Quelles sont les caractéristiques des capteurs de température ?

Un capteur de température Un capteur de température est un dispositif capable de mesurer la température et de la convertir en un signal de sortie exploitable. Les capteurs de température constituent l'élément central des instruments de mesure de température et se déclinent en une grande variété de types. Selon leur méthode de mesure, on distingue deux catégories : les capteurs à contact et les capteurs sans contact. Selon les caractéristiques des matériaux et des composants électroniques utilisés, on distingue également deux catégories :thermistanceet thermocouple.

Un capteur de température désigne un capteur capable de détecter la température et de la convertir en un signal de sortie utilisable. Capteurs de température Les thermistances sont l'élément central des instruments de mesure de température. Elles se déclinent en une grande variété de types, classés en deux catégories selon leur méthode de mesure : les thermistances et les thermocouples. Ces derniers se répartissent en deux grandes catégories selon les matériaux utilisés pour leurs capteurs et les caractéristiques de leurs composants électroniques. Il existe quatre principaux types de thermistances. Capteurs de température: thermocouples, thermistances,détecteurs de température à résistance (RTD)et les capteurs de température à circuit intégré. Les capteurs de température à circuit intégré comprennent deux types de contacts :

sortie analogique et sortie numérique

L'élément de détection d'un capteur de température à contact assure un contact optimal avec l'objet mesuré, également appelé thermomètre. Les thermomètres atteignent l'équilibre thermique par conduction ou convection, ce qui permet à leurs mesures de refléter directement la température de l'objet mesuré. Généralement, la précision de mesure est relativement élevée. Dans une certaine plage de mesure, un thermomètre peut également mesurer la distribution de température à l'intérieur d'un objet. Cependant, pour les objets en mouvement, les petites cibles ou les objets à très faible capacité thermique, des erreurs de mesure importantes peuvent survenir. Parmi les thermomètres couramment utilisés, on trouve les thermomètres bimétalliques, les thermomètres à liquide, les thermomètres à pression, les thermomètres électropositifs, les thermistances et les thermomètres à thermocouple. Ils sont largement utilisés dans l'industrie, l'agriculture, le commerce, etc. Au quotidien, on utilise souvent ces thermomètres pour mesurer des températures inférieures à 120 K. Des thermomètres basse température ont été développés, tels que les thermomètres à gaz basse température, les thermomètres à pression de vapeur, les thermomètres acoustiques, les thermomètres à sel paramagnétique, les thermomètres quantiques, les thermistances basse température et les thermocouples basse température. Les thermomètres basse température nécessitent des éléments de détection de température compacts, précis, reproductibles et stables. La thermistance en verre cémenté, obtenue par frittage de verre poreux à haute teneur en silice, est un élément de détection adapté aux thermomètres basse température et permet de mesurer des températures comprises entre 1,6 et 300 K.

Sans contact

Ses composants sensibles ne sont pas en contact avec l'objet mesuré ; on parle alors d'instruments de mesure de température sans contact. Ce type d'instrument permet de mesurer la température de surface d'objets en mouvement, de petites cibles et d'objets à faible capacité thermique ou présentant des variations de température rapides (transitoires), ainsi que la distribution de température au sein d'un champ thermique.

Les instruments de mesure de température sans contact couramment utilisés sont basés sur le principe du rayonnement du corps noir et sont appelés instruments de mesure de température par rayonnement. Les méthodes de mesure de température par rayonnement comprennent la méthode de la luminance (voir pyromètre optique), la méthode de rayonnement (voir pyromètre à rayonnement) et la méthode colorimétrique (voir thermomètre colorimétrique). Ces différentes méthodes ne permettent de mesurer que la température photométrique, la température de rayonnement ou la température colorimétrique correspondante. Seule la température mesurée pour un corps noir (un objet qui absorbe tout le rayonnement mais ne réfléchit pas la lumière) correspond à la température réelle. Pour déterminer la température réelle d'un objet, il est nécessaire de corriger son émissivité de surface. L'émissivité de surface dépend non seulement de la température et de la longueur d'onde, mais aussi de l'état de surface, du revêtement et de la microstructure. En automatisation, la thermométrie par rayonnement est souvent utilisée pour mesurer ou contrôler la température de surface de certains objets, comme la température de laminage des bandes d'acier, la température des cylindres de laminage, la température de forgeage et la température de divers métaux en fusion dans les fours de fusion ou les creusets en métallurgie. Dans ces situations particulières, mesurer l'émissivité de surface d'un objet est assez difficile. Pour la mesure et le contrôle automatiques de la température de surface solideUn réflecteur additionnel peut être utilisé pour former une cavité de corps noir autour de la surface mesurée. L'influence de ce rayonnement additionnel augmente le rayonnement effectif et le coefficient d'émission effectif de la surface mesurée. En utilisant ce coefficient d'émission effectif et en ajustant la température mesurée à l'aide d'un instrument, on obtient la température réelle de la surface. Un réflecteur additionnel typique est un réflecteur hémisphérique. Le rayonnement diffus près du centre de la sphère sur la surface mesurée est réfléchi vers cette surface par le miroir hémisphérique, générant ainsi un rayonnement additionnel et améliorant le coefficient d'émission effectif. représente l'émissivité de la surface du matériau et p la réflectivité du réflecteur. Pour la mesure du rayonnement et la détermination de la température réelle des milieux gazeux et liquides, on peut utiliser la méthode consistant à insérer des tubes en matériau réfractaire à une certaine profondeur afin de former des cavités de corps noir. On calcule ensuite le coefficient d'émission effectif de la cavité cylindrique après l'atteinte de l'équilibre thermique avec le milieu. En mesure et contrôle automatiques, cette valeur permet de corriger la température mesurée au fond (c'est-à-dire la température du milieu) et d'obtenir la température réelle du milieu.

Avantages de la mesure de température sans contact :La limite supérieure de mesure n'est pas limitée par la résistance thermique de l'élément capteur ; il n'y a donc, en principe, aucune limitation quant à la température mesurable. Pour les températures élevées, supérieures à 1800 °C, la méthode principale utilisée est la mesure sans contact par mélange de poissons-globes. Avec le développement de la technologie infrarouge, la mesure de température par rayonnement s'est progressivement étendue de la lumière visible à l'infrarouge et est désormais utilisée de moins de 700 °C jusqu'à la température ambiante avec une haute résolution visuelle.