Qu'est-ce qu'un capteur de température?

Un capteur de température est un appareil qui mesure la chaleur ou le froid d'un objet., fournir une mesure de température au moyen d'un signal électrique sous une forme lisible. Les plus courants sont les thermocouples et les détecteurs de température à résistance thermique..

Capteurs de température d'eau

Capteur de température de Chine

Types de capteurs de température pour les centres de données

Il y a quatre capteurs de température principaux utilisés aujourd'hui dans l'électronique moderne: Coefficient de température négatif (CTN) thermistances, détecteurs de température à résistance (RTD), thermocouples, et intégré basé sur les semi-conducteurs (IC) capteurs.
Un capteur de température est un appareil, typiquement, un détecteur de température à thermocouple ou à résistance, qui fournit une mesure de température sous une forme lisible via un signal électrique.
Un thermomètre est la forme la plus basique d'un thermomètre utilisé pour mesurer le degré de chaleur et de fraîcheur..

Les thermomètres sont utilisés dans le domaine géotechnique pour surveiller le béton, constructions, sol, eau, ponts, etc.. pour les changements structurels dus aux variations saisonnières.
Un thermocouple (Conditions générales) est composé de deux métaux différents qui génèrent une tension électrique directement proportionnelle au changement de température. Un RDT (Détecteur de température à résistance) est une résistance variable qui modifie sa résistance électrique en proportion directe du changement de température d'une manière précise., répétable, et de manière presque linéaire.

Dans notre vie quotidienne, on devrait souvent voir des thermomètres, chauffe-eau, fours à micro-ondes, réfrigérateurs, etc.. Ceux-ci seront appliqués à un appareil important – le capteur de température. Cet article vous présentera les capteurs de température, principes du capteur de température, et types de capteurs de température.

Type de capteur de température:
Dans les applications pratiques, il existe de nombreux capteurs de température disponibles, avec des caractéristiques différentes selon l'application réelle. Les capteurs de température se composent de deux types physiques de base:
1. Type de capteur de température à contact
Ces types de capteurs de température nécessitent un contact physique avec l'objet détecté et utilisent la conduction pour surveiller les changements de température.. Ils peuvent être utilisés pour détecter des solides, liquides ou gaz sur une large plage de températures.

2. Type de capteur de température sans contact
Ces types de capteurs de température utilisent la convection et le rayonnement pour surveiller les changements de température. Ils peuvent être utilisés pour détecter les liquides et les gaz qui émettent de l'énergie radiante lorsque la chaleur augmente et que le froid se dépose au fond dans les courants de convection., ou pour détecter l'énergie rayonnante transmise par des objets sous forme de rayonnement infrarouge (soleil).
Les capteurs de température avec et sans contact sont en outre classés dans les capteurs de température suivants.

Le principe du capteur de température:
1. Thermostat
Un thermostat est un capteur de température à contact constitué d'un bilame composé de deux métaux différents, comme l'aluminium, cuivre, nickel, ou tungstène.

La différence des coefficients de dilatation linéaire des deux métaux leur fait subir des mouvements mécaniques de flexion lorsqu'ils sont chauffés..

Image réelle du thermostat

2. Thermostat bimétallique
Un thermostat est constitué de deux métaux avec des niveaux de chaleur différents collés dos à dos. Quand il fait froid, les contacts se ferment et le courant circule à travers le thermostat. Pendant qu'il chauffe, un métal se dilate plus que l'autre, et les bandes bimétalliques collées se plient vers le haut (ou vers le bas), ouvrir les contacts et empêcher le flux d'électricité.

Image physique du thermostat bimétallique

Il existe deux principaux types de bilames, basé principalement sur leur mouvement lorsqu’ils sont soumis à des changements de température. Il existe des types « à action instantanée » qui produisent une action instantanée de type « marche/arrêt » ou « arrêt/marche » sur les contacts électriques à un point de température défini., et des types de « fluage » plus lents qui changent progressivement de position à mesure que la température change .
Schéma du principe de fonctionnement du thermostat bimétallique

Les thermostats à action instantanée sont couramment utilisés dans nos maisons pour contrôler les points de consigne de température des fours., fers, réservoirs d'eau chaude à immersion, et on peut également les trouver sur les murs pour contrôler les systèmes de chauffage domestique.

Les types de chenilles sont généralement constitués de bobines ou de spirales bimétalliques qui se déploient ou s'enroulent lentement à mesure que la température change.. En général, les bandes bimétalliques de style chenille sont plus sensibles aux changements de température que les types standard à clipser car les bandes sont plus longues et plus fines, ce qui les rend idéaux pour une utilisation sur les thermomètres et les cadrans, etc..

3. Thermistance
Les thermistances sont généralement constituées de matériaux céramiques, comme le nickel, oxydes de manganèse ou de cobalt plaqués dans du verre, ce qui les rend facilement endommagés. Leur principal avantage par rapport aux types à action instantanée est la rapidité avec laquelle ils réagissent à tout changement de température., précision et répétabilité.

La plupart des thermistances ont un coefficient de température négatif (CTN), ce qui signifie que leur résistance diminue à mesure que la température augmente. Cependant, certaines thermistances ont un coefficient de température positif (CTP) et leur résistance augmente avec la température.

Image physique de la thermistance

Les thermistances sont évaluées en fonction de leur résistance à température ambiante (généralement 25 oC), leur constante de temps (le temps qu'il faut pour réagir à un changement de température), et leur puissance nominale par rapport au courant qui les traverse. Comme des résistances, les thermistances ont des valeurs de résistance à température ambiante allant de 10 mégohms à quelques ohms, mais à des fins de détection, ces types mesurés en kiloohms sont généralement utilisés.

4. Exemple de capteur de température n°1
La valeur de résistance de la thermistance suivante à 25℃ est de 10KΩ, et la valeur de résistance à 100℃ est de 100Ω. Calculez la chute de tension aux bornes de la thermistance lorsqu'elle est placée en série avec une résistance de 1 kΩ pour calculer la tension de sortie. (Vout) à travers l'alimentation 12 V aux deux températures.
Exemple de diagramme de capteur de température

En changeant la valeur fixe de la résistance de R2 (1kΩ dans notre exemple) à un potentiomètre ou à une valeur prédéfinie, une sortie de tension peut être obtenue à un point de consigne de température prédéterminé, par exemple une sortie 5v à 60°C. Et en changeant le potentiomètre pour obtenir un niveau de tension de sortie spécifique, il peut être obtenu sur une plage de température plus large..

Cependant, il convient de noter que les thermistances sont des dispositifs non linéaires, et les valeurs de résistance standard des différentes thermistances à température ambiante sont différentes, principalement parce qu'ils sont constitués de matériaux semi-conducteurs. Les thermistances changent de façon exponentielle avec la température et ont donc une température bêta constante (b) qui peut être utilisé pour calculer la résistance à un point de température donné.

Cependant, lorsqu'il est utilisé avec des résistances série, comme dans un réseau diviseur de tension ou un arrangement de type pont de Wheatstone. Le courant obtenu en réponse à la tension appliquée au réseau diviseur/pont de tension est linéaire avec la température.. La tension de sortie aux bornes de la résistance évolue ensuite linéairement avec la température..