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Mesure de température


Thermomètre de Galilée

On attribue à Gallilée le premier thermomètre. Il était constitué d'un tube vertical fermé seulement à son extrémité supérieure et dont l'extrémité inférieure était plongée dans un bain liquide. La poche de gaz ainsi piégée dans le tube se dilatait avec la température et faisait varier le niveau liquide dans le tube. Mais ce niveau du liquide était aussi perturbé par la pression atmosphérique.

Echelles de température

Degrés centigrades ou Celsius (C)

Anders Celsius en 1742, proposa une échelle définie par:
- le point 100 degrés correspond à la température de fusion de la glace
- le point 0 degré correspond à la température d'ébullition de l'eau.

Plus tard on inversa les références et on appela la nouvelle échelle "centigrade". Le nom de Celsius ne sera de nouveau associé à cette échelle qu'en 1948.

Degrés Kelvin (K)

C'est une échelle dite absolue, c'est-à-dire que le 0 correspond à la température pour laquelle la pression d'un gaz idéal est égale à 0.
Cette température ne peut pas être atteinte expérimentalement mais seulement approchée.
Par convention le point triple de l'eau est fixé à 273,16 K.

Degrés Fahrenheit (F)

Imaginée en 1724 par Gabriel Fahrenheit:
- le point 0 degré correspond à la température de fusion de la glace d'un mélange d'eau et de chlorure d'ammonium; c'était la température la plus basse qu'on était capable de produire en laboratoire à cette époque.
- le point 96 degrés (pour être un multiple de 12) correspond à la température du corps humain.

Equivalence des unités

deg C
deg K
deg F
Pres gaz réel = 0
-273
 0
-459,4
Fusion de la glace
 0
273
32
Ebullition de l'eau
100
373
212

K = C - 273

F = 0,18 C + 32

Thermomètre à bulbe

Un liquide est enfermé dans un bulbe de verre surmonté d'un tube fin et gradué.
Le volume du liquide varie avec la température de manière linéaire. Il s'ensuit que le niveau du liquide dans le tube varie.
Le liquide peut être du Mercure, ou tout autre liquide coloré pour que le niveau puisse être aisément repéré.

Bilame métallique

Principe:

Utilise la différence de coefficient de dilatation de deux métaux de nature différente et solidement fixés entre eux.
Sur une variation de température, cela provoque une torsion de l'assemblage.

Application:

Le mouvement du bilame est repris par un mécanisme qui fournit une indication continue sur un cadran à aiguille pour une lecture locale et visuelle de la température.
Il peut aussi être utilisé pour déclencher un contact utilisé dans un système de régulation.

Thermocouple

Principe de l'effet Seebeck:

Thomas Johann Seebeck fit la découverte en 1821 que deux conducteurs de nature différente, en contact électrique à leurs extrémités et dont les jonctions sont soumises à des températures différentes génèrent un champ magnétique. Plus tard on comprit qu'un courant électrique était généré dans le circuit. Si le circuit électrique ainsi formé est ouvert, une tension apparait qui est fonction de la nature des métaux et de la température des jonctions.

Principaux avantages:

- moins couteux que les sondes à résistance pour les hautes températures
- encombrement plus faible et réponse plus rapide à des changements de température
- moins fragile que les sondes résistantes, ils peuvent être exposés aux chocs et aux vibrations

Principales applications:

Symbole
Nature
Tre limite
T
cuivre/constantan
-200 +350°C
J 
fer/constantan
0 +750°C
K
chromel/alumel
-200 +1250°C
N 
nicrosil/nisil
-270 +1300°C
S
Pt-10%Rh/Pt
0 +1450°C
R
Pt-13%Rh/Pt
0 +1450°C
B
Pt-30%Rh/Pt-6%Rh
0 +1700°C
W
W/W-26%Re
0 +2300°C

Sonde à résistance

Principe:

Utilise la propriété qu'a la résistivité électrique des matériaux d'augmenter avec la température.
L'une des plus utilisées est la sonde platine dite Pt100. On mesure la résistance électrique d'un fil de platine qui est de 100ohms à 0°C.
D'autres matériaux peuvent être utilisés tels que le Cuivre, le Nickel ou un alliage Fer-Nickel.

La tolérance de mesure varie de 0,06 à 0,12% (mesuré à 0°C) selon la classe du capteur.

Le tableau ci-dessous donne les limites de température d'utilisation:

Matériau
Tre mini / maxi
Platine
-230 / 650°C
Cuivre
-70 / 150°C
Nickel
-100 / 320°C
Alliage Fe-Ni
0 / 200°C

Principaux avantages:
- grande précision -100 et +600°C et excellente stabilité.

Thermistor

Principe:

Utilise la variation de résistance d'un semi-conducteur avec la température.
Le domaine de température est limité à -100°C / +300°C.
Plus compact que les sondes à résistance, leur réponse à des variations de température est plus rapide.

Aspect visuel

Les métaux portés à des températures supérieures à 500°C prennent une couleur allant du rouge (fer chauffé au rouge) au blanc (fer chauffé à blanc).
La couleur du métal est une première indication de sa température.

Couleur
°C
Rouge brun
600
Rouge sang
650
Cerise sombre
700
Cerise moyen
760
Cerise brillant
810
Rouge clair
870
Orange
930
Orange clair
980
Jaune
1050
Jaune clair
1100
Blanc
1200

Pyromètre optique

Principe:

Mesure de l'énergie émise par un objet qui dépend de sa température et de son pouvoir émissif.

Principaux avantages:

Mesure à distance sans contact et sans que l'instrument de mesure ne soit soumis aux même températures.

Principales applications:

Mesure de températures dans les fours


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