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Principes de mesure de la température

Pourquoi la mesure de la température est-elle importante ?

La mesure de la température joue un rôle crucial dans la qualité final d'un produit et dans la sécurité d'une usine. La température peut en effet avoir un impact significatif sur plusieurs aspects, comme le goût, la viscosité, la densité, la solubilité et l'état agrégé d'un produit.

Mais avant toute chose : quelle est la définition de la température ? Pour faire simple, la température peut être définie comme la quantité physique d'énergie thermique, qui mesure le niveau d'énergie cinétique dans les particules. Plus l'énergie cinétique des particules est importante, plus la température sera élevée et vice versa.

Comment mesurer la température dans les applications industrielles ?

Il existe différents appareils de mesure de la température, tous adaptés à des applications différentes selon le secteur industriel. Les plus fréquents sont les thermomètres bimétalliques, les thermomètres industriels avec thermocouples ou détecteurs de température à résistance, également appelés RTD et les transmetteurs de température.

Thermomètres bimétalliques

Les thermomètres bimétalliques, également appelés thermomètres bimétaux ou sondes de température, se composent de deux métaux ayant chacun des coefficients de dilatation différents. À mesure qu'ils montent en température, l'un des métaux se dilate plus que l'autre, ce qui provoque une déformation. Cette déformation est transférée mécaniquement pour déplacer une aiguille sur un cadran, permettant ainsi de mesurer et de lire la température en fonction de l'échelle. Économiques, les thermomètres bimétalliques constituent une excellente solution pour la mesure et l'indication locales de la température.

Découvrir les thermomètres bimétalliques

Figure 1 - Structure d'un thermomètre bimétallique

Figure 1 - Structure d'un thermomètre bimétallique


Les avantages des thermomètres bimétalliques :

  • Faible coût, fiable
  • Ne nécessite pas d'alimentation électrique
  • Bonne option pour l'indication locale

Limites des thermomètres bimétalliques :

  • Les pièces internes en mouvement nécessitent un entretien
  • Recalibrage et correction peuvent s'avérer nécessaires avec le temps
  • Pas de signal en sortie

Thermocouples

Figure 2 - Fonctionnement du thermocouple

Figure 2 - Fonctionnement du thermocouple

Les thermocouples fonctionnent sur la base de l'effet Seebeck, qui implique de souder l'un à l'autre deux fils conducteurs électriques de matériaux différents. On appelle le point de soudure la jonction à chaud. Il est possible de mesurer une tension entre les deux fils, appelée jonction à froid, laquelle dépend de la température. Les thermocouples peuvent être fabriqués dans différents matériaux, porter différents noms et être conçus pour différentes plages de température.

Le Type K (nickel-Chrome/nickel-aluminium) est le thermocouple le plus courant ; c'est un capteur peu coûteux mais fiable sur une plage de température de -200 à 1 300 °C. Pour les applications plus exigeantes avec des températures plus élevées, les thermocouples en alliage noble avec du platine et du rhodium, comme les thermocouples de type B, R et S peuvent mesurer des températures supérieures à 1 700 °C.

Les thermocouples nécessitent des câbles spéciaux. Connecter un thermocouple avec un câble dans un matériau différent de ceux qui le compose va crer un nouveau thermocouple, lequel va lui aussi produire une tension et entraîner des erreurs de mesure. Les câbles rallonge et de compensation des thermocouples doivent donc être spécialement conçus à cet effet. Pour les longues distances, le câblage spécial peut devenir coûteux et le système est sensible aux interférences. Il est donc recommandé d'utiliser un transmetteur de température à proximité du capteur pour transmettre la température mesurée à l'aide d'un signal de télémétrie standardisé et robuste, comme 4-20 mA, 0-10 V, ou des protocoles de communication numérique.


Avantage des thermocouples

  • Faible coût, fiable
  • Il existe différentes versions pour des plages de températures différentes
  • Supporte des températures supérieures par rapport aux RTD
  • Temps de réponse plus rapide que pour les RTD
  • Peuvent être branché à un transmetteur de température

Limites des thermocouples :

  • Signal non linéaire
  • Signal à faible tension sensible au bruit électrique
  • Nécessite un câble spécial
  • Des écarts de mesure peuvent se produire avec le temps, impliquant la nécessité d'un recalibrage

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Détecteurs à thermomètres à résistance

Les détecteurs thermométriques à résistance, également appelés thermomètres à résistance ou simplement RTD, sont des capteurs de température composés d'un matériau métallique dont la résistance électrique varie en fonction de la température. La relation entre la température et la résistance électrique, permet alors de mesurer la température. Le platine est le matériau le plus fréquemment utilisé dans les RTD, que l'on trouve sur les RTD Pt100 et Pt1000, ces derniers fournissant une valeur de résistance bien définie, stable et linéaire Il est toutefois possible d'utiliser des matériaux meilleur marché sur les RTD, comme le cuivre et le nickel.

La construction des RTD peut varier en fonction du fabricant et du modèle. Les deux conceptions les plus courantes sont le RDT à fil et le RDT à couche mince. Les RTD à fil sont plus précis et peuvent fonctionner dans une plage de température plus large. Ils sont toutefois plus chers et moins résistants aux contraintes mécaniques que les RTD à couche mince. Les RTD à couche mince sont également plus compacts et ont une meilleure réponse dans la pointe du capteur.

Figure 3 - RTD à fil (en haut) ; RTD à couche mince (en bàs)

Figure 3 - RTD à fil (en haut) ; RTD à couche mince (en bàs)

On peut trouver des RTD dans des configurations à 2, 3 ou 4 fils. C'est la résistance du capteur des RTD qui permet d'indiquer la température. La résistance du câble s'additionne toutefois à celle du capteur et peut avoir un impact significatif sur la précision, en fonction de la distance du câble. Les RTD à 3 et 4 fils ont été conçus pour être câblés dans un circuit électrique de compensation prévu pour compenser la résistance du câble, ce qui diminue ainsi son impact sur la mesure, la version à 4 fils étant la plus précise de toutes. Dans tous les cas, il est recommandé d'utiliser un transmetteur de température proche du capteur pour relier les capteurs sur de longues distances. De cette façon, la résistance électrique du câblage n'affecte pas la valeur de la mesure.

Découvrez les thermomètres à résistance


Les avantages des RTD :

  • Plus précis que les thermocouples
  • Plus linéaires et stables que les thermocouples
  • Peuvent être branché à un transmetteur de température
  • Ne nécessitent pas de câble spécial

Inconvénients des RTD

  • Plus chers que les thermocouples
  • Généralement conçus pour des températures inférieures à 600 °C
  • La résistance des câbles peut affecter la valeur de mesure

Tubes protecteurs

Les tubes protecteurs servent à protéger les capteurs de température contre l'abrasion, la corrosion, les vibration et les impacts mécaniques. Sur la figure 4, il s'agit d'un tube avec une extrémité fermée qui sert de gaine à la sonde de température. En plus de protéger le capteur de température, il permet également de retirer ou de remplacer un capteur sans avoir à arrêter le procédé.

Lors du choix d'un tube protecteur, il est important de prendre en compte certains aspects comme les diamètres interne et externe, la longueur, le matériau, le raccordement au procédé et la conception, qui doivent être compatibles avec le capteur prévu.

Découvrir les tubes protecteurs

Figure 4 - Sonde de température et tube protecteur

Figure 4 - Sonde de température et tube protecteur


Avantages du tube protecteur

  • Offre une résistance mécanique au capteur
  • Les capteurs peuvent être retirés ou remplacés sans avoir à arrêter le procédé

Limites du tube protecteur :

  • Augmente le temps de réponse du capteur
  • Augmente la perte de pression en raison d'une empreinte plus importante

Transmetteurs de température

Figure 5 - Tête de transmetteur (à gauche), Transmetteur rail Din (à droite)

Figure 5 - Tête de transmetteur (à gauche), Transmetteur rail Din (à droite)

Les transmetteurs de température servent à transmettre le signal de mesure sur de longues distances à l'aide d'un signal de télémétrie normalisé (ex. : 4-20 mA) ou de protocoles de communication numérique, qui sont très robustes et résistants au bruit électrique. Les thermomètres compacts peuvent être équipés d'un transmetteur de température intégré, mais un capteur autonome peut être connecté à des transmetteurs rail DIN / tête intégré, qui sont compatibles avec la plupart des types de thermocouples et de RTD.

Certains modèles de transmetteurs de température offrent également une possibilité de paramétrage, d'étalonnage, de diagnostic intégré et d'autres fonctionnalités.

Découvrir les transmetteurs rail DIN / tête intégré


Avantages des transmetteurs de température :

  • Signal de télémétrie industriel robuste sur les longues distances
  • Possibilité de paramétrage, d'étalonnage et de diagnostic, selon le modèle.
  • Compatible avec une large gamme de capteurs de température

Limites des transmetteurs de température :

  • Coûts supplémentaires

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Comment choisir un appareil de mesure de la température pour application industrielle ?

De nombreux facteurs peuvent intervenir dans le choix d'un capteur de température, et en raison de tous les aspects techniques à prendre en compte, choisir le bon modèle peut s'avérer difficile et prendre du temps. Il suffit toutefois de répondre à quelques questions pour réduire le choix.

1) Pour quelle application ?

Bien connaître l'application s'avère crucial : s'agit-il de mesurer la température des liquides et de gaz en circulation dans un tuyau ou contenus dans un réservoir, la température ambiante d'une pièce, ou même la température d'une surface ? Chaque capteur est conçu pour une tâche spécifique et n'offrira pas le même degré de performance en cas d'utilisation autre. Il est donc important de vérifier que le capteur a bien été conçu pour l'application que vous envisagez.

2) Quelle est la plage de température requise ?

Chaque capteur de température a été conçu pour fonctionner dans une plage de température spécifique. L'utilisation d'un capteur en dehors de ses limites peut entraîner des inexactitudes, un dysfonctionnement et même des dommages.

3) Quels sont la précision et le temps de réponse requis ?

Les capteurs de températures offrent différentes classes de précision et de temps de réponse. Il est donc important de vérifier que le capteur sélectionné répond aux exigences du procédé.

4) Quelles sont les conditions de l'installation ?

Les sondes de température peuvent avoir des longueurs d'insertion, des diamètres de sonde et des connexions de processus différents. Pour cette raison, il est utile de vérifier que le capteur choisi présente des dimensions et des connexions compatibles avec le lieu d'installation.

Avez-vous besoin de plus d'informations sur les capteurs de température ?

Avez-vous besoin d'aide pour choisir un capteur de température ? Notre équipe d'ingénieurs est là pour vous aider à trouver le produit adapté à vos applications :

Envoyez un courriel à nos ingénieurs qualifiés

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