TP Etalonnage [PDF]

Zitiervorschau

I. Fabrication et étalonnage d’un thermocouple : 1 But de la manipulation : La temperature est une grandeur physique liée à la notion immédiate du chaud et du froid. Dans ce tp on veut mesurer la température avec deux thermocouples différents afin de pouvoir déterminer le coefficient de correction de chacun d’entre eux par rapport à la température réelle. 2 Etude théorique : Si on prend deux fils conducteurs de deux matériaux différents et on impose deux température différentes à l’extrémité de chacun, on aura le passage d’un courant électrique, autrement dit qu’il s’est formée une force électromotrice (fem) aux bornes de ce thermocouples. Ce phénomène est dû aux : • Effet Peltier : Deux matériaux conducteurs de nature différente portés à la même

température de la jonction sont le siège d’une fem. • Effet Thomson : Un conducteur porté à deux températures différentes est le siège d’une fem. • Effet Seebeck : C’est la superposition de l’effet Peltier et l’effet Thomson. Remarque : Il existe différents types de thermocouples correspondant chacun à une gamme déterminée de température formée par la jonction des métaux 3 Description de l’appareil : Le dispositif est composé d’un bain d’étalonnage de thermocouple . Ce dernier est composé par un caisson dans lequel est plongé un échangeur en serpentin qui permet

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de maintenir une température constante de l’eau qui se trouve dans le caisson.

bain d’étalonnage d’un thermocouple

Echangeur en serpentin

4 Méthodologie : On va utiliser deux thermocouples : -

Thermocouple de type K :



Usage continu de 0 °𝐶 à 1100 °𝐶 ; usage intermittent de −180 °𝐶 à 1 200 °𝐶. Sa table de référence s'étend à 1 370 °𝐶.

2



Stabilité moins satisfaisante que d'autres thermocouples : Son hystérésis entre 300 °C et 550 °C provoque plusieurs degrés d'erreur. Au-dessus de 800 °C, l'oxydation provoque progressivement sa dérive hors de sa classe de tolérance.



Bonne tenue aux radiations.



Utilisation sous atmosphère inerte ou oxydante.



Thermocouple le plus courant. Il est bon marché.

-

Thermocouple de type T : 

Usage continu de −185 °C à 300 °C ; usage intermittent de −250 °C à 400 °C.



Répétabilité exceptionnelle de +/-0,1 °C de −200 °C à 200 °C.



Forte conductivité thermique du cuivre.

Symbole

Nature de thermocouple

Polarités

K

CHROMEL ALUMEL CUIVRE CONSTANTAN

+ + -

T

Limite théoriques -270 à 1000 °C -270 à400 °C

Sensibilité thermique (μV/°C) 39,45 à 0°C

Erreur Standard %

38,75 à 0°C

1% à 0,75%

2,2% à 0,75%

5 Manipulation Dans ce TP, on va adopter la méthode de comparaison pour étalonner le thermocouple de type T uniquement . On va faire une série d’essais en plaçant le thermocouple dans le caisson du bain d’étalonnage dont la température est mesurée à l’aide du capteur étalon du dispositif. Pour essai on fixe une température (lecture directe sur l’afficheur) à laquelle on va chauffer l’eau qui se trouve dans le caisson. Une température à laquelle on va chauffer l’eau à l’aide de l’échangeur, on attend la stabilité thermique puis on note la température (en lisant seulement la température T1) : Tableau de mesure : Essais Tréelle °C Tther(T) °C

1 28.5 27.4

2 31.4 30.7

3 36 34.8

4 41 39.8

5 46 43.3

6 51 48.4

Courbe de la température mesurée par le thermocouple T en fonction de la température réelle

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6 Interpretations : La courbe présentant la variation de la température du thermocouple type T en fonction la température réelle est une droite linéaire. La pente de cette droite a = 0,97 . Le coefficient de correction du thermocouple type T est très faible, on a 𝒃𝑻 = 𝟏 − 𝒂 = 𝟎, 𝟎𝟑

7 Conclusion : le thermocouples type T se caractérise par une précision très élevée.

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II. Méthodes de mesures et d’étalonnage des températures 1. Introduction : Dans toutes les branches industrielles, la mesure de la température est cruciale pour surveiller les performances et corriger les procédés impliqués.Le choix du meilleur procédé de mesure de températures est particulièrement important dans la conception, le fonctionnement et la maintenance d’une usine. - Il existe plusieurs instruments de mesure de température : les thermomètres à dilatation (Thermomètre en verre, Thermomètre de pression de vapeur et le Thermomètre bilames) et les thermomètres éclectiques (Résistance en platine, Thermistance, Thermocouple). • Thermomètre en verre : Un alcool coloré contenu dans un tube de très faible dimension. Sous l’effet de la température, l’alcool se détend et atteint un niveau indiqué sur l’échelle gravé à l’extérieur du tube. • Thermomètre de pression de vapeur : Ce type de thermocouple utilise le rapport fixe entre la pression et la température lorsqu’un liquide et sa vapeur sont contenus dans un récipient fermé. Cet instrument donne des valeurs très précises. • Thermomètre bilames : Il est basé sur l’expansion d’un solide. Deux lames de métal de coefficients d’expansion différents et linéaires sont assez attachées et forment une bande qui se plie lorsque la température augmente. Il est le plus utilisé puisque il est rapide et ne tient pas beaucoup en compte de la précision. • La résistance en platine(PT100) : À 0°C, la résistance est 100Ω, au-dessus et audessous de cette température la variation de la température est linéaire. • Thermistance : Elle rassemble à la sonde de platine qui est très couteuse de point de vue matériau de Construction, d’où son utilité .Mais, le changement de température de thermistance n’est Pas linéaire, de plus la résistance de cet instrument peut être positif ou négatif selon la température.

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1. But de la manipulation : Cette manipulation a pour but d’étudier les différentes méthodes de mesure des températures on se basant sur la précision, la sensibilité d’étalonnage du travail.

2. Description du dispositif experimental

Le dispositif expérimental est constitué de :

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

un interrupteur Principal



un amplificateur de tension



une source de courant constant



un disjoncteur de sécurité RCCB



borne pour sonde PRT avec 4 câbles



câble pour la résistanc

3. Méthodologie : -

Calcul de la température à l’aide d’un thermomètre Etalon :

On plonge le thermomètre Etalon (en mercure) dans un gobelet en acier rempli d’eau placé sur un chauffe plaque pour varier la température d’eau. -

Calcul de la température à l’aide d’un thermocouple :

On va utiliser deux thermocouples de type K (Vert et blanc isolé) Dans cette partie, on utilisera le thermomètre étalon, en verre, la sonde Pt100 et la thermistance, afin de calculer la température de l’eau. Lorsque l’eau atteint l’ébullition, on utilisera deux thermomètres l’un à dilatation gaz et l’autre à dilatation solide. On dispose sur le plan de travail d’une résistance chauffante, un gobelet en acier contenant des glaces et de l’eau et une console

Une console

L’utilité de glaces est d’avoir une température de référence nulle : on cherche à mesurer à l’aide du thermocouple la température chaude et non pas la différence de températures entre la source chaude et celle froide.   

On branche un thermocouple type K dans l’installation (on le raccorde aux bornes de l’amplificateur et la sonde est placée dans le gobelet). On branche aussi dans le circuit une PT100 et une thermistance. On fait varier la température du gobelet jusqu’à 100°C à l’aide de la résistance chauffante et on note les différentes températures indiquées par les instruments.

Remarque : la température mesurée par le thermocouple et la différence de potentiel. Cette dernière est amplifiée par l’amplificateur de x 40. Et par conséquence les signaux mesurés doivent être divisés par 40 pour déterminer la tension actuelle gérée par le 7

raccordement du thermocouple. Pour convertir la différence de potentiel en valeur de température, on utilise le tableau suivant :

-

Calcul de la température à l’aide d’une sonde PT100 : Une sonde Pt100 est un type de capteurs de température aussi appelé RTD (détecteur de température à résistance) qui est fabriqué à partir de platine. L'élément Pt100 a une résistance de 100 ohms à 0 °C, et il est de loin le capteur Pt100 le plus utilisé

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On plonge la sonde dans le Goblet en acier rempli d’eau et on prend les notes. Le dispositif nous affiche deux valeurs, .la température mesurée par la sonde et la valeur de la résistance en platine en ohm. Pour convertir la valeur de la résistance en valeur de température, on utilise la courbe suivante suivant :

Tableau de mesure : Température(°C)

Température(°C)

Thermométre

Thermométre en

Étalon

9

Thermocouple(mv)

Résistance Platine(ohm)

verre

45

45

82

118,2

50

49

90,2

120

55

52

99

121,4

60

59

105,3

123,5

65

63

113,4

124,7

70

69

121,3

126,6

75

75

129,6

128,9

80

79

137,9

130,8

85

84

144,3

132,5

90

89

152,5

135,4

95

94

159,4

136,9

Thermocouple(mv) 82 90,2 99 105,3 113,4 121,3 129,6 137,9 144,3 152,5 159,4

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E-Thermocouple (µv) 2050 2255 2475 2632,5 2835 3032,5 3240 3447,5 3607,5 3812,5 3985

Temperature correspondent (°c) 51 55 61 65 70 75 79 84 88 93 97

Temperature(°C) Thermométre Étalon

Résistance Temperature Platine(ohm) correspondent (°c)

45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

118,2 120 121,4 123,5 124,7 126,6 128,9 130,8 132,5 135,4 136,9

45 50 54 60 62 67 76 78 82 90 92

Courbe d’étalonnage de PT100 :

courbe d'étalonnage pour Pt100 TITRE DE L'AXE

100 80 60 40 20 0 1

2

3

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5 6 7 TITRE DE L'AXE

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Température(°C) Thermométre Étalon Temperature correspondant (°c)

 Pente de la courbe = 0,961818182, les valeurs de température du Pt100 sont très proches de celles de l’Etalon  Le thermomètre à vapeur atteint la valeur 98°C à un temps très court alors que le thermomètre bilame prend plus de temps pour atteindre 92°C. 4. Conclusion : -

D’après la 1ère partie de la manipulation, on peut conclure que le Thermomètre Etalon, et en le comparant avec les autres thermocouples ; Thermomètre en verre, thermocouple et la température donnée à partir de la Résistance Platine, donne des valeurs plus précises et proches de la température réelle.

-

D’après la 1ère partie de la manipulation, et d’après l’expérience, on peut s’assurer que le thermomètre de Pression de vapeur est plus rapide qu’un thermomètre bilame.

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