Introduction à la mesure de la température

Introduction à la mesure de la température

1) Définitions

La chaleur est une forme d’énergie liée au mouvement permanent de molécules et d’atomes qui constituent tout élément. La chaleur d’un corps augmente lorsque le mouvement de ses molécules devient plus important. Le transfert de chaleur se fait du corps qui a Ia plus grande chaleur vers le corps qui a la plus petite chaleur de façon à atteindre l’équilibre thermique.

La température est la forme physique de la quantité de chaleur qu’un corps possède, comparée avec un autre phénomène physique. On ne mesure pas la température : c’est une échelle basée sur les variations d’un phénomène physique exprimé par une autre grandeur. L’équilibre thermique est atteint quand deux corps se rencontrent à la même température.

2) Les échelles thermométriques

Les échelles thermométriques rencontrées sont le degré Celsius (°C), le degré Fahrenheit (°F) et Kelvin (sans degré K). La température est basée sur les lois thermodynamiques et sur l’attribution de la valeur 273,16K au point triple de l’eau, température dans laquelle les 3 phases physiques (solide, liquide, gazeux) se rencontrent en équilibre. Les formules suivantes définissent les relations entre les différents types de degrés :

TK= TC + 273,15

TK est la température absolue ou thermodynamique en Kelvin (K) et TC est la température Celsius (°C).

TC = TF-32
5          9

TC est la température en Celsius (°C) et TF est la température en Fahrenheit (°F)

Pour résumer :

• Le °F est plus utilisé dans les pays de la langue anglaise
• Le K s’utilise dans les études thermodynamiques et physiques
• Le °C est utilisé d’une forme plus généralisée et universelle.
• La représentation des températures thermodynamiques est fournie par l’approximation de l’Echelle Internationale de Température de 1990 (EIT-90)

3) Famille de capteurs de température

Un capteur de température est un dispositif dont la fluctuation avec le changement de température est exprimée par une grandeur ou une propriété (physique, chimique …).
Lorsque l’équilibre thermique avec le corps (ou le milieu) est atteint, le capteur mesure l’effet de sa variation sur la propriété, et non la forme directe de la température.
Suivant la grandeur, on distingue différents types de capteurs de température:

• Thermomètres à résistance métallique : variation de la résistance électrique d’un corps conducteur (élément métallique Pt, Ni ou Cu monté sur un élément isolant céramique ou verre) avec la température.
• Thermistances : variation de la résistance électrique d’un corps semi-conducteur (oxyde métallique).
• Couples thermoélectriques : transformation du différentiel de température des jonctions (soudure froide et soudure chaude) de 2 conducteurs de nature différente en force électromotrice (f.e.m).
• Pyromètres : variation des radiations du spectre émis.
• Thermomètres à dilatation : augmentation ou diminution des dimensions d’un corps ou substances avec la variation de température. On distingue des thermomètres à dilatation de gaz (variation du volume ou de pression d’une masse de gaz donnée), de liquide (variation de volume du liquide), de solide (variation de longueur d’un solide).
• Thermomètre à quartz : variation de la fréquence émise par certains éléments avec un changement de température.
• Thermomètre de germanium / de carbone : variation de la résistance électrique d’un corps non métallique.

4) Choix d’un capteur de température

Pour toute mesure de température, il est nécessaire de se poser les questions essentielles au choix du capteur :

• Gamme de température d’utilisation ? : température minimale – température maximale – pic…
• But de la mesure à effectuer ? : lecture, contrôle de process, sécurité, régulation …
• Emplacement du capteur ? : nature et dimensions du milieu et de l’environnement, propriété des matériaux constitutifs, mouvement …
• Quand faire la mesure ? : en continu ou espacée, l’instant de mesure, mesures simultanées, stabilité thermique ou non … ?

D’autres paramètres doivent aussi être pris en compte dans le choix final du capteur : le prix d’achat, la durée de vie, le temps de réponse, l’interchangeabilité, simplicité d’utilisation, sensibilité, etc….