Comparaison des capteurs de température

Nous recevons fréquemment des questions sur les caractéristiques de nos capteurs de température: leur fréquence d'échantillonnage, leur précision, leur adéquation avec un scénario particulier. Nous allons donc vous donner quelques pistes pour identifier le capteur qui vous conviendra le mieux.





Les trois modules USB capables de mesurer la température que nous allons comparer sont:
- le Yocto-Temperature
- le Yocto-Meteo
- le Yocto-Thermocouple

Les trois modèles de capteurs de température Yoctopuce

Le Yocto-Temperature utilise un senseur Microchip MCP9804. Il s'agit d'un type de capteur assez général qui mesure sa propre température, et donc indirectement la température ambiante. Ce petit détail a toute son importance dans les caractéristiques du capteur: comme beaucoup de capteurs de température, il ne mesure pas directement la température de l'air, mais la température du circuit, qui elle-même suit avec un peu de retard la température de l'air (ou de l'objet contre lequel le circuit serait plaqué). Ce petit retard de propagation est négligeable si vous mesurez l'évolution de la température d'une pièce qui varie lentement, mais si vous voulez mesurer une variation de température qui se produit en quelques secondes, vous devrez tenir compte d'un retard de mesure significatif pour obtenir une stabilisation vers la nouvelle mesure réelle.

Le capteur MCP9804 du Yocto-Temperature

Le Yocto-Meteo utilise un senseur Sensirion SHT21. Il s'agit d'un capteur dédié à la mesure de l'air ambiant, comprenant en plus une mesure d'humidité. Le SHT21 est un chip comprenant une petite ouverture permettant à l'air d'atteindre directement les zones sensibles du capteur. Contrairement au précédent, ce capteur est donc capable de mesurer des variations de température de l'air en l'espace de quelques secondes. On peut équiper ce capteur d'un petit capuchon semi-perméable SF2 qui le protège d'une forte humidité, mais cela augmente naturellement son inertie.

Le capteur SHT21 du Yocto-Meteo

Le Yocto-Thermocouple est un module auquel vous pouvez connecter (presque) n'importe quelle sonde Thermocouple. Nous le livrons avec deux petits fils thermocouple souples de type K, mais vous pouvez connecter à ce module d'autres fils thermocouple que vous trouverez par exemple sur le site de www.tcdirect.fr. Par rapport aux deux capteurs précédent, celui-ci est donc particulièrement adapté pour mesurer la température d'un objet précis, distant du module USB lui-même. De plus, comme la température est mesurée précisément à l'extrémité du thermocouple (au point de soudure entre les deux métaux du thermocouple), l'inertie de mesure est extrêmement faible, ce qui en fait un capteur très réactif. On peut même immerger la pointe du thermocouple dans un liquide, une viande et même du métal en fusion. Mais le prix à payer pour cette flexibilité est une précision inférieure aux capteurs précédents.

L'extrémitée d'un thermocouple

Choisissez donc votre capteur en priorité par rapport à ce que vous voulez mesurer, sans vous laisser hypnotiser par des chiffres de précision théoriques. Si vous voulez détecter des fluctuations fines de la température de l'air, prenez un Yocto-Meteo. Si vous voulez détecter l'échauffement d'une pièce métallique, prenez un Yocto-Thermocouple. Même si théoriquement le Yocto-Temperature est plus précis, vous risqueriez bien de perdre la précision supplémentaire du fait d'une mauvaise propagation de température entre l'objet et le capteur.

Précision != résolution

Ne confondez pas la résolution d'un capteur avec sa précision. Lorsqu'on parle de précision (accuracy en anglais), on parle de la véritable correspondance entre la valeur retournée et la grandeur physique. Cela met en jeu non seulement le principe de mesure, mais aussi la calibration du composant par le fabricant et toutes les perturbations externes possiblement causées par une intégration inappropriée du composant sur le circuit. Par exemple, si vous tombez sur un capteur de température USB annonçant une précision de 0,1°C, il y a toutes les chances qu'il s'agisse en réalité de la résolution, et non de sa réelle précision. Il n'y a guère que quelques instruments de mesures utilisant des SPRT à quatre fils qui puissent donner des mesures d'une telle précision. Nous songeons d'ailleurs à un nouveau module de ce type...

La précision typique du Yocto-Temperature et du Yocto-Meteo est comparable, de l'ordre de 0.3°C. On parle de précision typique et non de précision garantie, car la précision varie selon la plage de mesure et selon les conditions externes. Pour plus d'information sur la précision garantie, référez-vous aux spécifications des capteurs, disponibles dans les liens en début d'article. Un thermocouple par contre est moins précis, de l'ordre de 1°C. Cela est dû au principe physique de mesure par thermocouple, et c'est le prix a payer pour la flexibilité de ce type de mesure. Toutefois, le thermocouple a une résolution comparable aux autres capteurs.

Pour certaines applications, une bonne résolution (ou sensibilité) peut être suffisante, si c'est simplement les variations qui comptent plutôt que la valeur absolue de la mesure. Tous nos capteurs de température utilisent une résolution de 1/16°C. En dessous de cette résolution, on ne trouverait essentiellement que du bruit.

Réactivité != fréquence d'échantillonnage

Là aussi, il y a une confusion fréquente entre le temps nécessaire à un capteur de température pour adapter la température mesurée à une nouvelle condition, et le nombre de mesures effectuées par seconde par le capteur. Le facteur réellement déterminant est la réactivité (l'inverse de l'inertie thermique). Le champion de la réactivité est bien sûr le thermocouple fin, dont l'inertie est très faible, et peut donc mesurer des changements de dizaines de degrés en moins d'une seconde. Les autres capteurs détectent une variation de température dans les secondes où elle se produit, mais peuvent avoir besoin de plus de 30 secondes pour se stabiliser précisément sur la nouvelle température.

Réactivité et fréquence d'échantillonnage sont bien sûr liés: rien ne sert de demander 30 fois par secondes à un capteur comme le SHT21 quelle est la température qu'il mesure, car de toute façon on sait que l'évolution de la valeur mesurée est lente. Interroger trop souvent un capteur de température ne conduit qu'à générer un échauffement électrique parasite qui fausse les mesures. C'est pourquoi nous gardons des fréquences d'échantillonnage basses sur certains capteurs.

Mesure déportée

Parfois, on désire faire une mesure loin du module USB, par exemple à l'extérieur, où même dans un environnement plus hostile. Selon le type de module que vous utilisez, la technique n'est pas la même.

Avec le Yocto-Temperature et le Yocto-Meteo, vous pouvez couper le circuit à l'endroit prévu, et souder une nappe à 4 fils entre les deux parties (voire y mettre un câble à prises Picoflex, pour plus de flexibilité). Ceci permet de déporter le capteur jusqu'à 25 mètres en général (peut-être plus, mais on a pas essayé). Si vous êtes dans un environnement très chargé en émissions électromagnétiques (à proximité d'une ligne à haute tension ou d'une source d'arcs électriques), vous devrez peut-être vous contenter de moins, ou utiliser du câble blindé.

La partie senseur peut être déportée de plusieurs mètres

Avec le Yocto-Thermocouple, la mesure est "naturellement" déportée, puisqu'elle intervient au bout du fil thermocouple. Les thermocouples que nous fournissons en standard sont courts, mais vous pouvez facilement vous procurer des fils beaucoup plus longs. Par contre, pour que le principe du thermocouple fonctionne, il est impératif que la totalité du fil soit de type thermocouple (ou rallonge à thermocouple). Vous ne pouvez pas utiliser une rallonge en fil de cuivre usuel, ou votre mesure sera fausse.

Résumé

Voici pour conclure un petit tableau récapitulatif des différences évoquées ci-dessus: