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RÉSUMÉ
Cet article passe en revue les critères les plus communs qui président au choix d’une chaîne de mesure, ce choix étant fortement lié au nombre de contraintes imposées par l’environnement d’utilisation. L’ordre de grandeur des températures à mesurer influe profondément sur le choix du capteur, tandis que l’intervalle exploré autour de la valeur moyenne permet de préciser le choix de la chaîne de mesure. Les attentes en termes de caractéristiques techniques (sensibilité, fidélité, exactitude…) définissent ensuite les propriétés du capteur. Pour autant, la réponse restera la plupart du temps un compromis dont l’expérimentateur seul pourra juger de la pertinence.
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Jacques ROGEZ : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Électrochimie et d’Électrométallurgie de Grenoble - Docteur ès sciences - Chercheur CNRS (Centre national de la recherche scientifique) à l'IM2NP – Institut des matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence (Marseille)
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Jean LE COZE : Ingénieur civil des Mines - Docteur ès sciences - Professeur à l’École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne
INTRODUCTION
Le présent article de synthèse constitue une introduction à la rubrique Thermométrie, à ce titre, il sera fait de fréquents renvois aux différents articles de cette rubrique, où sont détaillées les méthodes particulières propres à chaque capteur.
Dans le présent article, les capteurs et méthodes d’utilisation seront exposées succinctement en faisant référence aux articles spécialisés de ce traité Mesures et Contrôle.
La complexité du choix d’une chaîne de mesure est, à l’évidence, liée au nombre de contraintes imposées par l’environnement d’utilisation. La nature de l’information souhaitée et la méthode de mesure seront aussi des critères importants du choix. Chaque cas particulier aura sa réponse propre et il n’est pas possible d’envisager ici tous les cas. Beaucoup de critères de choix peuvent paraître au premier abord incongrus, comme le poids du capteur, sa couleur…, mais peuvent avoir dans certains cas leur importance. Nous essaierons ici de passer en revue les critères les plus communs en réponse aux questions précédemment posées. La réponse sera souvent un compromis dont seul l’expérimentateur pourra juger de la pertinence.
Quelques éléments de choix ont déjà été rassemblés dans l’article « Mesure des températures. Questions à se poser avant la mesure » [R 2516].
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3. Sensibilité
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La sensibilité d’un capteur est une qualité essentielle. Cependant, une trop grande sensibilité peut masquer l’allure principale du phénomène étudié par une amplification excessive de détails non représentatifs. Il vaut mieux dégrossir une étude avec un capteur peu sensible pour affiner ensuite l’observation, plutôt que l’inverse. De plus, un capteur de sensibilité élevée coûte cher et sa mise en œuvre est délicate.
Il convient de bien orienter le choix du capteur en fonction de la température envisagée, car la sensibilité de celui-ci est rarement constante sur un large domaine de température. Le capteur n’est que le premier maillon de la chaîne de mesure qui vise à amplifier le signal délivré par le capteur. L’amplification mécanique ou électronique permet aisément des gains de 105 et plus. La sensibilité de la chaîne complète est le produit de la sensibilité du capteur par les divers gains successifs des éléments de la chaîne. Il faut être conscient que la chaîne, d’une part, accroît dans les mêmes proportions l’importance du signal et celle du bruit généré ou lu par le capteur et, d’autre part, possède son bruit propre. Une sensibilité trop faible que l’on croit compenser par un gain d’amplification élevé n’est pas une solution acceptable. Cependant, utiliser une sensibilité très élevée peut être illusoire, car la définition de l’échelle thermométrique a sa propre limite. Par exemple à 800 K, l’exactitude limite donnée par l’EIT-90 n’est que de 3 mK et, à 1 500 K, elle est de 100 mK. Ces sensibilités sont rarement atteintes industriellement.
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Linéarisation des mesures
Un capteur qui a une sensibilité constante dans tout l’intervalle de mesure est linéaire. C’est une garantie de facilité de lecture et de constance d’exactitude en tout point. Cet aspect est cependant mineur vis-à-vis de la fidélité. En effet, les défauts de linéarité du capteur sont souvent très facilement corrigés par un traitement du signal à l’intérieur même de la chaîne de mesure.
Les constructeurs proposent de plus en plus des thermomètres linéaires. Il en résulte un emploi plus commode de l’appareil. Lorsque la linéarisation intervient sur l’organe...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LANDAU (L.), LIFCHITZ (E.) - Physique statistique - Éd. MIR., Moscou (1967).
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(2) - ATKINS (P.W.) - Chaleur et désordre, le deuxième principe de la thermodynamique - L’univers des sciences. Bibliothèque Pour la Science (1987).
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(3) - DE RYCKER (H.) - Chaleur et entropie, démystification de la notion d’entropie - Vaillant-Cannanne SA Liège (1976).
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(4) - Comité International des Poids et Mesures. Comité Consultatif de Thermométrie - 8e Session. Annexe 14. Édité par le Bureau International des Poids et Mesures (1967).
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(5) - Vocabulaire international de métrologie – Concepts fondamentaux et généraux et termes associés (VIM) - ISO/IEC Guide 99:2007.
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(6) - Temperature. Its measurement and control in science and industry - (La...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Thermométrie et pyrométrie
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Du thermomètre de Florence au thermomètre de Lyon
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La thermographie. Technologies et applications ; Techniques de l’Ingénieur
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Couples thermoélectriques – Caractéristiques et mesure de température
NORMES
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Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais. - ISO/IEC 17025 - 2005
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