capteurs de température

Les capteurs de température
1) Généralités
Les capteurs de température sont utilisés dans de nombreuses industries.
- chimie
- alimentation
- analyse et optimisation de fonctionnement (mooteur..;)
- gestion des bains de peinture, traitement des métaux....
-....
Les capteurs de température sont classés en deux catégories principales
- les capteurs a contact : échange de chaleur entre le milieu et le capteur jusqu'à établissement de
l'équilibre thermique
- Pyromètres optiques (sans contact) : basés sur la relation entre la température d'un corps et son
rayonnement optique (infra-rouge ou visible)
2) Capteurs de température a contact
21) Equilibre thermique
La température mesurée est la température Tc du capteur qui dépend des échanges
d'énergie entre le capteur et le milieu étudié.
quantité de chaleur reçue par le capteur / unité de temps :
C : capacité calorifique du capteur
quantité de chaleur transférée par le milieu au capteur / unité de temps :
dQ
dt
=G(T1−Tc)
!G : conductance thermique entre le capteur et le milieu de
température T1
En négligeant les autres échanges thermiques on a :
CdTc
dt
=G(T1−Tc)
La solution de l'équation différentielle :
T0 : température initiale du capteur
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dQ
dt
=CdTc
dt
Tc(t)=T1−(T1−T0)e
−t
τ
Capteurs de température!Page 1/7

22) Bilame
exemples :
- radiateurs électriques à thermostat mécanique
- réfrigérateurs
- systèmes de sécurité de moteurs électriques
23) Thermo-résistances
Principe : La résistance d'un matériau varie en fonction de sa température
⇒mesure de la température par mesure de résistance
Les lois de variation de résistances sont différentes suivant qu'il s'agit d'un métal ou d'un
agglomérat d'oxyde métallique
Sensibilité thermique :
α =1
R
dR
dT
231) Résistances métalliques
Principe : La résistivité d'un métal ou d'un alliage dépend de la température
ρ = ρ
°(1 +
α (T−T0)
Dans une étendue de mesure dépendant de chaque métal
R=R0(1 +AT +BT 2+CT 3)
R(0) : résistance à 0°C;
Capteurs de température!Page 2/7

3 autres points de calibrage permettent de
connaître A, B, C
Exemple : La sonde Pt100 : sonde platine
de résistance 100 Ω à 0°C
Matière
Caractéristiques
Plage
Platine
Précis, stable, durable
Couteux
E.M : -200 °C, 650°C
Jusqu'à 1400°C en
fonction de l ʼenveloppe
Tungstène
Sensibilité thermique plus élevée que
pour le platine
Moins stable que le platine Meilleur
linéarité en haute température
E.M : -100 °C, 1400°C
Nickel
Sensibilité thermique la plus élevée
Résistivité élevé Faiblement Linéaire
Peu stable
E.M : -60 °C, 180 °
Cuivre
Linéaire
Faible résistivité => encombrant
Peu stable
E.M : -190 °C, 150 °
Avantages
Très précis
Simple à mettre en œuvre Peu être approché par une loi linéaire
Inconvénients
Sensible à l ʼauto-échauffement et à la variation des résistances de connexion
CARACTERISTIQUES SONDE PT100
232) Thermistances
Caractéristiques :
- résistances à base d'oxydes métalliques
- faible encombrement
deux types de thermistances :
- à coefficient de température positif (PTC)
- à coefficient de température négatif (NTC)
Relation résistance-température des NTC :
R=R0e
−B
T
R0 : résistance à 0°C
Avantages : temps de réponse rapide, moins
chers
Inconvénients : loi non linéaire, diversité des caractéristiques dans les séries,
sensible à l' auto échauffement et à la variation des résistances de connexion
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Capteurs de température!Page 3/7

23) Thermocouples
Principe : effet Seebeck (capteurs actifs)
Circuit fermé, constitué de deux conducteurs A et B de nature différente dont les jonctions
sont à des températures T1 et T2 différentes
⇒ Le thermocouple est le siège d'une force électromotrice dite de Seebeck VAB
VAB dépend de la nature des deux conducteurs et des températures T1 et T2
Les pouvoirs thermoélectriques des métaux et alliages (relation V = f(T)) sont définis dans
des tables par rapport à un métal de référence (Pb ou Pt) et par rapport à 0°C
Par conséquent la relation force électromotrice/température de n'importe quel couple peut
être déterminée
- Généralement la température de référence est la température ambiante
-Si deux jonctions à la température T1 et T2!produisent une tension V2, et les
températures T2 et T3 produisent une tension V1 alors avec T1 et T3 on a une tension
V3=V1+V2
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Mais, en général la température ambiante est variable
V0°C
Tc =VAmbiant TC +V0°C Ambiant
L'addition du terme
V0°C
Ambiant
s'appelle la compensation de
soudure froide.
Cables de compensation :
utilisés quand :
- les métaux du thermocouple sont chers
- la distance entre le milieu dont on doit mesurer la température et la jonction de référence
est grande
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Capteurs de température!Page 4/7

A' et B' sont les câbles de compensation
A' et B' sont tels que :
- les jonction A/A' et B/B' sont à la même température T2
- les couples A'/B' et A/B ont la même force électromotrice entre Tref et T2
⇒ La force électromotrice dépend des matériaux A et B, de T1 et Tref
EXEMPLES DE THERMOCOUPLES
24) Semi-conducteurs
Principe
La tension aux bornes du semi-conducteur (formant une diode ou un transistor) et le
courant qui le traverse dépendent de la température
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À courant constant I, la mesure de V est linéaire en fonction de la température
V=aT+b a dépend de l'élément sensible (a≈-2.5mV/°C)
Avantages#
- simplicité - peu coûteux
non linéarité faible
Défauts
- étendue de mesure limitée (-50°C-150°)
3) Capteur de température sans contact
31) Introduction
La pyrométrie optique est une méthode de mesure de la température basée sur la relation
entre la température d'un corps et le rayonnement optique (infrarouge ou visible) que ce
corps émet.
Détermination de la température sans contact avec l'objet
Applications :
- mesure de température élevée (>2000°C);
- mesures à de grande distance
- environnement très agressif
- Localisation des points chauds
- Pièce en mouvement
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