Temps de réponse des thermomètres à résistance et des thermocouples
Le temps de réponse des capteurs de température joue souvent un rôle important dans la régulation et le contrôle de nombreux processus. Mais qu’entend-on par temps de réponse, comment ce temps est-il déterminé et quelles sont les bases normatives correspondantes ?
Qu’est-ce que le temps de réponse ?
Le temps de réponse est la vitesse à laquelle un capteur de température réagit aux variations de la température du fluide à mesurer. Le temps de réponse est généralement indiqué à l’aide de deux valeurs différentes : T63 et T90.
Le T représente ici la constante de temps tau (τ en grec). Pour faire simple, en physique, la constante de temps tau est une indication de temps pour un système dynamique où la réponse transitoire présente une évolution exponentielle. En règle générale, l’unité de mesure est la seconde.
Les temps T63 et T90 indiquent le temps nécessaire pour que le capteur de température mesure respectivement 63 % et 90 % de la différence de température à mesurer. Étant donné qu’il s’agit d’une évolution exponentielle, l’indication du temps nécessaire pour mesurer 63 % de la température du fluide joue le rôle le plus important. En effet, le temps augmente à mesure que la température mesurée se rapproche de la température réelle du fluide (voir figure 1). Par conséquent, il n’y a par exemple aucun sens à déterminer le temps nécessaire pour atteindre 100 % de la température du fluide. En raison de l’erreur de dissipation thermique, cette valeur ne peut pratiquement pas être atteinte. L’influence de l’erreur de dissipation thermique fera l’objet d’un autre article.
Comment déterminer le temps de réponse d’un capteur de température ?
Le temps de réponse thermique est mesuré dans l’eau à un débit > 0,2 m/s et / ou dans l’air à une vitesse de fluide de 3 +-0,3 m/s1.
En pratique, le capteur de température est par exemple extrait d’un bain d’eau à 25 °C et plongé dans un bain d’eau à 90 °C. Les deux bains d’eau sont surveillés par un capteur de référence. On enregistre le temps nécessaire pour que le dispositif sous test atteigne la température de l’eau. Il en résulte la réponse dite transitoire du capteur de température (ligne bleue sur la figure 1). Le temps de réponse peut alors être déterminé à partir de cette réponse transitoire. La détermination peut se faire par graphique ou par calcul à partir des mesures lues.
Pour être juste, le temps de réponse doit être indiqué avec les deux températures auxquelles le temps de réponse a été déterminé. Ces températures sont toutefois rarement mentionnées dans les fiches techniques.
Dans le cas présent, T63 est égal à 1,2 s et T90 à 2,8 s de 25 °C → 90 °C.
1Extrait : DIN EN 60751:2009-05 EN60751:2008
De quoi le temps de réponse d’un capteur de température dépend-il ?
Le temps de réponse d’un capteur de température dépend des facteurs suivants :
- Construction du capteur de température
Par exemple, plus le diamètre du tube plongeur est petit, plus le capteur de température réagit rapidement aux variations de température du fluide. - Profondeur d’immersion dans le processus
Afin de déterminer la température du fluide à mesurer le plus précisément possible, le tube plongeur doit être immergé à une profondeur suffisante. Il n’existe pas de règle d’or simple ici, mais le tube plongeur d’un tube DN50 doit par exemple être immergé au moins jusqu’à la moitié du diamètre du tube. - Fluide à mesurer
Un capteur de température réagit nettement plus vite à une variation de température dans un fluide liquide que dans un fluide gazeux.
Conseil : L’air conduit mal la chaleur. Si vous utilisez un doigt de gant supplémentaire, remplissez la pointe du doigt de gant de pâte thermo-conductrice.
Quel temps de réponse mon capteur de température doit-il présenter ?
La vitesse à laquelle un capteur de température doit réagir à une variation de température dépend des exigences liées au circuit de régulation. Si le capteur de température doit réagir rapidement à une variation de la variable réglée, le temps de réponse doit être le plus court possible. À titre d’exemple pratique, on peut citer la régulation de la température du liquide de refroidissement d’un moteur ou d’une machine-outil. Même en cas de changement brusque de la charge, la température du liquide de refroidissement doit être régulée de la manière la plus constante possible.
En fin de compte, il faut toujours trouver un compromis entre le temps de réponse et les exigences en matière de résistance mécanique du capteur de température. La vitesse du fluide, la température, les vibrations ou le type de fluide jouent par exemple un rôle important dans le choix du capteur de température adapté.
Pour tenir compte de ces contraintes, SIKA propose des capteurs de température spécialement conçus et optimisés pour un temps de réponse rapide : capteur de température pour la marine, capteur de température pour le chauffage, la climatisation et la ventilation et capteur de température pour applications industrielles avec IO-Link.
