Bibliographie & annexes
Présentation
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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Auteur(s)
-
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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Technologies appropriées1. Problématique de la thermométrie par microsondes de température
Les couples thermoélectriques usuels répondent aux exigences les plus courantes de l’environnement industriel. Au-delà des qualités métrologiques pour lesquelles ils ont été conçus, ils doivent aussi satisfaire à des critères de robustesse et de stabilité qui s’opposent généralement à ceux que l’on recherche de façon de plus en plus courante : rapidité, résolution et faible intrusivité.
Peu coûteux et faciles à mettre en œuvre, les couples thermoélectriques sont dans certains cas les seuls moyens de mesure de la température à plus faible échelle, au regard des autres techniques. Cette remarque reste valable vis-à-vis des techniques dites non intrusives, généralement optiques, limitées par de nombreux inconvénients (caractéristiques optiques du milieu et de l’objet sous test, topographie et étendue du champ de mesure, niveau des températures, complexité, prix...).
Il est nécessaire de préciser que l’extension vers la mesure à faible échelle (spatiale et temporelle) requiert la mise en application de techniques souvent récentes (notion de sonde locale ou de champ proche) dont l’intérêt n’est pas toujours justifié en milieu industriel. Les secteurs les plus concernés par ces besoins sont tout d’abord ceux du secteur microtechnique et des nanotechnologies, en particulier dans le domaine biomédical, des matériaux et des microsystèmes (microélectronique, micromécatronique).
On peut distinguer la mesure de température dans les gaz de la mesure par contact sur un solide. Nous conseillons en préalable, la lecture des articles [54] et [55] des Techniques de l’Ingénieur consacrés respectivement à ces deux domaines d’investigation.
Nous reprendrons cette distinction à la fin de ce document. Comme nous le verrons, la mesure par contact prend actuellement une importance toute particulière puisqu’elle est entrée depuis une quinzaine d’années dans la famille prestigieuse des techniques de microscopie de type champ proche (ou à sonde locale) au même titre que le microscope à effet tunnel électronique (STM), premier de la série, et apparu en 1981. Nous verrons finalement que les sondes thermoélectriques équipent généralement et de façon complémentaire les sondes utilisées en microscopie à force atomique (AFM). La température est en effet à très faible échelle, la grandeur la plus recherchée car...
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Problématique de la thermométrie par microsondes de température
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).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
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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