capteur temperature

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Capteur de temprature

Chapitre 4

Capteur de tempratureObjectifs :Vous devez connatre les diffrentes technologies et les caractristiques des capteurs de temprature tudis dans ce chapitre.

Comptences :Identifier les lments externes des boucles de rtroaction et les caractriser. (49)

Capteur de tempraturePlan du cours Les chelles de tempratures Thermomtre rsistance et thermistance Thermocouple Capteurs lectroniques Mesures optiques Prcautions

2. Les chelles de tempraturechelles employes : -Kelvin -Celsius -Rankin -FahrenheitT ( Celsius) = T (kelvin) -273,15Conversion en ligne :http://www.lenntech.com/fran%C3%A7ais/conversion-unit%C3%A9s/temperature.htm

2. Les chelles de tempraturesT ( Celsius) = T (kelvin) -273,15

Kelvin (K) Celsius (C) Rankin (R)

Fahrenheit (F)

Zro absolu quilibre eau glace 101325 Pa bullition de l'eau 101325 Pa

0 273,15 373,15

-273,15 0 100

0 491,67 671,67

-459,67 32 212

3. Thermomtre rsistance et thermistanceLe fonctionnement des thermomtres rsistance et des thermistances est bas sur un mme phnomne physique, savoir la variation de la rsistance lectrique d'un conducteur avec la temprature.

3. Thermomtre rsistanceLorsque la temprature varie on a : R = R0(1 + a U + b U2 + c U3 + ) plus connue pour nous comme : R = R0(1 + a U )Relation linaireavec : U la temprature en C ; R0 la rsistance 0 C ; a, b et c des coefficients positifs, spcifiques au mtal

3. Thermomtre rsistanceRsistivit Point de Mtal 0 C fusion C ;.cm Cuivre 7 1083 Nickel 6,38 1453 Platine 9,81 1769 Indium 9 153 Domaine d'emploi C -190 +150 -60 +180 -250 +1100 -269 +27 R100/R0 1,427 1,672 1,392

La sonde Pt100 est une sonde platine qui a une rsistance de 100 Ohms pour une temprature de 0 C

3. Thermomtre rsistanceRsistance dune Pt100 100C ?

Rponse :

R=100.1,392=139.2 ;

3. ThermistanceUne thermistance est un agglomrat d'oxydes mtalliques fritts, c'est--dire rendus compacts par haute pression exerce temprature leve, de l'ordre de 150 bars et 1000 C

3. ThermistanceLa loi de variation est de la forme

R ! aea et b sont deux paramtres de la thermistance.

b Ufonction e appele exponentielle

3.ThermistanceComparaison avec un thermomtre rsistant :

La variation de la rsistivit est beaucoup plus importante pour une thermistance. La thermistance nest pas linaire.

3. ThermistanceDsignation : Encombrement : Caractristiques : Faible : y petits cylindres (d = 1 12 mm, L = 5 50 mm), y disques (diamtre 5 mm ; paisseur 3 mm), y btonnets (diamtre 3,2 mm de et longueur 11 mm), y perles. Leur domaine d'utilisation va de -80 +700 C 1/10me un demi degr Peuvent tre traverses indiffremment par un courant continu ou alternatif. De 5 k; 100 k; environ La loi de variation de la rsistance en fonction de la temprature n'est pas linaire.

Plage de temprature : Prcision : Alimentation lectrique : Gamme de rsistance : Inconvnient :

4. Thermocouple

4. ThermocoupleDeux matriaux diffrentsConducteur A

Conducteur B

Um

Ua Soudure froide Ou Jonction de rfrence

Soudure chaude Ou Jonction de mesure

4. ThermocoupleConducteur A

Relier 2 matriaux diffrents cre une FEM

Conducteur B

Um

Ua

4. ThermocoupleSoumettre un conducteur des diffrences de temprature : cration dune FEMConducteur A

Conducteur B

Um

Ua

4. ThermocoupleValable aussi pour le conducteur BConducteur A

Conducteur B

Um

Ua

4. ThermocoupleLes 2 phnomnes entrent en jeu :

4. ThermocoupleLorsqu'une diffrence de temprature est prsente aux bornes dun conducteur lectrique le flux de chaleur cr un mouvement d'lectrons, ce qui gnre une force lectromotrice (fm) dans cette zone.

4. ThermocoupleA la jonction de deux conducteurs diffrents situe une temprature U, on observe galement l'apparition d'une diffrence de potentiel.

4. ThermocoupleJonction de rfrence

Jonction de mesure

4. Thermocouple

4. Thermocouple

Les deux FEM sont gales

4. ThermocoupleC -100 0 C 0 100 200 0 -4,63 0 0 0 5,27 10,78 -10 -5,04 -0,5 10 0,51 5,82 11,33 -20 -5,43 -1 20 1,02 6,36 11,89 PR 6642 AJ02 Fe-CuNi Type J -30 -40 -50 -60 -70 -5,8 -6,16 -6,5 -6,82 -7,12 -1,48 -1,96 -2,43 -2,89 -3,34 30 40 50 60 70 1,54 2,06 2,59 3,12 3,65 6,91 7,46 8,01 8,56 9,12 12,44 13 13,55 14,11 14,66 PR 6452 AT/02 Cu-CuNi Type T -30 -40 -50 -60 -70 -4,18 -4,42 -4,65 -4,87 -5,07 -1,12 -1,48 -1,82 -2,15 -2,48 30 40 50 60 70 1,2 1,61 2,06 2,47 2,91 5,71 6,2 6,7 7,2 7,72 10,91 11,46 12,01 12,57 12,14 -80 -7,4 -3,79 80 4,19 9,68 15,22 -90 -7,66 -4,22 90 4,73 10,22 15,77 -100 -7,89 -4,63 100 5,27 10,78 16,33

C -100 0 C 0 100 200

0 -3,38 0 0 0 4,28 9,29

-10 -3,66 -0,38 10 0,39 4,75 9,82

-20 -3,92 -0,76 20 0,79 5,23 10,36

-80 -5,26 -2,79 80 3,36 8,34 13,71

-90 -5,44 -3,09 90 3,81 8,76 14,28

-100 -5,6 -3,38 100 4,28 9,29 14,84

U =100 C

E=5,27 mV

4. ThermocoupleC -100 0 C 0 100 200 0 -4,63 0 0 0 5,27 10,78 -10 -5,04 -0,5 10 0,51 5,82 11,33 -20 -5,43 -1 20 1,02 6,36 11,89 PR 6642 AJ02 Fe-CuNi Type J -30 -40 -50 -60 -70 -5,8 -6,16 -6,5 -6,82 -7,12 -1,48 -1,96 -2,43 -2,89 -3,34 30 40 50 60 70 1,54 2,06 2,59 3,12 3,65 6,91 7,46 8,01 8,56 9,12 12,44 13 13,55 14,11 14,66 PR 6452 AT/02 Cu-CuNi Type T -30 -40 -50 -60 -70 -4,18 -4,42 -4,65 -4,87 -5,07 -1,12 -1,48 -1,82 -2,15 -2,48 30 40 50 60 70 1,2 1,61 2,06 2,47 2,91 5,71 6,2 6,7 7,2 7,72 10,91 11,46 12,01 12,57 12,14 -80 -7,4 -3,79 80 4,19 9,68 15,22 -90 -7,66 -4,22 90 4,73 10,22 15,77 -100 -7,89 -4,63 100 5,27 10,78 16,33

C -100 0 C 0 100 200

0 -3,38 0 0 0 4,28 9,29

-10 -3,66 -0,38 10 0,39 4,75 9,82

-20 -3,92 -0,76 20 0,79 5,23 10,36

-80 -5,26 -2,79 80 3,36 8,34 13,71

-90 -5,44 -3,09 90 3,81 8,76 14,28

-100 -5,6 -3,38 100 4,28 9,29 14,84

U =110 C

E=5,82 mV

4. ThermocoupleC -100 0 C 0 100 200 0 -4,63 0 0 0 5,27 10,78 -10 -5,04 -0,5 10 0,51 5,82 11,33 -20 -5,43 -1 20 1,02 6,36 11,89 PR 6642 AJ02 Fe-CuNi Type J -30 -40 -50 -60 -70 -5,8 -6,16 -6,5 -6,82 -7,12 -1,48 -1,96 -2,43 -2,89 -3,34 30 40 50 60 70 1,54 2,06 2,59 3,12 3,65 6,91 7,46 8,01 8,56 9,12 12,44 13 13,55 14,11 14,66 PR 6452 AT/02 Cu-CuNi Type T -30 -40 -50 -60 -70 -4,18 -4,42 -4,65 -4,87 -5,07 -1,12 -1,48 -1,82 -2,15 -2,48 30 40 50 60 70 1,2 1,61 2,06 2,47 2,91 5,71 6,2 6,7 7,2 7,72 10,91 11,46 12,01 12,57 12,14 -80 -7,4 -3,79 80 4,19 9,68 15,22 -90 -7,66 -4,22 90 4,73 10,22 15,77 -100 -7,89 -4,63 100 5,27 10,78 16,33

C -100 0 C 0 100 200

0 -3,38 0 0 0 4,28 9,29

-10 -3,66 -0,38 10 0,39 4,75 9,82

-20 -3,92 -0,76 20 0,79 5,23 10,36

-80 -5,26 -2,79 80 3,36 8,34 13,71

-90 -5,44 -3,09 90 3,81 8,76 14,28

-100 -5,6 -3,38 100 4,28 9,29 14,84

U =103 C ???

4. Thermocouplex-5,27 103-100 = 5,82-5,27 110-100 5,82 x 5,27 10x-52,7=1,65 x=(1,65+52,7)/10 x=5,435 mV 100 U =103 C 103 E # 5,44 mV 110

4. Thermocouple : laboration

Les matriaux thermolectriques, la gaine et lisolant, la soudure chaude, le cble dextension et le type de raccord ou de connecteur qui permettent de relier le thermocouple lappareil de mesure

4. Thermocouple : laborationLes matriaux thermo-lectriques :Mtaux non rares et/ou non prcieux (-200C" 1200C)Type K Type J Type E Type N Type S Type R Type B Chromel-alumel fer-constantan Chromel-constantan Nicrosil-nisil : platine rhodi 10% Rh-platine : platine rhodi 13% Rh-platine : platine rhodi 30% Rh-platine rhodi 6% Rh

Thermocouples platine-rhodium (0C" 1600C)

Thermocouples tungtne-rhnium (0C" 2200C)Version C Tungtne-rhni 5% Re-tungtne-rhni 25% Re Version D Tungtne-rhni3% Re-tungtne-rhni 25% Re

4. Thermocouple : laborationLa gaine et lisolant :

4. Thermocouple : laboration- La soudure chaude ou jonction de mesure :

- La soudure froide ou jonction de rfrence : Les appareils sont quips dune compensation de soudure froide lectronique. La temprature de rfrence est donne par une sonde platine, une thermistance ou une diode.

4. Thermocouple : laboration- Les raccords : cbles dextension et connecteurs : -Le thermocouple est raccord lappareil de mesure laide dun cble dextension ou de compensation. Les matriaux du cble dextension sont en gnral les mmes que ceux du thermocouple; ils nintroduisent donc pas derreur dans la mesure.

5. Capteurs lectroniques Diodes, Diodes zener

5. Capteurs lectroniquesIl est possible dutiliser des composants lectroniques comme capteurs de tempratures. Ce ne sont pas principalement les caractristiques fondamentales de ces composants qui nous intressent, mais plutt certaines de leurs particularits.

5. Capteurs lectroniques : DiodesLes caractristiques du courant absorb par la diode en directe varie selon la temprature. Cest cette particularit qui est utilis dans le montage ci-dessous.UD

ID

E1

I

R1

+

g

S1

UE1

US1

5. Capteurs lectroniques : Zener

6. Mesures par fibres optiques

Voir documentation technique

7. Prcautionsa) Pour les thermistances et les rsistances La recherche d'une bonne sensibilit de mesure conduit faire traverser la rsistance thermomtrique par un courant relativement important. C'est pourquoi les courants de mesure sont gnralement de l'ordre du mA et rarement suprieurs 10 mAchaleur

7. Prcautionsb) Pour les thermomtres a rsistance

Pour une grande longueur, les rsistances des fils de connections de la sonde au systme de mesure ne sont plus ngligeables. Il faut donc tenir compte de cette erreur en employant des dispositifs de cblages particuliers.

7. Prcautionsb) Pour les thermomtres a rsistance2fils,PT100 Systme de mesure

Il na pas de compensation de la rsistance des fils. Utilisation pour de faible longueur Le systme de mesure possde une compensation interne. Utilisation pour de moyenne longueur Le systme de mesure possde une compensation interne encore plus prcise. Utilisation pour de grande longueur

3 fils,

PT100

Systme de mesure

4 fils.

PT100

Systme de mesure

7. Prcautionsb) Pour les thermocouples : Le thermocouple est un gnrateur de tension.

La sortie dun thermocouple sera donc relie un transmetteur ou un systme de mesure ayant une impdance dentre suffisamment grande. ( ex: AOP en montage adaptateur dimpdance.)

7. Transmetteur

Signal dentre programmable : Pt100; TC; Signal de sortie : Courant 4/20 mA linaris En botier polyamide montage sur rail DIN

Un transmetteur PT100 0-10 V est employ dans le systme Habilis