Comment choisir un capteur de température

Comment choisir un capteur de température

Plus de la moitié des modules Yoctopuce dans la catégorie des capteurs environnementaux servent à effectuer des mesures de température, sous une forme ou un autre. Pourquoi existe-il tant de manières différentes de mesurer la température, et quels sont les avantages et les inconvénients de chaque méthode ?



Techniques de mesure

Le Yocto-Thermocouple


Un thermocouple est une paire de fils constitués de deux métaux différents bien particuliers, soudés à une extrémité. Un phénomène physique appelé effet Seebeck crée une faible tension électrique entre les deux fils à l'autre extrémité qui dépend de la température aux deux bouts. Si on raccorde un thermocouple au Yocto-Thermocouple, celui-ci est capable de mesurer la température à l'une des extrémités ainsi que la tension électrique, et d'en déduire la température à l'autre extrémité du thermocouple. Il existe plusieurs types de thermocouple selon les métaux utilisés. Vous devrez donc configurer le type de thermocouple dans le module pour qu'il calcule correctement la température.

Sondes thermocouples
Sondes thermocouples


Les avantages de la technique des thermocouples:

  • Elle permet d'effectuer une mesure déportée en un point précis.
  • Les thermocouples ne sont en général pas très chers. Vous recevez deux thermocouples de type K pouvant aller jusqu'à 260°C avec le Yocto-Thermocouple.
  • Avec les sondes adéquates, elle permet des mesures de températures extrêmement hautes, à plus de 1000°C.
  • Elle fournit des mesures très réactives (latence inférieure à la seconde),

Les désavantages des thermocouples:

  • Malgré une bonne sensibilité aux variations, la précision absolue n'est pas très bonne, environ 1-2°C / 1%.
  • Les caractéristiques d'un thermocouple peuvent dériver avec le temps.
  • La mesure peut être perturbée par le bruit électromagnétique ambiant.
  • Un thermocouple ne peut être rallongé qu'à l'aide du même type de fil à thermocouple et ne peut pas être soudé à l'étain.


Le Yocto-MaxiThermistor


Les thermistors sont une famille de sondes de température basés sur la variation de résistance de matériaux à la chaleur. On distingue les thermistors NTC, dont la résistance décroit lorsque la température monte, et les PTC, dont la résistance croît avec la température. En raccordant les deux fils d'un thermistor à une entrée du Yocto-MaxiThermistor, celui-ci va pouvoir mesurer sa résistance et en déduire la température à l'emplacement sensible. Il existe de très nombreuses variantes de thermistors NTC et PTC: vous devrez donc configurer dans le module les paramètres de votre thermistor. Les thermistors les plus couramment utilisés ont en général une résistance variant de quelques KΩ à quelques dizaines de KΩ, qui convient bien au Yocto-MaxiThermistor.

Thermistors NTC
Thermistors NTC


Les avantages de la technique des thermistors:

  • Elle permet d'effectuer une mesure déportée en un point précis.
  • Elle est très économique: les thermistors sont bon marché, et peuvent être rallongés avec n'importe quel fil électrique. Des thermistors NTC sont fournis avec le Yocto-MaxiThermistor.
  • La mesure est peu sensible au bruit électromagnétique, car les résistances supérieures à 1KΩ permettent l'utilisation de tensions de l'ordre du Volt pour la mesure.
  • Les thermistors ont des caractéristiques stables sur le long terme.

Les désavantages des thermistors:

  • La plage de mesure utilisable des thermistors NTC est en général limitée (par exemple -15°C à 75°C).
  • Ils ne sont pas aussi réactifs que les thermocouples.
  • La précision absolue n'est pas fameuse (typiquement 1 à 2°C), sauf si on prend la peine de calibrer chaque thermistor individuellement.

Le Yocto-Thermistor-C est une variante du Yocto-MaxiThermistor utilisant un fil commun entre les 6 entrées. Le Yocto-Bridge et le Yocto-MaxiBridge disposent aussi d'une mesure de température par thermistor.

Le Yocto-PT100


Les sondes Pt100 sont un type très particulier de thermistor PTC à base de pur platine. Ses caractéristiques sont tellement bien définies qu'elles font partie de l'échelle de température internationale (ITS-90). La variation de résistance des Pt100 est beaucoup plus faible que celle des thermistors NTC, ce qui permet une utilisation sur une plage beaucoup plus large, qui peut aller de -200°C à 500°C.

Sondes Pt100
Sondes Pt100


Les avantages de la technique des Pt100:

  • Elle offre une excellente précision absolue.
  • Elle permet d'effectuer une mesure déportée.
  • Elle est peu sensible au bruit électromagnétique.

Les désavantages des Pt100:

  • Le prix... plus ils sont précis, plus ils sont chers !
  • Pour obtenir une bonne précision, il faut utiliser 4 fils pour les déporter.
  • Ils ne supportent pas d'aussi hautes températures que les thermocouples.
  • La taille d'une sonde Pt100 est au minimum de quelques millimètres.
  • La latence d'une sonde Pt100 est supérieure à un thermocouple (quelques secondes).
  • Une sonde Pt100 peut être endommagée par des variations de températures extrêmes répétées.


Et les Pt1000 ?


Dans le monde industriel, on utilise parfois des thermistors PTC de type Pt1000. Ils suivent une courbe similaire aux Pt100 et partagent donc l'avantage d'une large plage de mesure, mais la résistance plus élevée permet une l'utilisation de deux fils à la place de quatre sans trop perdre de précision.

Le module adéquat pour mesurer la température avec un Pt1000 est le Yocto-MaxiThermistor. Jusqu'à présent, il fallait entrer toute la courbe de température du Pt1000 dans la configuration du module, mais dès le firmware 35560, vous pouvez simplement sélectionner le type Pt1000 et le module calculera précisément la température correspondante.

Si vous désirez effectuer une compensation en température pour les mesures d'un Yocto-Bridge ou Yocto-MaxiBridge dans un environnement où la température descend en dessous de 0°C, un Pt1000 remplacera avantageusement le thermistor NTC fourni, qui est lui mieux adapté aux températures intérieures.

Le Yocto-Temperature


Le Yocto-Temperature utilise une puce digital qui intègre directement un Pt100 dans le but de mesurer sa propre température, et donc indirectement la température ambiante.

Capteur du Yocto-Temperature
Capteur du Yocto-Temperature


Les avantages d'une mesure intégrée dans la puce:

  • Bonne précision absolue (0.25°C).
  • Solution bon marché.
  • Insensible au bruit électromagnétique.

Les désavantages d'une mesure intégrée dans la puce:

  • Mesure de la température ambiante uniquement (pas destiné à une mesure au contact).
  • La latence de mesure n'est pas négligeable, en raison de l'inertie thermique du PCB.


Le Yocto-Meteo-V2


Le Yocto-Meteo-V2 est destiné spécifiquement à le mesure des conditions ambiantes. Son capteur de température intégré mesure directement l'air au contact de la puce.

Capteur de température et d'humidité du Yocto-Meteo-V2
Capteur de température et d'humidité du Yocto-Meteo-V2


Les avantages d'un capteur intégré mesurant l'air au contact:

  • Excellent précision absolue (0.1°C).
  • Insensible au bruit électromagnétique.

Les désavantages d'un capteur intégré mesurant l'air au contact:

  • Un peu plus cher (mais mesure d'autres paramètres supplémentaires de l'air ambiant).
  • La latence de mesure est de quelques secondes.

Le capteur de température du Yocto-Meteo-V2 est aussi disponible dans le Yocto-VOC-V3.

Le Yocto-Temperature-IR


Le Yocto-Temperature-IR est capable de mesurer la température d'un objet sur la base du rayonnement infra-rouge que celui-ci émet. C'est donc une mesure déportée, mais sans contact.

Capteur de température à infra-rouge
Capteur de température à infra-rouge


Les avantages d'un capteur infra-rouge:

  • Insensible au bruit électromagnétique.
  • Pas besoin de contact physique avec l'objet mesuré.
  • Bonne précision absolue sur les températures usuelles (0.2°C à 0.5°C entre 0 et 60°C).
  • Réactivité à la seconde.

Les désavantages d'un capteur infra-rouge:

  • Relativement cher.
  • La plage de mesure est limitée à -70°C...380°C.
  • La précision varie en fonction la plage de mesure.


Comparaison en situation réelle


Pour illustrer plus concrètement les questions de réactivité et de précision mentionnées précédemment, voici une petite expérience dans laquelle nous avons mis simultanément dans le même four différents modules. Les mesures sont collectées en temps réel et affichées à l'aide de l'application Yocto-Visualization, ce qui permet de comparer comment les différents capteurs sont capables de rendre compte de la régulation du four.

Première expérience pour les mesures basées sur des sondes externes: un thermocouple, un thermistor NTC, un Pt100 et un Pt1000.

Comparaison des mesures de température par sonde
Comparaison des mesures de température par sonde



Deuxième expérience pour les mesures de température sans sonde: un Yocto-Temperature, un Yocto-Meteo-V2, un Yocto-Temperature-IR et un Yocto-PT100 pour la comparaison.

Comparaison des mesures de température sans sonde
Comparaison des mesures de température sans sonde


Notez que la valeur du Yocto-Temperature-IR est plus basse car il ne mesure pas la température de l'air mais la température de la paroi du four, qui introduit une latence.

Comment choisir ?


Si vous ne savez toujours pas quel module choisir, voici les questions-clé à vous poser:

  1. La température à mesurer est-elle supérieure à 500°C ? Si oui, utilisez un thermocouple adéquat avec un Yocto-Thermocouple.
  2. Avez-vous besoin d'une réactivité meilleure qu'une seconde ? Si oui, utilisez un thermocouple avec un Yocto-Thermocouple.
  3. Devez-vous mesurer la température ambiante ? Si oui,

  4. Si non,

    • Avez-vous besoin d'une mesure de grande précision ? Si oui, utilisez une sonde Pt100 avec un Yocto-PT100.
    • Une mesure sans contact est-elle adéquate ? Si oui, utilisez une Yocto-Temperature-IR.
    • La plage de température est-elle adaptée à un NTC ? Si oui, utilisez un thermistor NTC avec un Yocto-MaxiThermistor.
    • Sinon, utilisez un Pt1000 avec un Yocto-MaxiThermistor.

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