Que ce soit à titre personnel ou dans un contexte professionnel, il est parfois nécessaire de contrôler la température, dans le but de trouver des explications à une situation ou une problématique. Pour avoir des mesures de températures fiables, il coule de source que des technologies performantes doivent être utilisées. C’est d’autant plus nécessaire dans le domaine de l’industrie où la précision des grandeurs est d’une importance capitale. Avec quelles technologies est mesurée la température en industrie ?
Les technologies des capteurs de contact pour mesurer la température
Pour mesurer la température dans le secteur industriel, il faut généralement miser sur les technologies de capteurs, réputées pour leur précision et leur fiabilité. Un capteur de température est une technologie qui interprète une information relative à la température en un signal électrique qu’un instrument de mesure peut exploiter. Il peut s’agir d’un automatisme ou d’un afficheur.
En pratique, les capteurs de températures se déclinent en deux grandes catégories. On retrouve d’abord les capteurs de température par contact qui établissent un point de contact avec le matériau dont on veut mesurer la température. Ils sont d’ailleurs les plus répandus. On retrouve ensuite les capteurs de température sans contact dont le fonctionnement repose sur la technologie infrarouge. Ils déterminent la température en mesurant le rayonnement thermique émis par le matériau qui leur est soumis.
Dans l’industrie, ce sont les technologies de capteur de mesure de température par contact qui sont plébiscitées. Différents types de capteurs caractérisent cette catégorie. Vous y trouverez par exemple des capteurs adaptés à la mesure de température d’une surface et des sondes qui permettent de prendre la température à l’intérieur d’un élément. L’efficacité des capteurs par contact repose sur la qualité du contact entre l’appareil de mesure et l’élément dont on souhaite mesurer la température.
Il existe diverses technologies de capteurs par contact :
- les thermocouples,
- la technologie résistive avec détecteur de température à résistance (RTD),
- la technologie résistive utilisant les semi-conducteurs (thermistances),
- la technologie d’expansion de liquide,
- la technique bimétallique.
Malgré cette diversité de technologies, il convient de préciser que dans l’industrie, ce sont les technologies résistives et thermocouples qui sont les plus utilisées.
La technologie résistive RTD dans la mesure de température en industrie
Le fonctionnement d’un capteur de température de type RTD repose sur la variation de température du métal utilisé en fonction de la température. Concrètement, la RTD se base sur les changements de résistance dans le métal, de sorte que la résistance augmente de façon relativement linéaire avec la température.
En l’occurrence, différents métaux peuvent être utilisés, avec pour chacun des plages de mesure variées :
- le platine : -200° à 600°C,
- le nickel : -60°C à 180°C,
- le cuivre : -190°C à 150°C,
- le tungstène : -100°C à 1400°C.
De tous ces métaux, le platine est le plus utilisé pour les capteurs de températures à résistance, à la faveur de sa large plage de mesure. Ces technologies sont appelées capteur de température à résistance de platine et sont sensibles au changement de température en générant un changement de résistance de la résistance intégrée. Dans leur gaine de protection, vous trouverez de la résistance thermométrique, des fils internes isolés et des pinces extérieures pour connecter les éléments de mesure entre eux.
Les modèles les plus connus de ces capteurs sont les Pt100 et les Pt1000. Les Pt1000 se démarquent par une meilleure précision et une certaine flexibilité quant aux grandes longueurs de fil. Pour les capteurs à résistance de platine, c’est la norme DIN 60751 : 2009 qui régit le rapport entre la température et la résistance. Le métal le plus utilisé après le platine est le nickel.
En comparaison à d’autres types de capteurs de température utilisés dans l’industrie, les capteurs à résistance RTD se caractérisent par une meilleure précision, en plus d’une réponse résolument linéaire. De même, les capteurs RTD sont appréciés pour leur large plage de mesure et leur stabilité, quoiqu’ils aient un temps de réponse plus long.
La technologie résistive de type thermistance
Les capteurs de température à thermistances sont la seconde variante de capteurs utilisant la technologie résistive pour mesurer la température, en industrie particulièrement. Pour opérer, les thermistances utilisent la variation de la résistance d’oxydes métalliques en fonction de la température. La version la plus populaire des thermistances est celle à Coefficient de Température Négative (CTN). On parle de thermistances CTN.
Par opposition aux RTD de platine, la résistance des CTN diminue avec la température, mais reste plus importante que celle des sondes RTD platine. Cela s’explique par le fait que, lorsque la température de référence de 25°C est atteinte, la résistance des CTN peut avoisiner les 5.000 ohms, voire 10.000 ohms.
Lorsque vous avez besoin d’une grande résolution, préférez les thermistances CTN, au bénéfice de la grande variation de résistance qu’elles permettent pour une faible variation de température. Elles présentent un autre atout majeur, il s’agit de leur temps de réponse plutôt court comparé aux technologies axées platine. Si les TNC sont aussi accessibles en termes de prix, on leur associe deux petits problèmes : leur fragilité et leur gamme de mesure plutôt limitée.
Par ailleurs, la catégorie des thermistances se caractérise aussi par la présence de la technologie à Coefficient de Résistance Positive (CTP).
Les thermocouples
Les thermocouples sont des technologies de mesure de température par contact qui utilisent aussi des métaux (en duo), en plus de deux conducteurs qui sont des fils de thermocouple. Les thermocouples arrivent à détecter la température de l’élément de contact grâce à l’effet thermoélectrique généré par la soudure des deux métaux. On parle d’effet Seebeck.
Une force électromotrice (exprimée en mV) issue de la différence de température entre deux intersections naît de cet effet thermoélectrique. La soudure chaude, c’est-à-dire le point de jonction des deux fils thermocouple est alors soumise à la température mesurée. Quant à la soudure froide représentant les extrémités non associées du thermocouple, elle est soumise à la température générée au point de connexion. Les thermocouples utilisés dans l’industrie pour mesurer la température se présentent sous différentes formes équivalant à des couples de métaux différents.
Vous trouverez, entre autres paires, les thermocouples de type :
- T, composé de cuivre et de constantan pour une plage de températures allant de -250°C à 400°C,
- J, composé de fer et de constantan pour une plage de températures comprise entre -180°C et 750°C,
- E, composé de chromel et de constantan avec une plage de températures allant de -40°C à 900°C,
- S, composé de platine-rhodium (10%) et de platine couvrant une plage de températures entre 0°C et 1700°C.
Il existe encore les thermocouples de type K, R, B, N, G, C, D. Le choix de l’un ou l’autre de ces couples est fonction de la plage de températures sur laquelle il devra opérer et du type d’ambiance. Par exemple, les thermocouples de type T sont indiqués pour les environnements oxydants, réducteurs et sous vide. Dans les environnements humides, ils résistent à la corrosion.
Les thermocouples de type E se prêtent quant à eux aux atmosphères oxydantes et continuellement inertes. Pour mesurer la température dans une atmosphère sous vide, vous obtiendrez de meilleurs résultats avec les thermocouples de type J. Les thermocouples de type S sont recommandés pour les hautes températures.
Par ailleurs, les sondes thermocouples présentent divers avantages. On peut citer en ce sens leur bonne tenue et leur stabilité à températures élevées. De même, en termes de prix ces sondes sont plutôt abordables, pour un temps de réponse extrêmement court. Elles se déclinent aussi en des diamètres et dimensions multiples.
Malgré ces atouts non négligeables, on leur associe tout de même quelques bémols. Elles sont par exemple moins précises que d’autres technologies de mesure de température, la RTD notamment. Ces sondes émettent également un signal électrique assez faible, sans compter le fait que leur câblage soit souvent onéreux.
Les critères de choix des capteurs de mesure de température en industrie
Pour choisir un capteur à contact, il faut déjà savoir quelle technologie privilégier. Pour la technologie RTD, tablez prioritairement (dans cet ordre) sur la précision, la linéarité, la sensibilité et le coût. Pour les thermistances, la sensibilité, le coût, la linéarité et la précision sont à privilégier dans cet ordre. Le choix d’une sonde thermocouple doit être orienté avant tout sur le coût et la linéarité.
Par ailleurs, il est une autre variable importante à considérer pour choisir une solution de mesure de température sans contact. Il s’agit du temps de réponse, une modalité d’une importance capitale. Les thermocouples sont ainsi à préférer aux technologies RTD.
Logiquement, il faudra aussi considérer la plage de températures à mesurer pour choisir la technologie la plus adaptée à votre besoin. Les matériaux qui constituent chaque capteur doivent être aussi pris en compte afin d’opérer un choix judicieux. Ces différents paramètres étudiés, vous pourrez collecter des mesures de températures fiables pour vos différentes réalisations en industrie.
Salut, c’est Antho ! Auto-entrepreneur depuis peu, je suis venu pour donner des conseils à tout ceux qui veulent mieux maitriser le monde impitoyable de l’entreprise !
