Introduction aux capteurs de température : thermistances, thermocouples, RTD et circuits intégrés de thermomètre

Découvrez les différents types de capteurs de température et chacun de leurs avantages et inconvénients.

Les capteurs de température font partie des capteurs les plus couramment utilisés. Tous les types d’équipements utilisent des capteurs de température, notamment les ordinateurs, les voitures, les appareils de cuisine, les climatiseurs et (bien sûr) les thermostats domestiques. Les cinq types de capteurs de température les plus courants comprennent :

Cet article vous donnera une introduction succincte à chacun des types de capteurs répertoriés.

Comme son nom l'indique, la thermistance (c'est-à-direthermieà rienistor) est un dispositif de détection de température dont la résistance est fonction de sa température.

Les thermistances sont disponibles en deux types : PTC (coefficient de température positif) et NTC (coefficient de température négatif). La résistance d'une thermistance PTC augmente à mesure que la température augmente. En revanche, la résistance d'une thermistance NTC diminue à mesure que la température augmente, et ce type semble être la thermistance la plus couramment utilisée. Voir la figure 1 ci-dessous.

Il est important de réaliser que la relation entre la résistance d'une thermistance et sa température est très non linéaire, comme le montre la figure 2.

L'équation standard de la résistance d'une thermistance NTC en fonction de la température est donnée par :

$$R_T=R_{25C}\cdot e^{\left\{\beta\left[\left(1/\left(T+273\right)\right)-\left(1/298\right)\ droite]\droite\}}$$

Où:

R25C est la résistance nominale de la thermistance à température ambiante (25 °C). Cette valeur est normalement fournie dans la fiche technique.

β (bêta) est la constante matérielle de la thermistance en Kelvin. Cette valeur est normalement fournie dans la fiche technique.

T est la température réelle de la thermistance en Celsius.

Cependant, il existe deux techniques simples utilisées pour linéariser le comportement d'une thermistance, à savoir le mode résistif et le mode tension.

La linéarisation en mode résistif place une résistance normale en parallèle avec la thermistance. Si la valeur de la résistance est la même que celle de la thermistance à température ambiante, la région de linéarisation sera symétrique par rapport à la température ambiante. Voir la figure 3 ci-dessous.

La linéarisation en mode tension, quant à elle, place la thermistance en série avec une résistance normale formant un circuit diviseur de tension : le circuit diviseur de tension doit être connecté à une référence de tension connue, fixe et stable, VREF.

Cette configuration a pour effet de produire une tension de sortie quelque peu linéaire en fonction de la température. Comme pour la linéarisation en mode résistif, si la valeur de la résistance est égale à la résistance de la thermistance à température ambiante, alors la région de linéarisation sera symétrique par rapport à la température ambiante (Figure 4).

Les thermocouples sont couramment utilisés pour mesurer des températures plus élevées et des plages de températures plus larges.

Pour résumer le fonctionnement des thermocouples, tout conducteur soumis à un gradient thermique générera une petite tension. Ce phénomène est connu sous le nom d’effet Seebeck. L'ampleur de la tension générée dépend du type de métal. Les applications pratiques de l'effet Seebeck impliquent deux métaux différents qui sont joints à une extrémité et séparés à l'autre extrémité. La température de la jonction peut être déterminée via la tension entre les fils à l'extrémité sans jonction.

Il existe différents types de thermocouples. Certaines combinaisons d'alliages sont devenues populaires et la combinaison souhaitée dépend de variables telles que le coût, la disponibilité, les propriétés chimiques et la stabilité. Différents types conviennent mieux à différentes applications et sont généralement choisis en fonction de la plage de température et de la sensibilité requises.

La figure 5 montre un graphique des caractéristiques du thermocouple.

Les détecteurs de température résistifs, également appelés thermomètres à résistance, sont peut-être le capteur de température le plus simple à comprendre. Les RTD sont similaires aux thermistances dans la mesure où leur résistance change avec la température. Cependant, plutôt que d'utiliser un matériau spécial sensible aux changements de température, comme dans le cas d'une thermistance, les RTD utilisent une bobine de fil enroulée autour d'un noyau en céramique ou en verre.