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RÉSUMÉ
Cet article concerne la mise en œuvre des mesures de températures surfaciques en thermométrie par contact, les thermomètres sans contact du type infrarouge ne sont pas traités dans cet article. Sont rappelés les deux types de mesure de température surfacique : mesures directes et mesures indirectes dont la finalité est différente. Les qualités ainsi que les bonnes pratiques de mise en œuvre des capteurs dépendent de la nature de la température recherchée : directe ou indirecte. Pour comprendre les mises en œuvre spécifiques, les principes physiques sont rappelés et les différents types de capteurs disponibles sont présentés.
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Jacques-Olivier FAVREAU : Chargé d’études et de formation - CETIAT (Centre technique des industries aérauliques et thermiques), Villeurbanne, France
INTRODUCTION
La mesure de température de surface fait partie de notre quotidien et pourtant les résultats de mesure font l'objet de critiques sur la représentativité de la température recherchée. Par exemple, prenons comme capteur de température, notre main. En l'appliquant sur le front d'une personne nous pouvons faire un premier diagnostic afin de vérifier la présence de fièvre. Cette première impression est souvent fiable, même si la quantification est réalisée par la mesure d'un thermomètre. La main utilisée pour évaluer une température de surface, tout comme un capteur industriel, peut fournir une impression fausse de la température de paroi. Par exemple, l'appui de la main sur une rampe d'escalier chauffée par le soleil donnera une sensation de douce chaleur si elle est en bois ou de brûlure si elle est en acier ! Ce biais d'évaluation dépend des caractéristiques thermiques (conductivité, effusivité…) du support, qui échangera plus ou moins de chaleur. Tout comme la main, les capteurs de températures industriels peuvent fournir des résultats faux en fonction de la qualité du capteur, des caractéristiques thermiques du support, des conditions d'environnement ainsi que de leurs mises en œuvre.
L'objectif de cet article est de présenter les bonnes pratiques de mise en œuvre de ces capteurs afin d'évaluer une température surfacique le mieux possible. Sont rappelés les principes physiques, les effets parasites et l'impact de l'environnement intervenant sur ces mesures de température particulières.
Les deux principales applications des capteurs de surface sont clairement définies afin de permettre au lecteur d'utiliser la technique de mesures la mieux adaptée. Cet article est illustré d'exemples technologiques.
Pour une bonne mise en œuvre des capteurs de température de surface, il est important :
-
d'identifier le besoin (mesure surfacique ou autre) ;
-
de connaître les effets perturbateurs ; macroconstriction, résistance de contact, effet d’ailette, effusivité thermique… ;
-
d'utiliser les capteurs appropriés ;
-
de maîtriser l'environnement ;
-
d'utiliser des méthodes adaptées.
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MOTS-CLÉS
Thermométrie par contact Flux thermique Macroconscriction Mesure de température de surface
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1. Contexte : deux types d’application des mesures de température de surface
Cette partie présente l’état des lieux des mesures de température de surface, ainsi qu'un certain nombre d’applications. Les deux types d’utilisation de ces capteurs sont rappelés : mesures directes et mesures indirectes. Avant toute mise en œuvre, il est important que l'utilisateur sache quelle va être l'utilisation finale des résultats de mesures. Ce point est important car source d’incompréhensions, avec, entre autre, des mises en œuvre et des objectifs différents.
La mesure de température de surface permet à la fois de garantir la mise en forme des produits, la surveillance des procédés de fabrication et la sécurité de contact des carters (éviter les brûlures). Les industries de mise en forme des matériaux (agroalimentaire, plasturgie, caoutchouc) doivent maîtriser la température de surface des mélangeurs, extrudeuses, moules… pour optimiser leurs productions.
1.1 Sémantique concernant la mesure de température de surface en thermométrie par contact
La mesure de température surfacique est utilisée dans beaucoup d'applications industrielles. En thermométrie par contact, les capteurs de température de surface sont utilisés pour deux applications distinctes ; soit pour mesurer une température surfacique (entre un solide et l'air), soit pour mesurer celle d'un milieu interne situé sous la surface. Ce point est à l'origine d'incompréhensions. Il est fondamental de l'expliciter, car en fonction de la finalité, les méthodes à déployer seront différentes. Pour faciliter le discours, nous allons définir les concepts de mesures de température de surface « directes » et « indirectes ».
Nous identifierons par « mesures de température de surface directes », celles dont l'objectif est de mesurer la température surfacique qui régnait avant l'application du capteur. Cette terminologie correspond à la théorie déployée pour expliquer les différents phénomènes impliqués dans le processus de mesure (température de surface avec l'application du capteur). Elle est reprise pour l'explication théorique des effets parasites, ainsi que pour l'identification des facteurs d'influence. Les capteurs de surface sont conçus pour mesurer la température à l'interface solide/air. Toutefois les capteurs « clamp-on » sont développés...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - * - NF EN ISO 13732-1 (2008).
-
(2) - SACADURA (J.-F.) - Initiation aux transferts thermiques. - Tec & Doc Lavoisier, pages : 445 (2000).
-
(3) - BARDON (J.P.), RAYNAUD (M.), SCUDELLER (Y.) - Mesures par contact des températures de surface. - Rev générale de Thermique (HS95) 34, p 15-35 Elsevier, Paris.
-
(4) - * - NF ISO/CEI GUIDE 99 (2011).
-
(5) - MORICE (R.), DEVIN (E.) - La mesure par contact des températures de surface : étalonnage des capteurs de surface et traçabilité des mesures : Congrès français de thermique. - SFT 2000, Lyon (15-17 mai 2000).
-
(6) - LIDBECK (M.), IVARSSON, ANDRAS, HOLMEN, WECKSTROM, ANDERSEN - Interlaboratory Comparison of Reference...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Guide d'utilisation des capteurs de température de surface : validation de la méthode par des cas concrets d'application en milieu industriel
http://www.lne.fr/download-pdf/download_utilisation_capteur_temperature.asp
Guide d'étalonnage des capteurs de température de surface en vue d'améliorer l'exactitude des mesures
http://www.lne.fr/download-pdf/download_etalonnage_capteur_temperature.asp
HAUT DE PAGE
NF EN ISO 13732-1 (2008), Ergonomie des ambiances thermiques – Méthodes d'évaluation de la réponse humaine au contact avec des surfaces – Partie 1 : surfaces chaudes.
NF ISO/CEI GUIDE 99 (2011), Vocabulaire international de métrologie – Concepts fondamentaux et généraux et termes associés (VIM).
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