« Un thermomètre ne mesure dans le meilleur des cas que sa propre température ». L’objectif est donc d’aligner la température de l’élément sensible à celle du média mesuré. C’est seulement à cette condition que le thermomètre indiquera la réelle température du média.
Principes de base à prendre en compte
- La chaleur s’écoule toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid
- Des corps ayant des températures différentes chercheront à harmoniser leur température
Flux de chaleur du corps le plus chaud vers le corps le plus froid
Recherche d’un équilibre lors de différences de température
Transport de chaleur entre le thermomètre et son environnement
Un thermomètre transporte la chaleur par l’intermédiaire d’un doigt de gant et de ses composants internes vers son environnement. On part toutefois du principe que la température ambiante est inférieure à la température du média. Dans le cas inverse, c’est le média du process mesuré qui est réchauffé par le thermomètre.
En général cela signifie que chaque thermomètre génère une dérivation de chaleur. Tout réside donc dans la minimisation de cette erreur.
Facteurs influençants le niveau de dérivation de la chaleur
- Différence de température entre média mesuré et température ambiante du thermomètre
- Capacité thermique du média mesuré
- Capacité thermique du thermomètre (de ses composants)
- Coéfficient chaleur des matériaux du thermomètre
- Conductibilité thermique du thermomètre (ses composants)
- Rapports de masse (doigt de gant, tuyauterie, média mesuré)
La définition et la conception du thermomètre découlent en définitive de la somme des facteurs qui influent sur le thermomètre.
Composants du thermomètre avec forte dérivation de chaleur
- Pour les thermomètres électriques : doigt de gant, gaine extérieure, fils
- Pour les thermomètres à dilatation de gaz : doigt de gant, plongeur, capillaires
- Pour les thermomètres bimétalliques : doigt de gant, axe
La dérivation de la chaleur est réalisée principalement par les composants métalliques du thermomètre mais aussi par l’air qui transporte la chaleur à l’intérieur du thermomètre – mais en plus petite proportion. La dérivation de la chaleur est d’autant plus grande (à matériaux semblables) que la surface de section par laquelle la chaleur est transmise est grande. Plus la masse du thermomètre ou de son doigt de gant est grande plus la conductibilité thermique est grande, ce qui oblige de retirer davantage l’énergie de chaleur du point de mesure.
Conditions pour éviter les erreurs de dérivation de chaleur
Exemple d’un point de mesure sur lequel on peut estimer qu’il y aura une assez grande dérive de chaleur
- La conception du thermomètre doit être adaptée aux spécifications/conditions du point de mesure (dans la mesure du possible).
- Le thermomètre doit être plongé suffisamment profondément dans le média qui doit être mesuré. Si ce n’est pas le cas, il se peut que la chaleur se disperse fortement et que l’élément sensible ne reçoive pas assez d’énergie de chaleur qui permette une mesure adéquate de la température du média. Dans ce cas la classe de précision ne peut pas être tenue.
- Le point de mesure doit être si possible bien isolé.
Note
Les informations relatives aux instruments de mesure de température sont à retrouver sur le site WIKA
See also our article: Temperature – what actually is it?