Le thermomètre

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Description détaillée

Il existe plusieurs types de thermomètres, parfois très rapides, compacts, ou ergonomiques avec affichage digital.
Les différents types de thermomètres d'usage courant :

• Les thermomètres à mercure, qui ont été progressivement retirés de la vente à cause de leur toxicité et qui ont laissé place au thermomètre à alcool.
• Les thermomètres numériques, qui ont remplacé le thermomètre à alcool dans bien des domaines grâce à leur rapidité et leur précision. Ils contiennent des oxydes métalliques à résistances variables en fonction de la température (thermistor). Ce principe permet une mesure précise sur une gamme de température étroite.

Les thermomètres numériques sont très précis et performants. Ils permettent des mesures de température de l'air, des liquides, des matériaux, etc. Ils ont également la possibilité de mémoriser les valeurs avec une alarme et la lecture est facilitée grâce à un écran. Les données peuvent être imprimées pour faire une sauvegarde. On peut leur ajouter différentes sondes en fonction du type de mesure à effectuer, voire même des sondes sans fil (radio). Il existe aussi des thermomètres à infrarouge pour des mesures à distance ou sans contact.

Les échelles de température
Les échelles de température sont, en quelque sorte, des moyens fiables et universels d'identifier les différences de températures d'un corps ou des facteurs atmosphériques. Les échelles sont constituées d'unités. Trois échelles sont reconnues mondialement : le degré Kelvin, le degré Celsius et le degré Fahrenheit. Les échelles de température sont établies selon les propriétés thermométriques suivantes : la variation de volume d'un liquide, la variation de longueur d'un solide, la variation de pression d'un gaz à volume constant, la variation d'un volume d'un gaz sous pression constante, la variation de résistance électrique d'un conducteur et finalement, la variation de couleur d'un corps très chaud.

Celsius et Kelvin
Entre la température Celsius et la température absolue (Kelvin), il y a un décalage de 273,15.
Donc, T°C = TK - 273,15

Fahrenheit et Celsius
Le degré Fahrenheit a une unité différente : pour une évolution de 1°C, on a une évolution de 1,8°F. Sachant que 0°C = 32°F.
Donc à 20°C il fait: 20x1,8=36+32 (Les 32°F de référence par rapport à 0°C)=68°F

Les fonctions des thermomètres
Les thermomètres peuvent disposer de plusieurs fonctions, voici les principales :
1. Le choix de l'échelle : Celsius ou Fahrenheit.
2. La fonction Maxi : le thermomètre enregistre la température maxi observée pendant la mesure.
3. La fonction Mini : le thermomètre enregistre la température mini observée pendant la mesure (absent sur la photo).
4. La fonction Hold : permet de figer la mesure à un instant  donné.
5. La fonction Delta : pour les thermomètres équipés de deux sondes, cette fonction permet de faire la différence entre les mesures des deux sondes.

Les thermomètres pour l'usage professionnel sont de très grande précision. Ils ont une très grande étendue de mesure et une grande rapidité d'acquisition. Ils peuvent afficher deux températures avec un calcul de delta T. Les thermomètres pour l'usage professionnel peuvent être utilisés avec un étui de protection contre les chocs, la poussière et l'humidité.
Ils sont utilisés avec différentes sondes en fonction de l'utilisation :

• Sonde d'ambiance

• Sonde pince pour une mesure sur un conduit, plaques, etc

• Sonde pour air/gaz/liquide

• Sonde de contact

• Sonde thermocouple

• Sondes d'immersion/pénétration

• Sondes de mesure pour température de surface

• etc

En fonction des besoins les sondes sont équipées de différents capteurs. Le type de mesure définira le type de sonde. Le choix de la sonde adéquate dépend de différents critères :

• L'étendue de mesure. 
• La précision. 
• le temps de réponse. 
• La robustesse. 
• La forme.

Les types de capteurs

• Thermocouple.
•  Capteur à résistance platine (Pt100 : résistance de 100 ohms à 0 °C).
•  Thermistance (CTN: résistance à Coefficient de Température Négative).

Les thermomètres pour l'usage professionnel existent aussi en infrarouge pour des mesures sans contact ou à distance.
On les utilise pour la mesure de température :

• d'une climatisation,
• d'un liquide,
• de tuyaux,
• de l'air ambiant,
• d'une pièce chauffée,
• d'un four,
• d'une étuve,
• des poudres,
• etc.

Le thermomètre infrarouge

Ces thermomètres fonctionnent par réception de rayonnement infrarouge, et permettent de contrôler très rapidement une homogénéité de température. La précision d'un tel thermomètre étant limitée, son utilisation nécessite dès lors une formation et une prise de conscience de la nécessité d'interpréter les résultats. L'infrarouge mesure la température du film ou de l'emballage et non du cœur du produit. Étant donné qu'un thermomètre infrarouge mesure la température à la surface, il n'est possible d'obtenir des résultats précis que lorsque la cible est visible. Il faut donc penser à enlever couvercles et boîtiers pour exposer l'objet à mesurer.
Légers, robustes et faciles à utiliser, les nouveaux thermomètres infrarouges sans contact permettent la prise de mesures avec une précision de 1 à 2 %, à des distances pouvant atteindre 20 mètres (en fonction du modèle). Ils ne nécessitent aucune configuration et offrent un temps de réponse inférieur à une seconde.
Les thermomètres infrarouges sont des outils de diagnostic avantageux et fiables pour l'inspection.

Domaine d'utilisation
Le thermomètre infrarouge est utilisé dans bien des domaines, dont voici les principaux en automobile :
• En électricité :
Lorsqu'un connecteur est desserré, il présente une plus grande résistance au courant, ce qui entraîne une dissipation de l'énergie et une génération de chaleur. De même, les dépôts directs de carbone sur les connecteurs et la corrosion entraînent une résistance accrue au courant.
• Maintenance préventive et/ou corrective :
Les thermomètres infrarouges permettent des mesures sur des équipements difficiles d'accès, la climatisation, le chauffage, les roulements… afin d'identifier des problèmes potentiels.
Exemple : le roulement.
Toute défaillance des roulements entraîne une génération de chaleur causant la vibration et le décentrage. L'inspection des roulements permet de déterminer si leur température dépasse les limites nominales.

Mesure de températures sans contact à l'aide des thermomètres IR
Interprétation des résultats
 
Une fois la mesure de température effectuée, il faut pouvoir déterminer s'il existe ou non un problème. Pour ce faire, il suffit de combiner le savoir-faire du technicien et les valeurs fournies par le fabricant.
 
Bien utiliser la technologie IR
Bien que les mesures IR de températures ne soient pas aussi précises que celles obtenues avec une sonde de contact calibrée, les lectures obtenues lorsque l'instrument est correctement utilisé correspondent à 1 degré près à la température réelle.
L'utilisation pratique de la technologie IR est simple. Toutefois, deux paramètres essentiels doivent être bien maîtrisés afin d'obtenir des mesures de températures réalistes et cohérentes avec ce type d'instrument. Ces deux paramètres sont :
• La résolution optique.
• L'émissivité.

Résolution optique
 

La résolution optique est fonction de la zone de mesure de l'objet testé et de la distance à l'instrument. On la définit également comme le rapport entre la distance de mesure et la surface sur laquelle est effectuée la mesure. Étudiez d'abord votre application ! Un instrument de mesure d'une résolution optique de 4:1 ne pourra être utilisé efficacement pour mesurer la température d'un objet situé à 1,5 m -même si le rayon laser du pointeur atteint cette distance. Essayez donc, avant tout achat, de déterminer comment vous allez utiliser votre thermomètre IR, puis choisissez un outil offrant une résolution optique adaptée à vos applications. De nombreuses lectures incorrectes proviennent en effet d'une erreur du technicien qui, sans le savoir, mesure une zone plus grande que l'objet visé !

Émissivité
 

L'émissivité indique la capacité d'un objet à émettre de l'énergie sous forme d'un rayonnement infrarouge. L'émissivité d'un objet est déterminée par le matériau dont il est constitué et par son type de surface. Les valeurs possibles vont de 0,1 pour une surface extrêmement réfléchissante comme du métal poli à 1,0 pour un corps idéalement noir. En termes simples, l'émissivité peut être comparée à la réflectivité —ou brillance— d'un objet. Un matériau comme le cuivre mou étiré sera par exemple très lisse et brillant, même vu au microscope, tandis que d'autres objets comme une peinture émaillée apparaissent très vite poreux. Les objets poreux ont en général une émissivité élevée (entre 0,7 et 0,98), tandis qu'un conducteur en cuivre mou étiré neuf (brillant, non oxydé) se distingue par sa faible émissivité (souvent inférieure à 0,2). Les objets brillants reflètent l'énergie IR des objets qui les entourent, ce qui affaiblit leur propre énergie IR. Les objets poreux, au contraire, tendent à absorber l'énergie IR environnante, ce qui leur permet d'émettre leur propre énergie IR sans affaiblissement (comme un corps noir).
Autrement dit : pour obtenir des mesures précises, mesurez une surface qui ne soit pas trop réfléchissante. Pour les surfaces brillantes, utilisez un revêtement de peinture noire, du ruban isolant ou un feutre magique afin de réduire la réflexion. Si l'on utilise un instrument IR à émissivité fixe de 0,95 pour mesurer un objet dont l'émissivité n'est pas proche de 0,95, les lectures obtenues seront faussées comme suit :
• Si l'objet mesuré est plus chaud que la température ambiante, la lecture erronée obtenue sera plus faible que la température réelle de l'objet.
• Si l'objet mesuré est plus froid que la température ambiante, la lecture erronée obtenue sera plus élevée que la température réelle de l'objet.

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Méthodes et pratiques

L'utilisation d'un thermomètre dans le domaine de la climatisation est très courante et permet de diagnostiquer des pannes.

Des notions de surchauffe, sous refroidissement sont cependant nécessaires afin d'identifier la cause de symptômes.

La surchauffe de l'évaporateur : elle représente la différence de température du fluide entre l'entrée et la sortie de l'évaporateur en fonction de la pression. (Valeur comprise entre 5 et 8°C)



Le sous refroidissement d'un condenseur : c'est la différence de température de condensation lue au manomètre haute pression et la température mesurée à la sortie du condenseur. (Valeur comprise entre 4 et 7°C)

 

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Impact sur les compétences en atelier

Les notions de température sont assez complexes, elles font appel aux notions scientifiques comme l'énergie cinétique, la thermodynamie.... En revanche l'utilisation d'un thermomètre est simple, le technicien utilisant cet appareil doit :

• Connaitre les notions d'unité employé pour la mesure de température
• Savoir mesurer un système à l'état d'équilibre thermodynamique ou non selon le type de mesure
• Connaitre les lois des états de la matière
• Connaitre les relations pression, température

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Exemple d’outillage approprié

Thermomètre, climtest