Guide de sélection de capteur
Généralité sur la mesure de température
Il y existe deux façons de mesurer la température:
- Avec contact
- Sans contact
La mesure de température avec contact nécessite un contact physique avec la matière ou objet. Elle est utilisée avec les solides, liquides ou gaz. La mesure de température sans contact (Infra-rouge) détecte la température en captant une partie de l'énergie infra-rouge émise par un objet ou de la matière et en détectant son intensité. La mesure sans contact est utilisée pour les solides et les liquides. Elle ne peut pas être utilisée pour les gaz compte tenu de leur transparence.
Types et comparaison des capteurs de température de contact
Les capteurs de température de contact, mis à part le bulbes et capillaires et bimétalliques utilisent le changement de valeur de tension ou de résistance.
Signal en tension
Les thermocouples utilisent le changement de tension. Des combinaisons déterminées d'alliage produisent une variation de tension pour une température déterminée.
Valeur de résistance
Le capteurs à variation de résistance procurent une résistance électrique en fonction de la température. Les sondes à résistances sont réparties en 2 types:
- Résistance à fils Pt100
- Thermistances ( Transistor thermo-sensible)
Les sondes à fils produisent une résistance déterminée à une température donnée. Le fil résistif (fréquemment du platine) a un coefficient positif: la résistance augmente lorsque la température croît. Les thermistances ont généralement un coefficient négatif. Chacun de des capteurs a des avantages et des inconvénients en fonction de l'application, du temps de réponse souhaité et de la précision. Une présentation des avantages peut aider à déterminer le type le mieux adapté à l'application.
Avantages des thermocouples
- Températures extrêmement élevées: Les métaux nobles peuvent convenir jusqu'à 1700°C (3100°F).
- Robustesse: Par leur simplicité, ils résistent aux chocs, vibrations.
- Faible encombrement, réponse rapide: Les thermocouples à jonctions exposées ou à la masse procurent une réponse pratiquement immédiate aux changements de température.
Avantage des sondes platines
- Large gamme de température: Les sondes platine Watlow couvrent des températures de –200°C à 1200°C (-328 à 1200°F).
- Répétitivité et stabilité: Les sondes platine Pt100 sont les éléments les plus utilisés dans les laboratoires pour les températures entre –260 et 630°C. Les sondes de précision peuvent procurer une stabilité de 0,0025°C par an. Les modèles industriels dérivent de moins de 0,1°C par an.
- Signal élevé: L'amplitude du signal d'une sonde platine est supérieure à un thermocouple.
- Linéarité: Les éléments en platine et en cuivre suivent une courbe plus linéaire que les thermocouples et que la plupart des thermistances.
- Coût de câblage: Contrairement au thermocouple, une sonde platine utilise des fils ordinaires en cuivre pour le raccordement et ne nécessite pas de compensation de soudure froide.
- Zone de mesure: Une mesure ponctuelle, bien que souvent souhaitée peut provoquer des erreurs. Une sonde platine peut couvrir un zone plus large et améliorer ainsi la mesure, ce qui est impossible avec un thermocouple.
Avantage des thermistances
Compte tenu de l'étendue des performances et des différents coûts, il est difficile de lister les avantages et les inconvénients de thermistances. Les avantages courants sont:
- Faible coût du capteur: La plupart des thermistances coûtent moins cher que les sondes platines. Lorsqu'elles sont montées dans un gaine de protection, la différence diminue.
- Forte résistance: La résistance de base peut être de plusieurs milliers d'Ohms. Ce qui procure une plus large plage de signal qu'une résistance platine.
- Remplacement: Beaucoup de nouvelles thermistances sont livrées avec des tolérances très serrées
- Zone de mesure: Les thermistances peuvent procurer une mesure ponctuelle
Conclusion concernant les capteurs à contact:
- Les thermocouples sont plus particulièrement appropriés pour les températures élevées, les environnements extrêmes ou lorsque l'application nécessite un capteur de taille microscopique
- Les sondes résitives sont plus appropriées pour des utilisations industrielles sur une large gamme de température, spécialement lorsque la stabilité est essentielle pour obtenir un contrôle étroit.
- Les thermistances sont économiques pour une plage de température limitée.
Capteurs sans contact:
Un capteur sans contact (infra-rouge) intercepte la chaleur infra-rouge émise et la convertit en signal électrique. Le capteur infra-rouge utilise un lentille pour concentrer la chaleur infra-rouge rayonnée sur un détecteur sensible. Le signal produit par le détecteur est adapté et amplifié avant d'être retransmis soit en tension ou en courant. Habituellement, les capteurs sans contact réagissent plus rapidement que les capteurs à contact.
Avantage des capteurs sans contact:
Les principales raisons pour préférer des capteurs sans contact sont:
- Risque de dégradation ou de contamination de l'objet mesuré par un contact physique
- Procédé ou objet en mouvement
- Le procédé nécessite un réponse plus rapide qu'avec un capteur à contact
- Peut être isolé d'un environnement contaminant ou explosif en effectuant la mesure à travers une fenêtre
Comparaison Contact contre non contact:
Capteur température à contact
Avantages
- Relativement robuste
- Economique
- Large gamme d'applications
- Simple à appliquer
- Assez précis
Désavantage
- Nécessite un contact avec la matière, peut la dégrader ou peut la contaminer
- Peut provoquer des rayures sur des composants tournants.
- Réponse lente par rapport aux capteurs sans contact
- Agit comme un dissipateur et modifie la mesure de température sur de petits objets
Capteurs sans contact:
Avantages
- Relativement robuste
- Montage à distance de la source de chauffage
- Idéal pour mesure des objets en mouvement
- N'interfère pas avec le procédé
- Réponse très rapide (millisecondes au lieu de secondes)
- Peut mesurer la température de formes irrégulières
- Ni altération ni dégradation
- N'agit pas en dissipateur thermique
Désavantage
- Ne mesure pas la température de gaz
- Variation d'émissivité
- Champ de vision limité
- Température ambiante limitée
- La température indiquée peut être affectée par la température ambiante ou l'environnement (poussière, fumée,…)