Présentation
Auteur(s)
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Jean-Paul SCHON : Professeur à l’Université Jean Monnet (IUT de Saint-Étienne)
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Geneviève COMTE-BELLOT : Professeur à l’École Centrale de Lyon
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Georges CHARNAY : Directeur de Recherche au CNRS (INP Toulouse)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les appareils qui sont traditionnellement désignés comme anémomètres à fil chaud forment en fait une classe plus large que l’on pourrait appeler anémomètres thermiques. Le principe de ces appareils est de chauffer, par effet Joule, un élément (fil ou film) dont la résistance dépend de la température. Cet élément, placé dans un écoulement de fluide, est refroidi par convection ; sa température, donc sa résistance, est alors liée en premier lieu à la vitesse du fluide, mais aussi à sa température et aux caractéristiques physiques de ce fluide régissant le transfert thermique entre l’élément et le milieu environnant.
Les anémomètres à fil ou film chaud vont donc permettre de déterminer les caractéristiques de vitesse locale d’un fluide.
Ce principe peut être mis en œuvre de façon très différente suivant le type d’information recherchée. En effet, pour des mesures courantes en réglage de climatisation, la robustesse et la fidélité sont plus importantes que la sensibilité et la réponse rapide, alors que, si l’on veut déterminer les caractéristiques d’un écoulement turbulent, on cherche au contraire une sensibilité maximale et une très bonne réponse en fréquence. Les appareils proposés dans le commerce se classent dans l’une ou l’autre de ces deux catégories. Les instruments ne nécessitant pas de réponse rapide sont évidemment beaucoup plus faciles à mettre en œuvre que les appareils destinés à la mesure de la turbulence qui, surtout ces dernières années, ont été utilisés dans des configurations où de nombreux capteurs fonctionnent simultanément.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1978 par Geneviève COMTE-BELLOT, Jean-Paul SCHON
DOI (Digital Object Identifier)
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Loi d’échange thermiqueArticle inclus dans l'offre
"Instrumentation et méthodes de mesure"
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1. Éléments sensibles
Comme pour de nombreux appareils de mesure, les capteurs proprement dits sont les éléments les plus importants de l’appareil. C’est le fluide et le type de mesures qui définissent le capteur.
1.1 Fils chauds
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Des fils métalliques fins sont utilisés pour les mesures dans les gaz, en particulier si une réponse rapide (jusqu’à 50 kHz) est souhaitée. La figure 1 donne l’allure du signal de sortie d’un anémomètre à fil chaud.
Ces fils sont en platine, en platine rhodié ou encore en tungstène, leur diamètre est compris entre 0,5 et 5 µm.
Le fil est généralement soudé sur des broches (figure 2) ; il peut être protégé par une gaine métallique sur une partie de sa longueur (la partie gainée n’est pas sensible, car très peu résistante). Pour des mesures de fluctuations transversales, des fils croisés sont utilisés (figure 3). La longueur du fil est fonction de la taille des structures turbulentes que l’on désire détecter (0,2 à 5 mm).
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Pour des mesures industrielles, en génie climatique par exemple, qui nécessitent une plus grande solidité et pour lesquelles la réponse en fréquence n’est pas primordiale (de l’ordre du dixième de hertz), les fils utilisés sont plus longs et protégés soit par une gaine métallique isolée électriquement de ces fils, soit par un film très mince de quartz.
1.2 Films chauds
Les mesures dans les liquides, qui sont souvent conducteurs, ou les mesures dans des écoulements diphasiques (liquide, vapeur) nécessitent que l’élément chauffant soit isolé électriquement et soit relativement peu chauffé (10 à 20 oC au-dessus de la température du fluide pour éviter l’apparition de bulles). On peut donc utiliser des films métalliques recouverts d’une fine couche de quartz.
De nombreuses formes de films existent dans le commerce : coniques, cylindriques, plans, sphériques, etc.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BADRI-KUSUMA, REY (C.), MESTAYER (P.) - * - Communication 11th Australasian Fluid Mech. Conf. Hobbart (1992).
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(2) - CALVET (P.), LIOUSSE (S.) - Mesure de la température, de la pression et de la vitesse au moyen d’un capteur chauffé par impulsions. - Revue Générale de Thermique (1971).
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(3) - CHARNAY (G.), SCHON (J.-P.), SUNYACH (M.) - Isolement et échantillonnage de signaux aléatoires transmis par plusieurs anémomètres à fil chaud. - Entropie No 50 (1973).
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(4) - COMTE-BELLOT (G.) - Anémomètre à fil chaud, Techniques de mesure dans les écoulements. - Eyrolles (1974).
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(5) - COMTE-BELLOT (G.) - Hot-wire anemometry. - Annual Review of Fluid Mechanics. Vol. 8 (1976).
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(6) - COMTE-BELLOT (G.) - Les méthodes de mesure physiques de la turbulence. - ...
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