métallique, principalement de platine, sont notamment mis en œuvre dans les thermomètres étalons. L'Echelle Internationale des Températures permet de réaliser des mesures précises et reproductibles et d'éviter l'approche de la température thermodynamqiue trop complexe. A chaque catégorie d'étalons (primaires, secondaires, ou de travail), correspond une technologie d'élaboration de ces éléments, puis également une mise en oeuvre dans les capteurs de mesure. Cet article s'intéresse également aux causes des erreurs rencontrées.
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Sensitive elements with metallic resistance, mostly platinum, are implemented notably in standard thermometers. The International Temperature Scale allows for carrying out precise and reproducible measurements as well as avoiding the too complex approach of thermodynamic temperature. An elaboration technology of these elements and a specific implementation in measuring sensors corresponds to each category of standards (primary, secondary or work). This article also deals with the causes of the errors encountered.
Auteur(s)
-
Thierry VIGNERON : Ingénieur de l’École Centrale de Lyon - Directeur de Pyro-Contrôle Groupe Chauvin Arnoux
INTRODUCTION
Le domaine technique couvert par les éléments sensibles à résistance, principalement de platine, est très vaste. Ces éléments sensibles sont mis en œuvre dans les thermomètres qui servent d’étalons primaires dans la définition de l’Échelle Internationale de Température et d’étalons secondaires dans les laboratoires d’étalonnage ; ils sont largement utilisés dans l’industrie pour les thermosondes à résistance et sont aussi incorporés dans des systèmes de grande diffusion pour des applications domestiques.
Après le rappel de quelques éléments théoriques, l’objet de cet article est de décrire les technologies d’élaboration des éléments sensibles à résistance de platine pour la construction des thermomètres étalons, et leur mise en œuvre dans les capteurs de température. Nous nous intéresserons également aux causes des erreurs de mesure.
Enfin, nous présenterons succinctement d’autres résistances métalliques et matériaux résistifs utilisés dans les laboratoires ou l’industrie.
Cet article est lié à celui sur les cannes pyrométriques (Bases documentaires : Mesures physiques. Dossier Cannes pyrométriques[R 2 710]), qui présente la mise en œuvre de ces éléments sensibles pour la réalisation des thermosondes à résistance, qui est un cas particulier des cannes pyrométriques.
Certains paragraphes reprennent le précédent article de Jean-Michel AUTRAN , ancien Chef du Laboratoire de Thermométrie au Comptoir Lyon-Allemand Louyot.
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Sources d’erreurs3. Éléments sensibles utilisés dans les capteurs industriels
3.1 Typologies d’assemblage
Il faut distinguer les thermomètres proprement dits des capteurs de température, qui sont le plus généralement utilisés pour le contrôle de procédés industriels. Ces derniers peuvent se présenter en éléments standards mécaniquement interchangeables (les cannes pyrométriques) ou sous forme de capteurs adaptés à un besoin particulier. Selon le cas, on recherche un capteur :
-
utilisable dans un domaine de température plus ou moins étendu ;
-
résistant à la pression ;
-
résistant aux vibrations ;
-
étanche ;
-
de temps de réponse rapide ;
-
etc.
Pour la définition des capteurs de température (les cannes pyrométriques), on se reportera au dossier Cannes pyrométriques[R 2 710], bases documentaires : Mesures physiques. Les capteurs industriels à Pt100 sont constitués de l’habillage de sondes thermométriques standards, de valeurs 100 Ω à 0 ˚C et 138,5 Ω à 100 ˚C. On utilise deux technologies de sondes : les sondes bobinées et les sondes à couche de platine.
HAUT DE PAGE
Les sondes bobinées sont réalisées avec un fil de platine, de diamètre 25 µm la plupart du temps, bobiné sur lui-même afin de réaliser une sonde de faibles dimensions, pouvant obtenir une valeur très voisine de 100 Ω à 0 ˚C. Il existe plusieurs catégories de sondes bobinées.
-
Sondes bobinées à enrobage de verre : elles sont constituées d’un fil de platine de quelques micromètres de diamètre et long d’environ 50 cm, en double bobinage sur un mandrin de verre, recouvert par un manchon de verre scellé à chaud sous vide. Le filament est alors maintenu solidairement au verre, ce qui confère...
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Éléments sensibles utilisés dans les capteurs industriels
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CALLENDAR (H.L.) - On the practical measurement of temperature (La pratique des mesures de températures) - . Philos. Trans. Roy. Soc. London (Ser. A), 178, p. 160-230 (1887).
-
(2) - KITTEL (C.) - Introduction à la physique de l’état solide - . Dunod (1970).
-
(3) - MATTHIESSEN (A.), VOGT (C.) - Einige Bemerkungen über den Einfluss der Legierungsbildung auf den Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes der Metalle (Remarques sur l’influence de la formation d’alliages sur le coefficient de température de la résistance électrique des métaux) - . Pogg. Ann., no 122, p. 19, cité par KOSTER (W.) et HEUSLER (J.) (1864), Metall, 22, p. 1-8 (janv. 1968).
-
(4) - MEYERS (C.H.) - Coiled filament resistance thermometers (Filament bobiné pour thermomètre à résistance) - . J. Res. Nat. Bur. Stand., 9, no 6, p. 807-15 (1932).
-
(5) - Erreur engendrée par les fuites thermiques le long des connecteurs des capteurs de température - . Université de Bar-Ilan (Israël) Mesures...
ANNEXES
La plupart des pays industrialisés ont repris la norme européenne CEI 60751 « Industrial platinum resistance thermometer sensors » : en France, NF EN 60751, en Allemagne DIN EN 60751, au Royaume Uni BS EN 60751.
Cette norme internationale définit principalement :
-
• la résistance R0 à 0 ˚C : 100 Ω ;
-
• la relation mathématique résistance-température dans le domaine de température de la sonde (§ 1.1.1 de l’article [R 2 525]) ;
-
• le rapport R100/R0 = 1,385 0 (différent de celui des thermomètres...
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