Mesures de températures

Mesures de températures
La température est un paramètre qui intéresse tous ceux qui volent avec un moteur.
Admission, échappement, culasse, liquide de refroidissement, huile… vous connaissez tous ces indicateurs,
découvrons maintenant ce qui se cache derrière.
Plusieurs systèmes de mesure s’offrent à nous et sont à placer en différentes classes :
Systèmes Physiques :
Le principe général de fonctionnement est la dilatation d’un corps, par exemple la colonne de mercure de votre
bon vieux thermomètre. Comme tout corps se dilate en fonction de la température il est possible de visualiser
cette dilatation sur une échelle graduée. Un autre système est le bilame : une lame ressort enroulée généralement
en spirale et constituée de 2 métaux à coefficient de dilatation différend se déforme et entraîne l’aiguille de
l’indicateur via un mécanisme.
Les systèmes décrits ci dessus ne permettent pas de mesurer à un endroit (moteur) et de lire l’indication à un
autre (tableau de bord) mais il existe néanmoins un système physique appelé thermomètre à bulbe et capillaire.
Le bulbe rempli d’un liquide à fort coefficient de dilatation (jadis de l’éther) communique par l’intermédiaire
d’un tube capillaire en cuivre recuit avec un manomètre qui indique la pression qui dépend elle-même de la
température. (T° culasse sur anciens Limbach par ex.)
On comprendra sans mal que la complexité mécanique coûteuse par rapport à la précision obtenue et la relative
fragilité les ont fait peu à peu abandonner au profit des instruments électriques souvent moins chers et plus
solides.
Systèmes électriques sans alimentation :
Il s’agit d’un capteur particulier qui produit une tension ou un courant dépendant de la température. On affiche
cette tension avec un indicateur (millivoltmètre ) gradué en degrés.
Ce capteur particulier appelé thermocouple est constitué d’une soudure de 2 métaux différends qui quand elle est
chauffée génère une tension de quelques millivolts et plusieurs milliampères, puissance suffisante pour actionner
un galvanomètre (ou tout juste tenir ouverte la vanne de la veilleuse de votre chaudière au gaz). Ce serait
formidable si la médaille n’avait un revers… comme pour fermer le circuit il faudra bien à un moment ou à un
autre créer un couple inverse, (à travers le galvanomètre indicateur) la tension générée est fonction de la
différence de température entre ce qu’on appelle la soudure chaude et la soudure froide. Tout se passe donc bien
tant que la soudure froide se trouve à 0°C, on a une indication correcte. Si cette soudure froide se trouve à une
autre température, il faudra en tenir compte pour lire correctement la température de la soudure chaude…
Par exemple, si la soudure froide se trouve à +30°C il faudra ajouter 30°C à la valeur lue pour connaître la T°
correcte. Il est possible de compenser dans une certaine mesure à l’intérieur de l’instrument par une résistance
dont la valeur change en fonction de la température appelées CTN ou CTP (Coefficient de T° Positif ou
Négatif). C’est ce qui est parfois fait avec plus ou moins de bonheur dans les instruments destinés à des ULM ou
des CNRA, mais pas toujours… (la plupart des indicateurs EGT et certains CHT sont de ce type) les instruments
de ce type certifiés le sont mieux, mais beaucoup plus chers…
Je vous imagine moins ravis de savoir que la T° de votre culasse indiquée n’est juste qu’à la valeur de la T°
ambiante près… surtout quand la T° du cockpit va de –10°C en hiver à 40°C ou plus en plein soleil d’été et que
quand il fait chaud l’indicateur s’éloigne de plus en plus ( vers le bas ) de la valeur réelle…..
C’est pourtant souvent le cas… mais en étant conscient vous pouvez dès à présent en tenir compte..
Si votre instrument est compensé, c’est indiqué dans la notice et la plage de température où l’instrument est
compensé en principe aussi, mais ce n’est pas pour cela qu’il est étalonné… Nous verrons plus bas comment
procéder aussi bien pour vérifier l’étalonnage que la compensation de soudure froide.
Malgré cet inconvénient, ce type d’instrument est parmi les plus fiables, parce qu’extrêmement simple au niveau
des températures élevées (CHT ou EGT)
Il faudra idéalement que le fil et la connectique allant de la sonde à l’instrument soit du même métal afin de ne
pas introduire de couple supplémentaire générant lui aussi une tension dépendant de la différence de T° … Il
existe aussi du fil dit de compensation un peu moins cher que le fil thermocouple (uniquement intéressant quand
les quantités de mesures sont importantes et l’installation étendue (usines thermoplastiques) . En pratique, le
connecteur a très peu d’importance puisqu’il constitue 2 couples tête-bêche à la même T° (très court) et donc
s’annulant mutuellement.
Si vus disposez de fil ad hoc, la réalisation d’une sonde est enfantine : torsadez les 2 fils de métal différent et
maintenez les en contact étroit (sertissure, soudure…) et c’est tout…. C’est la nature des 2 métaux qui détermine
la tension…
Systèmes électriques ou électroniques alimentés :
C’est la catégorie la plus vaste et qui utilise les capteurs les plus divers mais qui nécessite une alimentation
électrique pour l’électronique parfois ridiculement simple ou très sophistiquée au niveau de l’indicateur …
Capteurs utilisés :
Le thermocouple :
Il est employé comme capteur mais la mesure de la T° de la soudure froide est ajoutée ou soustraite
électroniquement pour afficher sur on indicateur à aiguille ou digital la T° réelle. Une table reprenant les valeurs
de tension du thermocouple en fonction de la T° a servi à l’étalonner. C’est le capteur le plus solide et supportant
la plupart des mauvais traitements, que ce soit thermique ou mécanique.
La mesure se fait à l’extrémité ou se trouve la soudure des 2 métaux.
Avec une compensation correcte la gamme va de –270°C à 1370°C (type K)
L’étalonnage ne se fait cependant que sur une portion de cette gamme pour améliorer la précision (courbe non
parfaitement linéaire)
Les remarque ci dessus au niveau du thermocouple s’appliquent sauf pour la compensation bien meilleure ici.
Le tableau donne les valeurs de tension en mV générée pour 3 des types les plus courants ( J : fer/constantant et
K : chromel/alumel et T : cuivre/constantant ) la mesure de la T° de la soudure froide se fait par un capteur
donnant la valeur de la T° absolue de celle ci et une addition ou une soustraction est faite pour l’affichage.
T° (°C)
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
K
-5.891
-3.553
0
4.095
8.137
12.207
16.395
20.640
24.902
29.128
33.277
37.325
41.269
45.108
J
-7.890
-4.632
0
5.268
10.777
16.325
21.846
27.388
33.096
39.130
-------------
T
-5.603
-3.378
0
4.277
9.286
14.860
20.869
----------------------
La sonde platine (PT100) :
Ici la résistance d’un fil de platine très fin noyé dans une perle de verre
La résistance vaut 100 ohms à 0°C et augmente linéairement avec la T° (voir tableau)
L’indicateur est un simple ohmmètre (digital ou à aiguille) gradué en degrés. La précision est
exceptionnellement bonne (0.1°C absolus) et sa gamme va de –200 à +800 °C. la totalité de la partie active
(20mm) de la sonde doit mesurer les T° contrairement au thermocouple dont la seule partie sensible est
l’extrémité
Quand la longueur des fils de liaison est non négligeable on mesurera avec 4 fils (2 pour l’alimenter et 2 pour lire
la tension en haute impédance ) , c’est inutile dans notre cas.
Application typique : mesure de la T° carburateur (givrage)
T°
(°C)
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
Résistance

18.53
60.20
100
138.50
175.84
212.03
247.06
280.93
313.65
345.21
800
375.61
La thermistance :
C’est aussi une résistance variant avec la température mais sa plage de mesure ne dépasse pas les 300°C et sa
variation n’est pas linéaire, ce qui oblige à compenser la courbe, notamment en ayant une graduation non linéaire
sur le cadran ou par calcul dans le microprocesseur du système à affichage digital. Ce capteur est le meilleur
marché disponible (quelques francs pour une thermistance nue) et d’une précision relativement satisfaisante
pour notre usage. C’est lui que l’on retrouve en automobile très couramment. (T° huile, eau…) les sondes de
pression automobile ont un comportement identique en fonction de la pression et les indicateurs sont les même à
part l’échelle graduée en pression. La grande variété de valeurs de résistance et de courbes fait qu’il faut
s’assurer que le capteur est bien celui qui convient pour la sonde employée. Sa précision est très moyenne mais
suffit dans la plupart des cas nous intéressant.
le capteur à semi-conducteurs :
Il s’agit d’un boîtier à 3 fils de la taille d’un transistor (5mm)contenant un transistor dont l’augmentation de
courant de fuite en fonction de la T° est parfaitement connu associé à un convertisseur qui donne en sortie une
tension de 10mV par °K par exemple ou un courant de même proportion. Ces capteurs sont d’excellent qualité
mais limités à des T° inférieures à 190°C puisque constitués de silicium. Leur utilisation est ridiculement simple
puisqu’il suffit de mesurer le courant ou la tension en sortant pour connaître la T° absolue en degrés Kelvin (0°
kelvin = -273°C = zéro absolu)
Pour connaître la valeur en °C on prendra la valeur en °K et on ajoutera 273…
Malgré sa qualité et son faible coût (quelques francs), il est curieusement peu utilisé sur aéronef. Peut être parce
qu’il n’existe pas couramment de version pour être montée directement mécaniquement. En revanche, c’est lui
qu’on retrouve presque à coup sur pour compenser la T° de soudure froide sur un système électronique utilisant
des thermocouples.
Voilà, ce petit article théorique vous aidera, je l’espère, à choisir le capteur adapté en connaissance de cause.
Des exemples de réalisation seront disponibles sur le site d’air souris set ( http://air.souris.set.free.fr )
Notamment un CHT digital ultra simple à base de PT100…
Jean François.
Comment vérifier de façon simple un indicateur :
On l’a vu ci dessus les indicateurs sont loin d’êtres tous parfaits au niveau de l’étalonnage et/ou de la
compensation. Voici quelques pistes à suivre pour vous assurer de vos indicateurs.
Tout d’abord, la référence d’étalonnage :
On peut situer très facilement les points 0°C et 100°C (à la variation de pression atmosphérique près) puisque
c’est la glace d’eau pure fondante et la T° où l’eau s’évapore (à la pression atmosphérique du niveau de la mer)
Il suffira donc de plonger la sonde dans l’eau à ces deux températures pour disposer de 2 points relativement
précis.
D’autres points plus chauds peuvent être réalisés en plaçant la sonde en compagnie d’un thermomètre étalonne
dans de l’huile ou du sable chauffé. La précision dépendra dans ce cas de l’étalonnage de votre thermomètre de
référence que vous aurez pu contrôler dans la glace et l’eau bouillante…
Placez la sonde dans le bain de T° connue, laissez stabiliser la mesure et notez la lecture de votre afficheur pour
les différentes valeurs ( 0°C dans la glace, 100°C dans l’eau bouillante…).
Si elle se trouve hors des tolérances admissibles, retouchez le réglage soit du 0 soit du maximum pour vous
approcher au mieux de la valeur réelle.
Après correction, re-vérifiez les points mesurés.
Idéalement les points de réglage devraient se trouver aux extrémités de la gamme (0 et maxi.)
Quelques idées pour générer des T° élevées :
Pour des T° de l’ordre de 200°C, la friteuse de madame (très pratique pour les CHT ! ), Au-delà un minuscule
pot en terre ou un coquetier métallique rempli de sable et posé directement sur les braises du barbecue… (EGT)
Toujours attendre l’équilibre des T° pour être sûr de ne pas faire d’erreur, surtout à haute T° dans du sable…
Pour vérifier la compensation de T° d’un indicateur à thermocouple :
Comme expliqué dans le texte ci-dessus les concernant, les thermocouples génèrent une tension dépendant de la
différence de T° entre 2 jonctions, la valeur absolue n’étant correcte que si la soudure froide est à 0°C
Comme ce n’est le cas que rarement (ou alors dans un seau de glace au laboratoire) une compensation de cette
T° devra être faite pour lire correctement sans effectuer des additions peu pratiques...
Il suffira de réaliser la procédure ci dessus avec l’instrument à T° ambiante puis de la répéter avec l’instrument
ayant passé au moins 1/2H au surgélateur (-20°C) si la mesure est cohérente dans les 2 cas, il est correctement
compensé, dans le cas contraire, vous saurez à quoi vous attendre … En effet, la différence entre la T° négative
du surgélateur et la positive mettront en évidence la qualité de la compensation. Malheureusement il n’est pas
possible de corriger celle ci de façon simple comme la re-calibration décrite ci dessus…