Thermomètres

La mesure de température

La température est un paramètre essentiel influant sur la cinétique et le bon déroulement de la plupart des réactions chimiques, physiques et biochimiques. Depuis toujours, que ce soit pour le chercheur de laboratoire ou l'agent de maintenance industrielle, le thermomètre est un instrument de mesure indispensable.

Il existe différents types de thermomètres. Pendant de nombreuses années, les thermomètres en verre furent les plus utilisés. Basés sur le principe physique de la dilatation de fluides (mercure, alcool), ils permettent à l'opérateur de suivre visuellement les variations de température. Cependant, ces thermomètres sont fragiles. Une chute leur est fatale et peut entraîner une émission de liquides indésirable. Leur gamme de mesure est le plus souvent restreinte si on veut obtenir une bonne précision importante.

Quand à l'usage terrain, ces thermomètres sont difficilement transportables. Depuis quelques années, on utilise de plus en plus les thermomètres électroniques. Rapides et précis, ils permettent d'identifier très vite les réactions endo ou exothermiques. Ces instruments, presque toujours pilotés par microprocesseur, peuvent couvrir de larges gammes de température et s'adaptent ainsi à de nombreux secteurs d'activité.

Principe de mesure

La température est un paramètre physique essentiel. Elle se définit comme un transfert de chaleur d'un corps à un autre. Elle affecte, entre autres, le volume et la pression des corps. L'échelle des températures absolues est l'échelle thermodynamique de Kelvin. Le Kelvin (K) correspond à 1/273,16 de la température thermodynamique du point triple de l'eau. Le point triple de l'eau est le point où l'équilibre entre les phases solide, liquide et gazeuse est atteint. Le zéro absolu de l'échelle kelvin 0 K correspond à la plus petite température théoriquement atteignable.

Plus communément, on utilise les échelles Celsius ou Fahrenheit, qui sont basées chacune sur deux points fixes. Un degré Celsius (ou Centigrade) °C se définit comme le 100e de la différence entre l'eau bouillante (100 °C) et la glace (0 °C). La correspondance entre les Celsius et les Kelvin est donnée par l'équation suivante :

K = °C + 273,15

Pour les degrés Fahrenheit (°F), le point d'ébullition de l'eau est pris à 212 °F, celui de solidification à 32 °F. A l'origine, l'échelle Fahrenheit considérait un mélange constitué de glace et de différents sels comme 0 °F et considérait la température du corps à 96 °F. La conversion des Celsius en Fahrenheit s'effectue grâce à la formule :

°F = 9/5 °C + 32

Types de thermomètres

Le principe de fonctionnement des thermomètres repose sur les propriétés (mécaniques, électriques, optiques, etc.) des composants des thermomètres en fonction de la température. On compte plusieurs types de thermomètres :

• Thermomètres à liquide, basés sur la dilatation des liquides en fonction de la température ;
• Thermomètres à gaz, basés sur les variations de volume et de pression d'un gaz ;
• Thermomètres à vapeur, analogues aux modèles à gaz ;
• Thermomètres à métal, basés sur la dilatation de métaux ;
• Thermomètres à résistance (thermistance), basés sur la relation existant entre résistance électrique et température ;
• Thermomètres à thermocouple, basés sur la force électromotrice générée par l'élévation de température d'une jonction constituée de deux métaux différents ;
• Thermomètres optiques ou pyrométriques, basés sur la relation existant entre la température d'un corps et les radiations émises par ce corps.

Le thermomètre à mercure est l'un des plus anciens types de thermomètres et sûrement l'un des plus communs. Basé sur le principe de dilatation du mercure (métal), il ne permet pas d'obtenir une bonne précision de mesure. Souvent en verre, il est fragile et dangereux pour l'environnement en cas d'écoulement accidentel du mercure. HANNA instruments propose une gamme étendue de thermomètres électroniques, simples d'utilisation, rapides et précis. Quatre types sont disponibles :

• Thermomètres optiques
• Thermomètres à thermistance,
• Thermomètres à thermocouple
• Thermomètres à Pt 100.

Mesure de la température : Quel système choisir ?

Mesures par contact

Trois types de mesure par contact se sont imposés aujourd'hui pour mesurer la température des corps.

1. les mesures de pénétration (semi-solides, échantillons pâteux...) et d'immersion (liquides)
2. la mesure d'ambiance (air, gaz)
3. la mesure de surface (corps solides).

Pour les deux premiers, la mesure n'est possible qu'avec des sondes de température de contact. Pour la mesure de surface, l'utilisateur pourra choisir selon l'application un système par contact ou sans contact.

Comment choisir le thermomètre et la sonde adéquats à votre application ?

Le type d'application déterminera le choix de l'instrument et de sa sonde. Il se fera selon les critères suivants :

• le type de l'échantillon
• la plage de mesure
• l'exactitude souhaitée
• la rapidité de mesure (temps de réponse du capteur)
• l'ergonomie et la robustesse attendue.

Afin de satisfaire aux besoins les plus divers, Hanna Instruments offre un grand choix de thermomètres et sondes de température.

• Thermomètres et sondes à thermistance (CTN et CTP)
• Thermomètres et sondes à thermocouple type K
• Thermomètres à thermocouple type T
• Thermomètres infrarouges.

Les instruments et sondes à thermistance sont plus appropriés dans la gamme de température de -20 à 120 °C et adaptés aux applications agroalimentaires.

Les thermomètres et sondes à thermocouple permettent une réponse plus rapide et des mesures sur une gamme de température très étendue de -200 à 1200 °C en fonction des caractéristiques de la sonde. Le thermocouple permet également de fabriquer une variété de sondes à façon.

Les thermomètres et sondes PT100 mesurent avec une grande exactitude sur une gamme de mesure étendue.

Mesures sans contact

Tous les corps émettent des ondes électromagnétiques ou en d'autres termes un rayonnement. L'énergie transportée, émise par ce rayonnement, est mesurable en température. Les thermomètres à infrarouge permettent une mesure simple et très rapide de la température.

Avantages et limites de la mesure sans contact

Ce système de mesure offre des contrôles de température rapides tout en préservant les emballages ou les échantillons à mesurer (denrées alimentaires, produits stériles...). Il pourra aussi s'utiliser pour des mesures à très hautes températures (sidérurgie), de mauvais conducteurs de chaleur (matières synthétiques, céramique...) ou de pièces en mouvement ou difficiles d'accès. En revanche, sur des surfaces polies ou réfléchissantes, la technique infrarouge n'est pas véritablement adaptée. L'exactitude des résultats restera néanmoins inférieure à celle des mesures avec contact.