Rectangle chaud, disque chaud (Hot Disk)
Mesure de l’effusivité thermique - Méthodes par contact

1 - Méthodes de mesure par mise en contact

• 1.1 - Sonde épaisse anisotherme
  Figure 1 - Mise en contact thermique de deux corps de températures différentes Figure 2 - Champ de température dans deux milieux semi-infinis après leur mise en contact (contact parfait sans résistance) Figure 3 - Cas de deux milieux semi-infinis d’effusivité b1 et b2 en contact parfait. Évolution de la température à la profondeur z dans la sonde (milieu no 2) Figure 4 - Schéma du principe du doigt thermique , réf. 
• 1.2 - Sonde isotherme (petit corps chaud)
  Figure 5 - Schéma du principe du touchau Figure 6 - Deux versions du touchau Figure 7 - Évolution de la température réduite d’un touchau de constante capacitive γ lorsqu’il est mis en contact avec un matériau d’effusivité b Figure 8 - Évolution de la température réduite d’un touchau lorsqu’il est mis en contact avec un matériau d’effusivité 100, 300, 1 000 ou 3 000 J · m−2 · K−1 · s−1/2 Figure 9 - Sensibilité relative β dT/dβ aux paramètres β1 = b/γ et β2 Figure 10 - Erreur commise avec l’hypothèse du touchau isotherme Figure 11 - Évolution de la température réduite d’un touchau lorsqu’il est mis en contact avec un matériau d’effusivité 100, 300, 1 000 ou 3 000 J · m−2 · K−1 · s−1/2 Figure 12 - Évolution de la température réduite d’un touchau de constante capacitive γ lorsqu’il est mis en contact avec un matériau d’effusivité b Figure 13 - Sensibilité relative β dT/dβ aux paramètres β1 = b/γ, β2 = Rγ et β3 = hσ/γ Figure 14 - Sensibilité relative β dT/dβ à l’effusivité b, à la résistance de contact R, au coefficient d’échange h et à la diffusivité a Figure 15 - Comparateur thermique Figure 16 - Sensibilité relative β dT/dβ au groupement b/λ2, à la résistance composite R + πr/4λ, au coefficient d’échange h à la diffusivité a

2 - Méthode du plan chaud

• 2.1 - Principe général
  Figure 17 - Méthode du plan chaud Figure 18 - Plan chaud souple de 40 mm × 60 mm
• 2.2 - Modèle thermocinétique
  Figure 19 - Modélisation par quadripôle de l’ensemble sonde-contact-milieu Figure 20 - Température d’une sonde plane en configuration symétrique avec une densité de puissance P de 250 W · m−2 pour chaque échantillon (excitation en échelon), une résistance globale de 10−3 K · m2 · W−1 et une capacité thermique de 100 J · K−1 · m−2 pour des matériaux caractérisés d’effusivité 500, 1 000 ou 2 000 J · m−2 · K−1 · s−1/2 Figure 21 - Sensibilité relative de la température à l’effusivité du matériau (trait plein), à la résistance totale : sonde + contact et à la capacité thermique de la sonde (CS, pointillés)
• 2.3 - Sensibilité aux paramètres
• 2.4 - Identification des paramètres
• 2.5 - Précautions à prendre
  Figure 22 - Mesure sur de l’asphalte avec un plan chaud asymétrique de 23 × 23 cm2 (plan chaud recouvert de mousse PU)
• 2.6 - Montage asymétrique
  Figure 23 - Différentes configurations dérivées du plan chaud

3 - Méthodes dérivées du plan chaud

• 3.1 - Méthode de la source plane dynamique (Dynamic Plane-Source)
  Figure 24 - Température de la sonde avec la technique Dynamic Plane Source en configuration symétrique avec une densité de puissance P de 100 W · m−2 pour chaque échantillon (excitation en échelon), une résistance globale de 10−3 K · m2 · W−1 et une capacité thermique de 100 J · K−1 · m−2 pour des matériaux caractérisés d’effusivité 500, 1 000 ou 2 000 J · m−2 · K−1 · s−1/2 et un temps de diffusion l2/a de 100 s Figure 25 - Technique Dynamic Plane Source. Sensibilité relative de la température à l’effusivité du matériau (trait plein), à sa diffusivité, à la résistance totale : sonde + contact (RT) et à la capacité thermique de la sonde
• 3.2 - Source plane dynamique étendue (Extended Dynamic Plane-Source)
  Figure 26 - Température de la sonde avec la technique Extended Dynamic Plane-Source en configuration symétrique avec une densité de puissance P de 100 W · m−2 pour chaque échantillon (excitation en échelon), une résistance globale de 10−3 K · m2 · W−1 et une capacité thermique de 100 J · K−1 · m−2 pour des matériaux caractérisés d’effusivité 500, 1 000 ou 2 000 J · m−2 · K−1 · s−1/2 et un temps de diffusion l2/a de 100 s Figure 27 - Technique Extended Dynamic Plane-Source. Sensibilité relative de la température à l’effusivité du matériau, à sa diffusivité, à la résistance totale : sonde + contact et à la capacité thermique de la sonde
• 3.3 - Plan chaud avec source et capteur séparés
  Figure 28 - Température dans le cas d’une impulsion brève de fluence Q de 20 000 J · m−2 par échantillon, pour un matériau d’effusivité 500, 1 000 ou 2 000 J · m−2 · K−1 · s−1/2 et un temps de diffusion l2/a de 100 s Figure 29 - Sensibilité relative de la température à l’effusivité du matériau (trait plein) et à sa diffusivité Figure 30 - Température dans le cas d’un chauffage en échelon de densité de puissance P de 100 W · m−2 par échantillon, pour un matériau d’effusivité 500, 1 000 ou 2 000 J · m−2 · K−1 · s−1/2 et un temps de diffusion l2/a de 100 s Figure 31 - Sensibilité relative de la température à l’effusivité du matériau (trait plein) et à sa diffusivité

4 - Méthodes dérivées du fil chaud

• 4.1 - Fil chaud avec source et capteur séparés
  Figure 32 - Fils chauds Figure 33 - Température du capteur de la sonde bitige dans le cas d’un chauffage en échelon de densité linéique de puissance Ps de 10 W · m−1, pour des matériaux d’effusivités 500, 1 000 et 2 000 J · m−2 · K−1 · s−1/2 et de conductivités respectives 0,25, 0,7 et 2 W · m−1 · K−1
• 4.2 - Fil chaud asymétrique gardé
  Figure 34 - Ruban chaud, en configuration symétrique, avec une mesure de la température locale ou moyenne

5 - Méthode du ruban chaud

• 5.1 - Ruban chaud instationnaire sur matériau épais
  Figure 35 - Motif du circuit résistif d’un ruban chaud de largeur 2l et de longueur L Figure 36 - Température d’un ruban chaud de 1 cm de large avec un chauffage en échelon de densité de puissance 250 W · m−2 par échantillon, sur des matériaux d’effusivités 500, 1 000 et et de conductivités respectives 0,25, 0,7 et 2 W · m−1 · K−1 (temps caractéristique l2/a de 100, 50 et 25 s) Figure 37 - Sensibilité relative de la température à l’effusivité du matériau (trait plein) et à sa conductivité
• 5.2 - Ruban chaud instationnaire sur plaque mince et conductrice
  Figure 38 - Mesure d’effusivité d’une plaque métallique par la méthode de l’ailette
• 5.3 - Méthode 3ω

6 - Rectangle chaud, disque chaud (Hot Disk)

7 - Sonde sphérique active