Bien choisir un thermomètre

Un thermomètre est un appareil qui permet de mesurer et afficher la température.

La mesure de la température peut se faire selon plusieurs technologies basées sur la variation de certaines propriétés physiques en fonction de la température : dilatation, pression, résistance électrique, rayonnement infrarouge, etc.

Une notion importante à prendre en compte en mesure de température est que la plupart des thermomètres mesurent en fait leur propre température (du moins celle de leur élément sensible). Cette température n’est celle de la cible que l’on veut mesurer que si on laisse le thermomètre et la cible se mettre à l’équilibre thermique. Par exemple, lorsqu’on mesure la température de l’air en météorologie, si le thermomètre est exposé au soleil, il est réchauffé par celui-ci et donnera une valeur de température fantaisiste par rapport à la température de l’air. C’est pour cela qu’on mesure la température de l’air en plaçant le thermomètre dans un abri ventilé.

Les thermomètres sont utilisés dans de multiples domaines : dans la vie courante (chauffage / climatisation, cuisine, etc.),  en médecine, en météorologie, dans la recherche scientifique et dans l’industrie.

CONSULTER LES THERMOMETRES

  • Comment choisir le bon thermomètre ?

    Avant de choisir un thermomètre, vous devez vous poser les questions suivantes :

    • Avez-vous besoin d’un appareil fixe pour du suivi de process ou portable pour de la mesure ponctuelle ou itinérante ?
    • Le thermomètre sera-t-il en contact ou non avec la cible ?
    • Quelle plage de température allez-vous mesurer ? Quelles sont les températures minimum et maximum ?
    • La température à mesurer peut-elle varier rapidement ou non (temps de réponse) ?
    • Où le thermomètre va-t-il être installé ? L’affichage doit-il être déporté ?
    • Comment le thermomètre va-t-il être installé ? Quelles sont les options de montage ?
    • Dans quel environnement le thermomètre va-t-il être utilisé (atmosphère, vibrations, compatibilité des matériaux avec des fluides agressifs) ?
    • Avez-vous besoin d’enregistrer les mesures ? D’avoir un signal de sortie pour réguler un process ?
  • Thermomètre avec ou sans contact ?

    On distingue 2 grands types de thermomètres : les thermomètres à contact qui ont besoin de toucher leur cible et les sans contact qui prennent leur mesure à distance.

     

    Les thermomètres à contact

    Ces thermomètres comportent un élément sensible dont les caractéristiques changent en fonction de la température. La température réellement mesurée est en fait celle de l’élément sensible. Pour mesurer la température de la cible on doit donc permettre à l’élément sensible, en général intégré dans une sonde, et à la cible de se mettre à l’équilibre thermique (même température). Pour cela on doit s’assurer de la qualité du contact entre la sonde et la cible et leur laisser le temps de se mettre à l’équilibre.

    On trouve différentes technologies de thermomètres à contact :

    • en verre
    • à dilatation de liquide
    • à dilatation de gaz
    • bimétalliques
    • électroniques (thermocouples, thermistance, résistance) 

    Avantages : suivant la configuration du thermomètre et de la sonde, on peut mesurer :

    • Une température de surface (en faisant attention à la qualité du contact sonde / surface)
    • Une température interne lorsque la sonde pénètre dans la matière
    • La température d’un liquide ou d’un gaz

    Inconvénients :

    • Le temps de réponse est assez lent, il faut attendre que le thermomètre se mette à l’équilibre thermique avec la cible.
    • L’exactitude de la mesure dépend de la qualité du contact sonde / cible.
    • La température maximale est limitée par la résistance des matériaux.

     

    Les thermomètres sans contact

    Les thermomètres sans contact permettent de prendre la température d’une cible à distance, sans avoir à la toucher. Ce type de thermomètre utilise la technologie infrarouge. 

    Avantages : 

    • La mesure est instantanée.
    • Les thermomètres sans contact sont compatibles avec de très hautes températures.
    • Ils fonctionnent lorsqu’il est impossible de toucher la cible, comme lorsqu’on doit mesurer la température de liquides corrosifs ou de cylindres en rotation.

    Inconvénients :

    • Ce type de thermomètre permet uniquement de mesurer une température de surface, pas une température interne.
    • Les thermomètres sans contact ne permettent pas de mesurer la température d’un gaz.
  • Pourquoi choisir un thermomètre à tube de verre ?

    Thermomètre à tube de verre de la marque SIKA

    Thermomètre à tube de verre de la marque SIKA

    Le thermomètre à tube de verre se compose d’un réservoir rempli de liquide et d’un tube capillaire, le tout enfermé dans un tube en verre.

    Fonctionnement :

    Le thermomètre à tube de verre est basé sur la dilatation d’un liquide. Le diamètre très petit du tube capillaire permet de transformer les faibles changements de volume dus à la dilatation de liquide en différences de hauteur de liquide mesurable. Une échelle graduée gravée sur le tube permet ainsi de lire la température correspondant à la hauteur du liquide dans le capillaire.

    Choix du liquide :

    Le mercure fut pendant longtemps le liquide le plus utilisé car jugé le plus performant. En effet, il ne mouille pas le verre, sa conductivité génère un équilibre thermique rapide et il offre une gamme de température étendue.

    Cependant, en raison de la toxicité reconnue du mercure, d’autres liquides comme l’alcool coloré tendent à remplacer le mercure dans la plupart des applications.

    Applications :

    Ce type de thermomètre est encore très utilisé en laboratoire et dans l’agroalimentaire. Il est disponible aussi bien en version mobile qu’en version fixe. Dans sa version industrielle fixe, le tube en verre est enchâssé dans un corps métallique pour plus de robustesse.

    Avantages :

    • Ce type de thermomètre fonctionne sans alimentation électrique.
    • Il offre des mesures précises.
    • La plage de mesure dépend du liquide employé, utilisable entre -200°C et 1000°C.
    • Il est insensible aux vibrations.

    Inconvénients :

    • Le tube en verre est très fragile.
    • Le temps de réponse est lent car le liquide doit se mettre à l’équilibre thermique avec la cible.
  • Pourquoi choisir un thermomètre mécanique à dilatation de gaz ou de liquide ?

    Thermomètre à dilatation de gaz de marque JUMO

    Thermomètre à dilatation de gaz de marque JUMO

    Les thermomètres mécaniques à dilatation de gaz ou de liquide sont des thermomètres analogiques à cadran.

    Ils sont composés d’un réservoir situé dans le tube de mesure et d’un tube de Bourdon qui forment un système fermé étanche rempli d’un liquide ou d’un gaz neutre sous pression.

    Un tube capillaire peut être inséré entre le tube de mesure et le tube de Bourdon, ce qui permet d’éloigner jusqu’à plusieurs mètres le cadran du point de mesure.

    Sous l’effet de la température, la pression interne du système varie provoquant la déformation du tube de Bourdon qui est transmise à une aiguille via un système mécanique.

    Avantages :

    • Ces thermomètres fonctionnent de manière mécanique et sans besoin d’alimentation électrique.
    • Ils offrent des mesures précises.
    • La plage de mesure dépend du liquide ou du gaz utilisé (de -40 à 400°C pour les liquides, de -200 à 700°C pour les gaz).
    • Le temps de réponse est rapide.
    • Le montage du cadran peut être situé à distance du point de mesure (jusqu’à plusieurs mètres) grâce à un tube capillaire.

    Inconvénients :

    • Le mécanisme de ces thermomètres est sensible aux vibrations. Comme pour les manomètres à tube de Bourdon dont ils reprennent le principe, les fabricants peuvent proposer des thermomètres dont le boîtier est rempli de liquide amortisseur.
    • La température ambiante peut influencer la mesure.
  • Pourquoi choisir un thermomètre bimétallique ou à tige ?

    Thermomètre bimétallique de marque AMETEK

    Thermomètre bimétallique de marque AMETEK

    Il existe 2 types de thermomètres à dilatation de solide, les thermomètres bimétalliques et les thermomètres dits “à tige ». Ils sont tous les deux basés sur les propriétés de dilatation thermique des métaux.

     

    Les thermomètres à tige

    L’élément sensible est une barre métallique qui s’allonge (dilatation dans le sens de la longueur) en fonction de la température. Les variations de longueur sont transmises à une aiguille par un système mécanique.

     

    Les thermomètres bimétalliques

    L’élément sensible est constitué de 2 bandes de métaux différents assemblés de manière permanente par soudure ou par collage. Ce bilame est enroulé en forme de spirale ou de ressort hélicoïdal. 

    Les deux métaux ayant des coefficients de dilatation différents, les deux lames ne se dilatent pas de la même façon en fonction de la température, ce qui se traduit par une déformation du bilame (incurvation, enroulement de la spirale ou du ressort). Un système mécanique transmet les déformations du bilame à une aiguille. 

    Ces thermomètres existent en version fixe, ils sont alors intégrés à une installation de process, et en version mobile pour effectuer des contrôles ponctuels.

    Avantages :

    • Ces thermomètres fonctionnent de manière mécanique et sans besoin d’alimentation électrique.
    • La technologie bimétallique est moins chère que celle des thermomètres à dilatation de gaz ou de liquide.
    • La température ambiante n’a pas d’influence sur la mesure.

    Inconvénients :

    • Le temps de réponse est lent car le bilame réagit lentement aux variations de température.
    • Il n’est pas possible de déporter le cadran comme avec le capillaire des thermomètres à dilatation de gaz ou liquide.
    • Ces thermomètres sont sensibles aux vibrations.
  • Pourquoi choisir un thermomètre électronique ?

    Thermomètre portable de marque CHAUVIN ARNOUX

    Thermomètre portable de marque CHAUVIN ARNOUX

    Les thermomètres électroniques à contact sont composés d’un élément sensible (un capteur) et d’un circuit électronique qui convertit le signal électrique de l’élément sensible en une mesure de température lisible sur un afficheur.

    Il existe 3 types de thermomètres électroniques :

     

    Les thermomètres à résistance

    La résistance électrique d’un conducteur métallique varie en fonction de sa température. Les sondes à résistances sont fabriquées en enroulant un fil métallique de résistance électrique connue, la mesure des variations de leur résistance permet de déterminer leur température.

    On utilise plusieurs métaux pour les sondes : le cuivre, le nickel, le platine, etc. Chaque métal a une plage d’utilisation qui lui est propre. Les sondes les plus connues sont les sondes platines PT100 et PT1000 dont la résistance à 0°C est respectivement de 100 et 1000 Ohms.

    Avantages :

    • Ces thermomètres sont très précis, ils sont utilisés comme thermomètres de référence.
    • Les sondes à résistance donnent le signal le plus linéaire des sondes électroniques.
    • Leur plage de mesure est étendue (de -250 à 1100°C pour les sondes de platine).

    Inconvénients :

    • Le temps de réponse est plus lent, par rapport aux thermocouples.
    • Ils sont plus chers.
    • Les sondes à résistance sont plus encombrantes.

     

    Les thermomètres à thermistance

    Une thermistance est un semi-conducteur (oxydes métalliques frittés) dont la résistance électrique varie fortement en fonction de la température (10 fois plus qu’une sonde de platine).

    On distingue 2 types de thermistances :

    • les CTN (Coefficient de Température Négatif, NTC en anglais) dont la résistance diminue avec la température, ils s’utilisent de -200 à 1000°C.
    • les CTP (Coefficient de Température Positif, PTC en anglais) dont la résistance augmente avec la température, ils s’utilisent de 0 à 100°C.

    Avantages :

    • Les thermomètres à thermistance sont plus sensibles que les sondes à résistance.
    • Les thermomètres à thermistance sont moins encombrants que les sondes à résistance.

     

    Les thermomètres à thermocouple

    Un thermocouple est basé sur l’effet Seebeck, il est constitué de deux fils de métaux différents soudés à leur extrémité. En simplifiant le principe, un thermocouple permet de mesurer la température au point de soudure des 2 fils.

    Il existe plusieurs types de thermocouples identifiés par une lettre et qui correspondent à différents couples de métaux associés avec une sensibilité et une plage de mesure qui leur sont propres.

    Symbole Alliage Plage de température
    J Fe / Cu-Ni (constantan) -210 / 1200°C
    K  Ni-Cr (chromel) / Ni-Al (alumel) -270 / 1372°C
    T Cu / Cu-Ni (constantan) -270 / 400°C
    E Ni-Cr (chromel) / Cu-Ni (constantan) -270 / 1000°C
    N Ni-Cr-Si (nicrosil) / Ni-Si (nisil) -270 / 1300°C
    S Pt-10%Ro / Pt -50 / 1768°C
    R Pt-13%Ro / Pt -50 / 1768°C
    B Pt-30%Ro / Pt 0 / 1820°C
    C Tu-Rhe 5% / Tu-Rhe 26% 0 / 2320°C

    Avantages :

    • Les thermomètres à thermocouple ont un temps de réponse rapide.
    • Les différents couples couvrent une très grande plage de mesure de -270 à 2000°C.
    • Leur technologie est bon marché.

    L’intérêt des thermomètres électroniques est la grande variété de configurations qu’ils peuvent prendre : thermomètres fixes de process, appareils de contrôle mobiles, sondes qui peuvent être déportées, etc.

  • Pourquoi choisir un thermomètre à infrarouges ?

    Thermomètre infrarouge de marque FLUKE

    Thermomètre à infrarouges de marque FLUKE

    Les thermomètres à infrarouges sont une technologie récente mais qui s’est imposée dans de nombreux domaines.

    Toute surface émet de l’énergie sous forme de rayonnement infrarouge. Plus la température de la surface est élevée, plus l’énergie rayonnée est importante. Dans un thermomètre infrarouge, que l’on appelle également pyromètre, le rayonnement émis par une surface est focalisé par une lentille vers un détecteur infrarouge dont le signal de sortie est converti en mesure lisible sur l’afficheur du thermomètre.

    L’avantage principal des thermomètres à infrarouges est que la mesure se fait sans contact, à distance. Cette technologie prend donc tout son intérêt lorsque les autres techniques ne peuvent être utilisées parce qu’il est impossible de toucher la cible : les surfaces en mouvement (ex : cylindre en rotation), les très hautes températures, les environnements agressifs ou endroits difficiles d’accès.

    La mesure par infrarouges est fiable et rapide et le coût de la technologie est devenu abordable. On trouve désormais facilement des thermomètres bon marché pour des applications basiques.

    Cette technologie est très répandue, il existe de nombreux modèles et configurations qui permettent de trouver un appareil adapté à chaque application : thermomètres fixes de process, thermomètres portables ou de poche pour les contrôles et les mesures ponctuelles.

    Cette technologie paraît très simple d’utilisation, il suffit de viser la cible et sa température apparaît sur l’écran, mais il faut toutefois faire attention à prendre en compte les limitations propres à cette technologie :

    • Le détecteur à infrarouges de ces thermomètres fonctionne à une longueur d’onde fixe, or certaines applications peuvent imposer une longueur d’onde particulière en fonction de la nature de la cible (ex : le verre, les flammes, etc.) ou de la composition de l’atmosphère qui peut perturber la mesure (présence de vapeur d’eau, etc.). Les fabricants proposent donc des thermomètres fonctionnant à différentes longueurs d’onde et il faudra s’assurer de choisir un modèle adapté à l’application.
    • La mesure par infrarouges est influencée directement par l’émissivité de la surface cible, cette grandeur physique comprise entre 0 et 1 caractérise la manière dont la surface rayonne son énergie infrarouge, elle est propre à chaque surface et dépend de la matière, de la couleur, de l’état de surface, etc. Pour obtenir une mesure exacte, il est donc nécessaire de paramétrer correctement l’émissivité de la cible ou de choisir un thermomètre bichromatique qui fait la mesure sur deux longueurs d’ondes différentes afin de s’affranchir de ce paramètre.
    • Un thermomètre à infrarouges est un appareil optique qui a un angle de vision, il ne prend pas la température en un point précis mais mesure la température moyenne de toutes les surfaces dans son champ de vision. Pour obtenir une mesure exacte il faut donc que tout le champ de vision soit occupé par la cible à mesurer. Si au contraire le thermomètre voit aussi des surfaces en arrière-plan avec une température différente de la cible, la mesure sera faussée. Les thermomètres à infrarouges sont donc en général équipés d’un système de visée optique ou à laser.

    Avantages :

    • La mesure se fait sans contact et à distance, ce qui permet de mesurer la température sur des surfaces en mouvement, inaccessibles ou dans des environnements agressifs.
    • La mesure est possible à très hautes températures (>2000°C).
    • La mesure est fiable et rapide.
    • Cette technologie est devenue abordable.

    Inconvénients :

    • Cette technologie ne permet d’obtenir que la température de surface.
    • La mesure peut être perturbée par l’atmosphère entre la cible et le thermomètre (poussières, vapeur d’eau, etc.). 
    • Il faut tenir compte de l’émissivité de la surface cible.
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