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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Éléments sensibles à autres résistances métalliques et autres matériaux résistifs4. Sources d’erreurs
Un instrument de mesure ou de repérage est caractérisé par les trois qualités suivantes :
-
exactitude ;
-
fidélité ;
-
justesse.
4.1 Fidélité, stabilité, hystérésis
La fidélité est la faculté de l’instrument d’indiquer des valeurs très groupées, de manière répétable, si la grandeur mesurée ou repérée ne varie pas physiquement.
Parmi les grandeurs d’influence étudiées, celle de la température est la plus observée puisque, par nature, un thermomètre est exposé à des cyclages thermiques.
Il faut faire la distinction entre les dérives irréversibles (on parlera alors de stabilité en température ou de vieillissement) et les dérives réversibles que l’on nomme hystérésis.
HAUT DE PAGE4.1.1 Stabilité en température
Selon la technologie de la sonde et le mode d’utilisation (montage, milieu), on observe des dérives de natures différentes. Les principales causes de dérive sont les suivantes : le recuit du métal après fabrication et les effets de pollution.
-
Recuit du métal après fabrication : la disparition des défauts de structure a pour effet de diminuer la résistivité.
Si l’on revient à la règle de Matthiessen [3], on constate que, en première approximation, la courbe résistance-température subit une translation égale, par exemple, à la variation de R0.
Cette dérive provoque donc une erreur de température globalement uniforme. Elle est d’autant plus forte que l’on est au début du processus de stabilisation et que la température de cyclage est élevée, comme pour tous les phénomènes thermoactivés.
La plupart des constructeurs vieillissent les sondes...
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Sources d’erreurs
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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