Transducteurs de température : Qu'est-ce que c'est ? (Types et exemples)

Qu'est-ce qu'un transducteur de température?

Un transducteur de température est un dispositif qui convertit la quantité thermique en une autre quantité physique telle que l'énergie mécanique, la pression ou des signaux électriques, etc. Par exemple, dans un thermocouple, le différentiel de potentiel électrique est produit en raison de la différence de température entre ses bornes. Ainsi, le thermocouple est un transducteur de température.

Caractéristiques principales des transducteurs de température

• Leur entrée est toujours une quantité thermique

• Ils convertissent généralement la quantité thermique en une quantité électrique

• Ils sont généralement utilisés pour mesurer la température et le flux de chaleur

Schéma de base des transducteurs de température

Le schéma de base des transducteurs de température est donné ci-dessous en plusieurs étapes
Élément de détection.

L'élément de détection dans les transducteurs de température est l'élément dont les propriétés changent avec la température. Lorsque la température change, le changement correspondant se produit dans certaine propriété de l'élément.

Exemple – Dans un Détecteur de Température par Résistance (DTR), l'élément de détection est le métal platine.

Conditions souhaitables pour choisir l'élément de détection sont les suivantes

• Le changement par unité de résistance du matériau par unité de changement de température doit être important

• Le matériau doit avoir une grande résistivité afin que le volume minimum de matériau soit utilisé pour sa construction

• Le matériau doit avoir une relation continue et stable avec la température

• Élément de transduction
  C'est l'élément qui transforme la sortie de l'élément de détection en une quantité électrique. Le changement de propriété de l'élément de détection agit comme la sortie pour lui. Il mesure le changement de propriété de l'élément de détection. La sortie de l'élément de transduction est ensuite calibrée pour donner une sortie qui représente le changement de la quantité thermique.

Exemple - Dans le thermocouple, le différentiel de potentiel produit entre les deux bornes est mesuré par un voltmètre et la magnitude du voltage produit après calibration donne une indication du changement de température.

Types de transducteurs de température

Types de capteurs de température à contact

Dans ces types, l'élément de détection est en contact direct avec la source thermique. Ils utilisent la conduction pour le transfert d'énergie thermique.

Types de capteurs de température sans contact

Dans un capteur de température sans contact, l'élément n'est pas en contact direct avec la source thermique (analogique à un testeur de tension sans contact ou stylo de tension). Les capteurs de température sans contact utilisent le principe de la convection pour le flux de chaleur. Les différents transducteurs de température généralement utilisés sont décrits ci-dessous:

Thermistance

Le mot thermistance peut être défini comme résistance thermique. Comme son nom l'indique, c'est un dispositif dont la résistance change avec la température. En raison de leur haute sensibilité, ils sont largement utilisés pour la mesure de la température. On les appelle généralement des transducteurs de température idéaux. Les thermistances sont généralement composées d'un mélange d'oxydes métalliques.

Propriétés des thermistances

• Elles ont un coefficient thermique négatif, c'est-à-dire que la résistance de la thermistance diminue avec l'augmentation de la température

• Elles sont fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs

• Elles sont plus sensibles que les DTR (Détecteurs de Température par Résistance) et les thermocouples

• Leur résistance varie entre 0,5Ω et 0,75 MΩ

• Elles sont généralement utilisées dans des applications où la plage de mesure de la température est de -60°C à 15°C.

Thermomètres de résistance

Un autre type de transducteur de température est le Détecteur de Température par Résistance (DTR). Les DTR sont des capteurs de température précis fabriqués à partir de métaux conducteurs de haute pureté tels que le platine, le cuivre ou le nickel enroulés en une bobine dont la résistance électrique change avec la température, de manière similaire à la thermistance.

Leur résistance change selon la relation suivante,

R = Résistance de l'élément à une température donnée
α = Coefficient thermique de l'élément
Ro = Résistance de l'élément à 0°C

Caractéristiques principales des DTR

• Ils sont très sensibles et moins chers que les thermistances et les thermocouples

• Ils peuvent mesurer la température de -182,96°C à 630,74°C

Thermocouples

Les thermocouples sont des transducteurs de température qui consistent essentiellement en deux jonctions de métaux différents, tels que le cuivre et le constantan, soudées ensemble. Une jonction est maintenue à une température constante appelée jonction de référence (jonction froide), tandis que l'autre, la jonction de mesure (jonction chaude). Lorsque les deux jonctions sont à des températures différentes, un voltage est généré à travers la jonction, ce qui est utilisé pour mesurer la température.

Principe du thermocouple

Lorsque les jonctions de deux métaux tels que le cuivre et le constantan sont connectées ensemble, un différentiel de potentiel est produit entre eux. Ce phénomène est appelé l'effet Seebeck car un gradient de température est généré le long des fils conducteurs produisant un f.e.m. Alors, la tension de sortie d'un thermocouple est une fonction des variations de température.

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