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Capteur de température
Chapitre 4
Capteur de température
Objectifs :
Vous devez connaître les différentes
technologies et les caractéristiques des capteurs
de température étudiés dans ce chapitre.
Compétences :
Identifier les éléments externes des boucles de
rétroaction et les caractériser. (49)
Capteur de température
Plan du cours
-
Les échelles de températures
Thermomètre à résistance et thermistance
Thermocouple
Capteurs électroniques
Mesures optiques
Précautions
2. Les échelles de température
Échelles employées :
-Kelvin
-Celsius
-Rankin
-Fahrenheit
T ( Celsius) = T (kelvin) -273,15
Conversion en ligne :
http://www.lenntech.com/fran%C3%A7ais/conversion-unit%C3%A9s/temperature.htm
2. Les échelles de températures
T ( Celsius) = T (kelvin) -273,15
Kelvin (K) Celsius (°C) Rankin (°R)
Zéro absolu
Équilibre eau glace à
101325 Pa
Ébullition de l'eau à
101325 Pa
Fahrenheit (°F)
0
-273,15
0
-459,67
273,15
0
491,67
32
373,15
100
671,67
212
3. Thermomètre à résistance
et thermistance
Le fonctionnement des thermomètres à
résistance et des thermistances est basé sur un
même phénomène physique, à savoir la variation
de la résistance électrique d'un conducteur avec
la température.
3. Thermomètre à résistance
Lorsque la température varie on a :
R = R0(1 + a  + b 2 + c 3 + …)
plus connue pour nous comme :
R = R0(1 + a  )
Relation
linéaire
avec :
 la température en °C ;
•R0 la résistance à 0 °C ;
•a, b et c des coefficients positifs,
spécifiques au métal
3. Thermomètre à résistance
Résistivité Point de
Métal
à 0 °C
fusion
°C
µ.cm
Cuivre
7
1083
Nickel
6,38
1453
Platine
9,81
1769
Indium
9
153
Domaine
d'emploi
°C
-190 à +150
-60 à +180
-250 à +1100
-269 à +27
R100/R0
1,427
1,672
1,392
La sonde « Pt100 » est une sonde platine qui a
une résistance de 100 Ohms pour une
température de 0 °C
3. Thermomètre à résistance
Résistance d’une Pt100 à 100°C ?
Réponse :
R=100.1,392=139.2 
3. Thermistance
Une thermistance est un agglomérat d'oxydes
métalliques frittés, c'est-à-dire rendus compacts
par haute pression exercée à température élevée,
de l'ordre de 150 bars et 1000 °C
3. Thermistance
La loi de variation est de la forme
b
R  ae
a et b sont deux
paramètres de la
thermistance.

fonction e
appelée
exponentielle
3.Thermistance
Comparaison avec un thermomètre résistant :
• La variation
de la résistivité
est beaucoup
plus
importante
pour une
thermistance.
• La
thermistance
n’est pas
linéaire.
3. Thermistance
Désignation :
Encombrement :
Plage de
température :
Précision :
Alimentation
électrique :
Gamme de
résistance :
Inconvénient :
Caractéristiques :
Faible :
 petits cylindres (d = 1 à 12 mm, L = 5 à 50 mm),
 disques (diamètre 5 mm ; épaisseur 3 mm),
 bâtonnets (diamètre 3,2 mm de et longueur 11
mm),
 perles.
Leur domaine d'utilisation va de -80 à +700 C
1/10ème à un demi degré
Peuvent être traversées indifféremment par un courant
continu ou alternatif.
De 5 k à 100 k environ
La loi de variation de la résistance en fonction de la
température n'est pas linéaire.
4. Thermocouple
4. Thermocouple
Deux matériaux
différents
Conducteur A
Conducteur B
a
Soudure « froide »
Ou
Jonction de référence
m
Soudure « chaude »
Ou
Jonction de mesure
4. Thermocouple
Conducteur A
Conducteur B
a
Relier 2 matériaux différents
crée une FEM
m
4. Thermocouple
Soumettre un conducteur à des différences
de température : création d’une FEM
Conducteur A
Conducteur B
a
m
4. Thermocouple
Valable aussi pour le conducteur B
Conducteur A
Conducteur B
a
m
4. Thermocouple
Les 2 phénomènes entrent en jeu :
4. Thermocouple
Lorsqu'une différence de
température est présente aux
bornes d’un conducteur
électrique
le flux de chaleur créé un
mouvement d'électrons,
ce qui génère une force
électromotrice (fém) dans cette
zone.
4. Thermocouple
A la jonction de deux
conducteurs différents située à
une température , on observe
également l'apparition d'une
différence de potentiel.
4. Thermocouple
Jonction de référence
Jonction de mesure
4. Thermocouple
4. Thermocouple
Les deux FEM sont égales…
4. Thermocouple
°C
-100
0
°C
0
100
200
°C
-100
0
°C
0
100
200
0
-4,63
0
0
0
5,27
10,78
0
-3,38
0
0
0
4,28
9,29
-10
-5,04
-0,5
10
0,51
5,82
11,33
-10
-3,66
-0,38
10
0,39
4,75
9,82
-20
-5,43
-1
20
1,02
6,36
11,89
PR 6642 AJ02 – Fe-CuNi – Type J
-30
-40
-50
-60
-70
-5,8
-6,16
-6,5
-6,82
-7,12
-1,48
-1,96
-2,43
-2,89
-3,34
30
40
50
60
70
1,54
2,06
2,59
3,12
3,65
6,91
7,46
8,01
8,56
9,12
12,44
13
13,55
14,11
14,66
-80
-7,4
-3,79
80
4,19
9,68
15,22
-90
-7,66
-4,22
90
4,73
10,22
15,77
-100
-7,89
-4,63
100
5,27
10,78
16,33
-20
-3,92
-0,76
20
0,79
5,23
10,36
PR 6452 AT/02 – Cu-CuNi – Type T
-30
-40
-50
-60
-70
-4,18
-4,42
-4,65
-4,87
-5,07
-1,12
-1,48
-1,82
-2,15
-2,48
30
40
50
60
70
1,2
1,61
2,06
2,47
2,91
5,71
6,2
6,7
7,2
7,72
10,91
11,46
12,01
12,57
12,14
-80
-5,26
-2,79
80
3,36
8,34
13,71
-90
-5,44
-3,09
90
3,81
8,76
14,28
-100
-5,6
-3,38
100
4,28
9,29
14,84
 =100 °C 
E=5,27 mV
4. Thermocouple
°C
-100
0
°C
0
100
200
°C
-100
0
°C
0
100
200
0
-4,63
0
0
0
5,27
10,78
0
-3,38
0
0
0
4,28
9,29
-10
-5,04
-0,5
10
0,51
5,82
11,33
-10
-3,66
-0,38
10
0,39
4,75
9,82
-20
-5,43
-1
20
1,02
6,36
11,89
PR 6642 AJ02 – Fe-CuNi – Type J
-30
-40
-50
-60
-70
-5,8
-6,16
-6,5
-6,82
-7,12
-1,48
-1,96
-2,43
-2,89
-3,34
30
40
50
60
70
1,54
2,06
2,59
3,12
3,65
6,91
7,46
8,01
8,56
9,12
12,44
13
13,55
14,11
14,66
-80
-7,4
-3,79
80
4,19
9,68
15,22
-90
-7,66
-4,22
90
4,73
10,22
15,77
-100
-7,89
-4,63
100
5,27
10,78
16,33
-20
-3,92
-0,76
20
0,79
5,23
10,36
PR 6452 AT/02 – Cu-CuNi – Type T
-30
-40
-50
-60
-70
-4,18
-4,42
-4,65
-4,87
-5,07
-1,12
-1,48
-1,82
-2,15
-2,48
30
40
50
60
70
1,2
1,61
2,06
2,47
2,91
5,71
6,2
6,7
7,2
7,72
10,91
11,46
12,01
12,57
12,14
-80
-5,26
-2,79
80
3,36
8,34
13,71
-90
-5,44
-3,09
90
3,81
8,76
14,28
-100
-5,6
-3,38
100
4,28
9,29
14,84
 =110 °C 
E=5,82 mV
4. Thermocouple
°C
-100
0
°C
0
100
200
°C
-100
0
°C
0
100
200
0
-4,63
0
0
0
5,27
10,78
0
-3,38
0
0
0
4,28
9,29
-10
-5,04
-0,5
10
0,51
5,82
11,33
-10
-3,66
-0,38
10
0,39
4,75
9,82
-20
-5,43
-1
20
1,02
6,36
11,89
PR 6642 AJ02 – Fe-CuNi – Type J
-30
-40
-50
-60
-70
-5,8
-6,16
-6,5
-6,82
-7,12
-1,48
-1,96
-2,43
-2,89
-3,34
30
40
50
60
70
1,54
2,06
2,59
3,12
3,65
6,91
7,46
8,01
8,56
9,12
12,44
13
13,55
14,11
14,66
-80
-7,4
-3,79
80
4,19
9,68
15,22
-90
-7,66
-4,22
90
4,73
10,22
15,77
-100
-7,89
-4,63
100
5,27
10,78
16,33
-20
-3,92
-0,76
20
0,79
5,23
10,36
PR 6452 AT/02 – Cu-CuNi – Type T
-30
-40
-50
-60
-70
-4,18
-4,42
-4,65
-4,87
-5,07
-1,12
-1,48
-1,82
-2,15
-2,48
30
40
50
60
70
1,2
1,61
2,06
2,47
2,91
5,71
6,2
6,7
7,2
7,72
10,91
11,46
12,01
12,57
12,14
-80
-5,26
-2,79
80
3,36
8,34
13,71
-90
-5,44
-3,09
90
3,81
8,76
14,28
-100
-5,6
-3,38
100
4,28
9,29
14,84
 =103 °C  ???
4. Thermocouple
x-5,27
103-100
=
5,82-5,27 110-100
5,82
10x-52,7=1,65
x=(1,65+52,7)/10
x
5,27
x=5,435 mV
100
103
 =103 °C  E # 5,44 mV
110
4. Thermocouple : Élaboration
•Les matériaux thermoélectriques,
•la gaine et l’isolant,
•la soudure chaude,
le câble d’extension et le type de raccord ou de connecteur
qui permettent de relier le thermocouple à l’appareil de mesure
4. Thermocouple : Élaboration
Les matériaux thermo-électriques :
Métaux non rares et/ou non précieux (-200°C" 1200°C)
Type K
Type J
Type E
Type N
Chromel-alumel
fer-constantan
Chromel-constantan
Nicrosil-nisil
Thermocouples platine-rhodium (0°C" 1600°C)
Type S
Type R
Type B
: platine rhodié 10% Rh-platine
: platine rhodié 13% Rh-platine
: platine rhodié 30% Rh-platine rhodié 6% Rh
Thermocouples tungtène-rhénium (0°C" 2200°C)
Version C Tungtène-rhénié 5% Re-tungtène-rhénié 25% Re
Version D Tungtène-rhénié3% Re-tungtène-rhénié 25% Re
4. Thermocouple : Élaboration
La gaine et l’isolant :
4. Thermocouple : Élaboration
- La soudure chaude ou jonction de mesure :
- La soudure froide ou jonction de référence :
Les appareils sont équipés d’une compensation de soudure
froide électronique.
La température de référence est donnée par une sonde
platine,
une thermistance ou une diode.
4. Thermocouple : Élaboration
- Les raccords : câbles d’extension et connecteurs :
-Le thermocouple est raccordé à l’appareil de mesure
à l’aide d’un câble d’extension ou de compensation.
Les matériaux du câble d’extension sont en général les
mêmes
que ceux du thermocouple; ils n’introduisent donc pas
d’erreur dans la mesure.
5. Capteurs électroniques
• Diodes,
• Diodes zener
•…
5. Capteurs électroniques
Il est possible d’utiliser des composants électroniques
comme capteurs de températures.
Ce ne sont pas principalement les caractéristiques fondamentales
de ces composants qui nous intéressent,
mais plutôt certaines de leurs particularités.
5. Capteurs électroniques : Diodes
Les caractéristiques du courant absorbé par la diode en directe
varie selon la température.
C’est cette particularité qui est utilisé dans le montage ci-dessous.
UD
ID
E1
UE1
I
R1
+

S1
US1
5. Capteurs électroniques : Zener
6. Mesures par fibres optiques
Voir documentation technique
7. Précautions
a) Pour les thermistances et les résistances
La recherche d'une bonne sensibilité de mesure conduit
à faire traverser la résistance thermométrique
par un courant relativement important.
C'est pourquoi les courants de mesure sont
généralement de l'ordre du mA
et rarement supérieurs à 10 mA
chaleur
7. Précautions
b) Pour les thermomètres a résistance
Pour une grande longueur, les résistances des fils de
connections de la sonde au système de mesure ne sont
plus négligeables.
Il faut donc tenir compte de cette erreur en employant
des dispositifs de câblages particuliers.
7. Précautions
b) Pour les thermomètres a résistance
2fils,
3 fils,
4 fils.
PT100
PT100
PT100
Système
de
mesure
Système
de
mesure
Système
de
mesure
Il n’a pas de compensation de la
résistance des fils.
Utilisation pour de faible longueur
Le système de mesure possède une
compensation interne.
Utilisation pour de moyenne
longueur
Le système de mesure possède une
compensation interne encore plus
précise.
Utilisation pour de grande longueur
7. Précautions
b) Pour les thermocouples :
Le thermocouple est un générateur de tension.
La sortie d’un thermocouple sera donc reliée à un
transmetteur ou à un système de mesure ayant
une impédance d’entrée suffisamment grande.
( ex: AOP en montage adaptateur d’impédance….)
7. Transmetteur
Signal d’entrée programmable : Pt100; TC;
Signal de sortie : Courant 4/20 mA linéarisé
- En boîtier polyamide montage sur rail DIN
Un transmetteur
PT100  0-10
V est employé
dans le système
Habilis