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RÉSUMÉ
L’évolution des techniques, notamment la miniaturisation des capteurs, a donné naissance à une nouvelle famille de thermocouples, les microsondes thermoélectriques. Cet article dresse un état des lieux sur ces instruments de mesure de plus en plus répandus en présentant les différents types de microthermocouples disponibles, leurs fabrications, leurs modes de fonctionnement (avec ou sans contact) et leurs caractéristiques. Sont également traitées les méthodes spécifiques d’étalonnage et les sources d’erreur de ces nouveaux thermocouples.
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-
Laurent THIERY : Docteur es Sciences - Maître de conférences à l’université de Franche-Comté (UFR STGI Belfort)
INTRODUCTION
Du statut d’instrument de mesure de la température le plus répandu, le couple thermoélectrique miniaturisé, appelé « microthermocouple » commence à jouer un rôle majeur dans des secteurs de la recherche fondamentale, et émerge progressivement dans le secteur industriel. Cet exposé a pour objet de faire l’état des lieux de cette évolution, en rappelant tout d’abord quels sont les différents types de microthermocouples, comment on les fabrique, quelles sont leurs principales caractéristiques et leurs principes de mise en œuvre. Nous donnerons un aperçu des phénomènes de transfert de chaleur mis en jeu dans ces deux principaux modes de fonctionnement (avec ou sans contact), puis des méthodes d’étalonnage, avant de conclure en avançant quelques remarques sur l’évolution de ces techniques.
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VERSIONS
- Version courante de sept. 2025 par Laurent THIERY
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3. Caractéristiques
3.1 Types de couples utilisés
Les couples thermoélectriques usuels sont décrits en détail dans l’article [53] de ce traité Couples thermoélectriques- Caractéristiques et mesure de température. À ce jour, seuls huit types de couples sont reconnus internationalement. Ils sont décrits notamment par la norme européenne CEI 584.1. Pour les couples en couches minces, il n’existe encore aucune règle, car les caractéristiques physiques des dépôts en couches minces peuvent être très différentes des caractéristiques physiques des mêmes matériaux massifs. C’est le cas pour les conductivités thermiques, électriques et, bien sûr, les coefficients de Peltier et de Seebeck. Ceci provient tout d’abord de la structure cristalline qui se développe lors de l’opération de dépôt, de la présence d’impuretés et de la qualité du vide, et finalement de l’épaisseur du dépôt. On comprend donc qu’il soit difficile de prévoir et de garantir certaines valeurs sans avoir systématiquement recours à des mesures.
À titre d’exemple, D. Chu à Stanford a récemment mesuré le coefficient de Seebeck entre deux conducteurs en or et en nickel, de différentes épaisseurs. Alors qu’avec des matériaux massifs, un tel couple est censé délivrer environ 21 µV · K−1, celui-ci valait 10,1 µV · K−1 lorsque les épaisseurs des dépôts étaient de 200 nm pour l’or et 100 nm pour le nickel, puis 5,9 µV · K−1 pour des épaisseurs respectives or-nickel...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CASSAGNE (B.), KIRSCH (G.), BARDON (J.P.) - Analyse théorique des erreurs liées aux transferts de chaleur parasites lors de la mesure d’une température de surface par contact - . Int. J. Heat Mass Transfer 23, p. 1207-1217 (1980).
-
(2) - KELTNER (N.R.), BECK (J.V.) - Surface temperature measurement errors - . Journal of Heat Transfer 105, p. 312-318 (1983).
-
(3) - BARDON (J.P.), RAYNAUD (M.), SCUDELLER (Y.) - Mesures par contact des températures de surface - . Revue Générale de Thermique 34, p. 15-35 (1995).
-
(4) - BENIGNI (P.), ROGEZ (J.) - High temperature thermal diffusivity measurement by the periodic cylindrical method: the problem of contact thermocouple thermometry - . Rev. Sci. Instrum. 68 (7), p. 2767-2773 (1997).
-
(5) - TAYLOR (G.F.) - A method of drawing metallic filaments and a discussion of their properties and uses - . Phys. Rev. 23, p. 655-660 (1924).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Couples thermoélectriques. Caractéristiques et mesure de température
-
Température de surface. Mesure par contact
-
Mesure locale et instantanée de la température des fluides
-
Fluxmètres thermiques
ANNEXES
Thèses
SHI (L.) - Mesoscopic thermophysical measurements of microstructures and carbon nanotubes - . Ph. D. in Engineering-Mechanical Engineering, University of Berkeley, California (2001).
DELAROCHELAMBERT (T.) - Études expérimentale et théorique des transferts thermiques couplés en convection naturelle à travers une double paroi verticale à haute densité de flux de chaleur - . Thèse de doctorat de l’Université de Haute Alsace, spécialité « énergétique », Mulhouse (1997).
HAUT DE PAGE
Société Française de Thermique (SFT) http://www.sft.asso.fr/
Réseau de recherche en micro et nano-technologies (RMNT) http://www.rmnt.org
HAUT DE PAGE3 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs
(liste...
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