Capteurs et Actionneurs Chapitre 5: Capteur de température Enseignant: Mr. BESKRI Charfeddine Assistant Technologue en Génie Électrique A.U.:20010/2011

Capteur de température Objectifs : Vous devez connaître les différentes technologies et les caractéristiques des capteurs de température étudiés dans ce chapitre.

Capteur de température Plan du cours: Les échelles de températures Thermomètre à résistance et thermistance Thermocouple Capteurs électroniques Précautions

1. Les échelles de température Échelles employées : Kelvin Celsius Rankin Fahrenheit T ( Celsius) = T (kelvin) -273,15

1. Les échelles de températures T ( Celsius) = T (kelvin) -273,15

2. Thermomètre à résistance et thermistance Le fonctionnement des thermomètres à résistance et des thermistances est basé sur un même phénomène physique, à savoir la variation de la résistance électrique d'un conducteur avec la température.

2.1 Thermomètre à résistance Lorsque la température varie on a : R = R0(1 + a  + b 2 + c 3 + …) plus connue pour nous comme : R = R0(1 + a  ) Relation linéaire avec : q la température en °C ; R0 la résistance à 0 °C ; a, b et c des coefficients positifs, spécifiques au métal

2.1 Thermomètre à résistance La sonde « Pt100 » est une sonde platine qui a une résistance de 100 Ohms pour une température de 0 °C

2.1 Thermomètre à résistance Résistance d’une Pt100 à 100°C ? Réponse : R=100.1,392=139.2 

2.2 Thermistance  Une thermistance est un agglomérat d'oxydes métalliques frittés, c'est-à-dire rendus compacts par haute pression exercée à température élevée, de l'ordre de 150 bars et 1000 °C

2.2 Thermistance La loi de variation est de la forme fonction e appelée exponentielle a et b sont deux paramètres de la thermistance.

2.2Thermistance Comparaison avec un thermomètre résistant : La variation de la résistivité est beaucoup plus importante pour une thermistance. La thermistance n’est pas linéaire.

2.2 Thermistance

3. Thermocouple

3. Thermocouple q m q a Soudure « chaude » Soudure « froide » Ou Ou Deux matériaux différents Conducteur A Conducteur B q m q a Soudure « chaude » Ou Jonction de mesure Soudure « froide » Ou Jonction de référence

3. Thermocouple q m q a Relier 2 matériaux différents crée une FEM Conducteur A Conducteur B q m q a

3. Thermocouple Soumettre un conducteur à des différences de température : création d’une FEM Conducteur A Conducteur B q m q a

3. Thermocouple q m q a Valable aussi pour le conducteur B Conducteur A Conducteur B q m q a

Les 2 phénomènes entrent en jeu : 3. Thermocouple Les 2 phénomènes entrent en jeu :

3. Thermocouple Lorsqu'une différence de température est présente aux bornes d’un conducteur électrique le flux de chaleur créé un mouvement d'électrons, ce qui génère une force électromotrice (fém) dans cette zone.

3. Thermocouple A la jonction de deux conducteurs différents située à une température , on observe également l'apparition d'une différence de potentiel.

3. Thermocouple Jonction de référence Jonction de mesure

3. Thermocouple

3. Thermocouple Les deux FEM sont égales…

3. Thermocouple  =100 °C  E=5,27 mV

3. Thermocouple  =110 °C  E=5,82 mV

3. Thermocouple  =103 °C  ???

3. Thermocouple x-5,27 103-100 = 5,82-5,27 110-100 5,82 10x-52,7=1,65 x=5,435 mV 100 103 110  =103 °C  E # 5,44 mV

3. Thermocouple : Élaboration Les matériaux thermoélectriques, la gaine et l’isolant, la soudure chaude, le câble d’extension et le type de raccord ou de connecteur qui permettent de relier le thermocouple à l’appareil de mesure

3. Thermocouple : Élaboration Les matériaux thermo-électriques :

3. Thermocouple : Élaboration La gaine et l’isolant :

3. Thermocouple : Élaboration - La soudure chaude ou jonction de mesure : - La soudure froide ou jonction de référence : Les appareils sont équipés d’une compensation de soudure froide électronique. La température de référence est donnée par une sonde platine, une thermistance ou une diode.

3. Thermocouple : Élaboration - Les raccords : câbles d’extension et connecteurs : Le thermocouple est raccordé à l’appareil de mesure à l’aide d’un câble d’extension ou de compensation. Les matériaux du câble d’extension sont en général les mêmes que ceux du thermocouple; ils n’introduisent donc pas d’erreur dans la mesure.

4. Capteurs électroniques Diodes, Diodes zener …

4. Capteurs électroniques Il est possible d’utiliser des composants électroniques comme capteurs de températures. Ce ne sont pas principalement les caractéristiques fondamentales de ces composants qui nous intéressent, mais plutôt certaines de leurs particularités.

4. Capteurs électroniques : Diodes Les caractéristiques du courant absorbé par la diode en directe varie selon la température. C’est cette particularité qui est utilisé dans le montage ci-dessous.

4. Capteurs électroniques : Zener

5. Précautions a) Pour les thermistances et les résistances La recherche d'une bonne sensibilité de mesure conduit à faire traverser la résistance thermométrique par un courant relativement important. C'est pourquoi les courants de mesure sont généralement de l'ordre du mA et rarement supérieurs à 10 mA chaleur

5. Précautions b) Pour les thermomètres a résistance Pour une grande longueur, les résistances des fils de connections de la sonde au système de mesure ne sont plus négligeables. Il faut donc tenir compte de cette erreur en employant des dispositifs de câblages particuliers.

5. Précautions b) Pour les thermomètres a résistance

5. Précautions b) Pour les thermocouples : Le thermocouple est un générateur de tension. La sortie d’un thermocouple sera donc reliée à un transmetteur ou à un système de mesure ayant une impédance d’entrée suffisamment grande. ( ex: AOP en montage adaptateur d’impédance….)

5. Transmetteur: • Signal d’entrée programmable : Pt100; TC; • Signal de sortie : Courant 4/20 mA linéarisé Un transmetteur PT100  0-10 V est employé dans le système Habilis