Un capteur de température est un appareil qui convertit généralement une valeur de température en un signal électrique lisible. Il est également souvent appelé sonde de température ou thermocapteur.
Ces appareils sont utilisés dans des endroits et dans des appareils où la température doit être mesurée avec précision. Par conséquent, la température dans un circuit intégré peut être surveillée ou régulée.
Comment fonctionne un capteur de température ?
Les capteurs de température sont des appareils qui mesurent la température d'une source de chaleur. Ils fonctionnent sur la base de différents principes physiques, tels que la tension de sortie générée par deux métaux différents lorsqu'ils sont exposés à des températures différentes, le changement de résistance d'un fil métallique lorsqu'il est exposé à des changements de température ou la quantité de rayonnement infrarouge émis par un objet.
En général, ces capteurs convertissent la température en un signal électrique proportionnel à la température mesurée. Ensuite, ce signal peut ensuite être lu par un affichage ou traité par un système de contrôle pour prendre des décisions en fonction de ces valeurs.
Exemples de fonctions de capteur de température
Les capteurs de température ont une large gamme d'applications dans diverses industries et environnements. Voici quelques exemples:
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Systèmes CVC : les capteurs de température sont utilisés dans les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) pour réguler la température d'une pièce ou d'un bâtiment.
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Processus industriels : les capteurs de température sont utilisés dans divers processus industriels, tels que la fabrication, la transformation des aliments et la production chimique, pour surveiller et contrôler la température qui parfois, il s’agit de températures élevées.
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Dispositifs médicaux : Les capteurs de température sont utilisés dans les dispositifs médicaux tels que les thermomètres, les incubateurs et les dispositifs de réchauffement du sang.
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Industrie automobile : les capteurs de température sont utilisés dans les applications automobiles, telles que la surveillance de la température du moteur, la surveillance de la température de la transmission et les systèmes CVC.
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Industrie aérospatiale : les capteurs de température sont utilisés dans les avions et les engins spatiaux pour surveiller la température des composants et des systèmes critiques.
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Surveillance de l'environnement : les capteurs de température sont utilisés dans les applications de surveillance de l'environnement, telles que les stations météorologiques, pour mesurer la température et l'humidité.
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Recherche et développement : Les capteurs de température sont utilisés pour étudier divers phénomènes dans le cadre de la recherche et du développement.
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Contrôle d'un système d'eau chaude solaire et de la plage de températures la plus optimale d'un panneau PV.
Types de capteurs de température
Il existe plusieurs types de températures. Certains des types les plus courants incluent:
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Thermocouples : ce sont des capteurs de température qui mesurent la tension produite par deux métaux différents lorsqu'ils sont exposés à des températures différentes. Ils sont largement utilisés dans les applications industrielles et scientifiques en raison de leur large plage de températures et de leur durabilité.
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Détecteurs de température à résistance (RTD) : ces capteurs sont constitués d'un fil ou d'un film métallique qui modifie sa résistance en réponse aux changements de température. Ils sont couramment utilisés dans les environnements industriels et de laboratoire nécessitant une grande précision.
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Thermistances : Ce sont des capteurs de température constitués de matériaux semi-conducteurs qui modifient leur résistance en réponse aux changements de température. Ces thermomètres à résistance sont utilisés dans l'électronique grand public et les applications automobiles en raison de leur petite taille et de leur faible coût.
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Capteurs infrarouges (IR) : Ces capteurs détectent le rayonnement infrarouge émis par les objets et l'utilisent pour calculer leur température. Ils sont couramment utilisés dans les applications de mesure de température sans contact.
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Bande bimétallique : Ce capteur de température se compose de deux métaux qui se dilatent à des vitesses différentes en fonction de la température lorsqu'ils sont chauffés.
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Capteurs de température remplis de liquide : Ces capteurs utilisent l'expansion et la contraction d'un liquide qui dépend de la température pour mesurer les changements de température. Ils sont utilisés dans des fonctions industrielles où le capteur doit être placé dans des conditions difficiles.
Thermocouples : principe de fonctionnement et utilisations
Les thermocouples sont constitués de deux fils métalliques dissemblables réunis à une extrémité. La jonction entre les deux métaux est exposée à la température mesurée, tandis que l'autre extrémité du thermocouple est connectée à un instrument de mesure ou à un système de contrôle.
Le principe de fonctionnement d'un thermocouple est basé sur l'effet Seebeck, qui est la génération d'une tension lorsque deux métaux différents sont assemblés et exposés à un gradient de température. L'amplitude de la tension générée par un thermocouple est directement proportionnelle à la différence de température entre les deux extrémités des fils.
Les thermocouples sont largement utilisés dans diverses industries en raison de leur large plage de températures, de leur grande précision et de leur durabilité. Ils sont utilisés dans :
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Les paramètres industriels comprennent la production d'acier, le traitement chimique et la surveillance de la température du four.
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Recherche et développement scientifiques, tels que la mesure de la conductivité thermique et les études de gradient de température positive ou négative.
Détecteurs de température à résistance (RTD) : principe de fonctionnement
Les détecteurs de température à résistance (RTD) utilisent le changement de résistance électrique d'un fil métallique ou d'un film avec des changements de température pour le mesurer. Les métaux les plus couramment utilisés pour les RTD sont le platine, le cuivre ou le nickel peuvent également être utilisés.
Le principe de fonctionnement d'un RTD est basé sur la relation entre la résistance électrique du métal et sa température, qui suit une relation presque linéaire sur une large plage de températures. Le RTD est connecté à un circuit en pont de Wheatstone, qui mesure la résistance du RTD et la convertit en une lecture de température.
Thermistances : principes de fonctionnement
Les thermistances sont un type de capteur de température qui utilise le changement de résistance électrique d'un matériau semi-conducteur avec des changements de température pour mesurer la température. Le matériau semi-conducteur le plus couramment utilisé pour les thermistances est un mélange d'oxydes métalliques, tels que le manganèse, le nickel et le cobalt.
Le principe de fonctionnement d'une thermistance repose sur la relation entre la résistance électrique du matériau semi-conducteur et sa température, qui suit une relation fortement non linéaire sur une large plage de température. La thermistance est connectée à un instrument de mesure ou à un système de contrôle, qui mesure sa résistance et la convertit en une lecture de température.
Il existe deux types de thermistances :
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Thermistances NTC (coefficient de température négatif) : la résistance diminue lorsque la température augmente
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Thermistances PTC (Positive Temperature Coefficient) : la résistance augmente lorsque la température augmente.
Capteurs infrarouges (IR)
Les capteurs infrarouges (IR) mesurent la quantité de rayonnement infrarouge émis par un objet pour déterminer sa température. Les capteurs infrarouges détectent la chaleur émise par un objet sous forme de rayonnement infrarouge et la convertissent en une lecture de température.
Le principe de fonctionnement d'un capteur infrarouge est basé sur le fait que tous les objets au-dessus du zéro absolu émettent une certaine quantité de rayonnement infrarouge, qui est liée à leur température. Par conséquent, le capteur IR contient un détecteur sensible au rayonnement infrarouge et peut mesurer la quantité de rayonnement émise par un objet.
Un capteur IR est intrinsèquement linéaire et ne nécessite pas de linéarisation.
Bimétallique
Un bilame est un capteur composé de deux bandes de métaux différents, généralement du laiton et du fer, collées ensemble. Les métaux ont des coefficients de dilatation thermique différents, ce qui signifie qu'ils se dilatent et se contractent à des vitesses différentes lorsqu'ils sont chauffés ou refroidis.
Le principe de fonctionnement de celui-ci est basé sur le fait que lorsqu'il est chauffé, une bande métallique se dilate plus que l'autre, provoquant la flexion ou la courbure de la bande. Cette flexion ou courbure peut être utilisée pour actionner un interrupteur ou un dispositif mécanique, tel qu'un thermostat ou un disjoncteur.
Capteurs de température remplis de liquide
Les capteurs de température remplis de liquide sont un type de capteur de température qui utilise un liquide, tel que le mercure ou l'alcool, pour mesurer la température. Le liquide est contenu dans une ampoule en verre ou en métal et relié à un tube capillaire. Lorsque la température change, le liquide se dilate ou se contracte, provoquant un changement de pression, qui est ensuite mesuré et converti en une lecture de température.
Le principe de fonctionnement des capteurs de température remplis de liquide est basé sur le fait que les liquides se dilatent ou se contractent avec les changements de température. Par conséquent, le type de liquide utilisé peut affecter la plage de température et la précision du capteur.