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Mesures de température

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Mesures de température, instrumentation

Que mesurer ?

Dans le domaine industriel, nous mesurerons essentiellement des :
  • Températures
  • Pressions
  • Débits
  • Niveaux
S'il existe bien d'autres grandeurs à mesurer (acoustique, luminosité, vibrations...), nous allons réaliser un tour d'horizon des méthodes d'acquisition de valeurs avec ces grandeurs.

La température

Elle peut se mesurer avec :
  • Une thermistance CTN, CTPCTN : Coefficient de Température Négatif : quand T ↗ alors R ↘
    CTP : Coefficient de Température Positif : quand T ↗ alors R ↗

    (résistance qui varie en fonction de la température)
  • Une sonde PT100
  • Un Thermocouple
  • Une mesure optique
Là aussi il existe des mesures avec des composants électroniques actifs, par quartz comme le lien en Conseils+ le démontre.




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Actif : le thermocouple:

Il génère une (très faible) tension (quelques µV par degré). Il mesure un écart de température entre 2 points. Il faut donc connaître l'une des deux températures.
  • Adapté aux températures élevées
  • Signal faible, câblage soigné, blindé...

Passif : Thermistance ou Thermo-résistance

Composite, oxyde ou métal, ces éléments offrent une résistance qui évolue avec la température :
Soit elle augmente : CTP (Coefficient de Température Positif)
Soit elle diminue : CTN (Coefficient de Température Négatif)
  • Simple et très économique
  • Plage de température plus faible
  • Compensation des fils requise : 3 ou 4 filsVoir en fin de cours : méthode 3 ou 4 fils !

Optique sans contact : infrarouge...

La mesure infrarouge (avec ou sans pointeur laser) exploite l’énergie émise par les éléments à mesurer (rayonnement infrarouge lié à leur température).
  • Mesure instantané sans inertie
  • Plage de température large
  • A distance sans contact (utile en températures extrêmes)
  • Précision liée à l'émissivité du point visé (idéalement en noir mat)
  • Et à l'angle ainsi que l'état de surface...




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Caractéristiques :


> Actif car il génère une tension en fonction d'un écart de température.
> On associe 2 métaux différents (Constantan, Chromel, cuivre...) suivant le type E, J, K : article wikipédia.

Mise en oeuvre :
> On les relie ensemble à une extrémité (soudure chaude) et mesure la tension à leurs extrémités (soudure froide).
> Si les 2 cotés sont soumis à une température différente : une tension apparaîtra !
Exemple :
Soudure chaude soumise à 100°, froide à 20°C = il génère une tension pour une température de 80°C (100-20)


Electriquement :
> La tension générée est de quelques µV par °C, pour immuniser la mesure du "bruit" électronique, il est essentiel d'amplifier et filtrer le signal au plus tôt !
Exemple de courbes : Avia Techno
Les cours sur l'ampli-opérationnel ci-contre (montage amplificateur) vous indiquent comment traiter le signal.




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Mesure 4 fils

L'illustration ci-dessous nous révèle 2 circuits :
  1. En noir gras le circuit alimenté par le générateur de courantGénérateur d'intensité ou prévoir une alimentation capable de travailler en court-circuit dans la mesure où la résistance à mesurer est faible
    Le montage 4 fils ne se justifie que pour des résistances faibles (inférieures à 20 Ω) ou de grandes distances
    Ou pour de la grande précision : sonde PT100
    Sonde PT100
  2. En gris fin, le circuit de mesure avec le voltmètre.
Mesure 4 fils principe
Pourquoi ne pas mesurer la tension U directement sur le générateur d'intensité et économiser ainsi 2 fils ?
La résistance des fils acheminant le puissance ne doit pas être négligée, si R à mesurer vaut 1 Ω ; R fil peut engendrer 10% d'erreur (≃ 0.1 Ω par mètre pour du 0.75 mm²)
Par contre la boucle du voltmètre n’achemine quasiment aucune intensitéLa résistance des multimètres en position voltmètre est standardisée à 10 MΩ ; ce quel que soit le calibre et le type de tension (Continue ou alternative). Ainsi pour connaître R à mesurer on applique : R = U / I ; tout simplement !




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Prudence au niveau du raccordement des 4 fils !

La photo ci-dessous représente un shuntRésistance très faible pour mesurer une intensité via la loi d'Ohm.
Ex : 0.001 Ω (1 mΩ) pour mesurer des centaines d'Ampères avec un voltmètre sur le calibre 200 mV : 1 mV = 1 A ; 150 mV = 150 A (150 mV / 0.001 Ω = 150 A)
: notez la position des vis de raccordementLes fils de mesure au plus près de l'élément à contrôler et surtout pas au même endroit que la puissance pour ne pas fausser la mesure à cause des résistances de serrage et de contact !
Les fils noirs : la puissance, les blancs : la boucle de mesure du voltmètre...
!

Shunt de mesure 100 A
Mesure 2 fils vs mesure 4 fils instrumentation




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Une variante, la PT100 : 3 fils

Sonde PT100 3 ou 4 fils
NB : Il existe une variante à 3 fils, dans ce cas la chute de tension dans un fils est mesurée et multipliée par 2 avant d'être soustraite tel que ci-dessous :
Schéma PT100 3 fils
R sonde = [U - (2 × u)] / I
Variante la plus utilisée car plus économique (3 fils au lieu de 4), elle impose que les fils soient identiques ce qui est le cas lors de l'utilisation d'un câble !




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Cours extrait des stages : INITELEC  &  INDUSTRONIC

Crée le 09 / 12 / 2016, der. màj le 28 / 02 / 2020 par : Guillaume (Guillaume DUPAS)
Contributeur Guillaume DUPAS Gu5835e07c1389f
Cours vu 10461 fois
Difficulté : ★★☆☆☆
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Gu5835e07c1389f

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