Mesurer la température ambiante et de surface

On répertorie 3 types de sonde équipant les appareils de mesure de la température :

• les thermocouples,
• les thermistances (appelées aussi “CTN”),
• les capteurs à résistance métallique (appelés aussi “Pt100”).

Elles se différencient au niveau de :

• l’étendue de mesure,
• la précision,
• du temps de réponse,
• la robustesse,
• la forme.

Les thermocouples

Un thermocouple se compose de deux fils métalliques de natures différentes, soudés à une de leurs extrémités. Lorsque l’on échauffe le point de contact des métaux différents et les autres extrémités à des températures différentes, il se crée entre ces points une différence de potentiel ΔV fonction de la différence de température.

Le câble de raccordement de la sonde (en cuivre) constitue un thermocouple parasite. L’erreur qui en résulte, appelée “erreur de soudure froide” (soudure Ni-Cu) doit être compensée par l’appareil de mesure ou directement dans la fiche de raccordement à l’appareil. Cette deuxième solution permet un temps de réponse plus rapide, la première solution demandant que l’appareil stabilise sa propre température.

Les “CTN”

Les sondes CTN sont basées sur la modification de la résistance électrique d’un élément en fonction de la température. Quand la température diminue, la résistance augmente.

Les “Pt 100”

Les sondes “PT 100” sont également basées sur le principe de la modification de la résistance électrique en fonction de la température. Dans ce cas, température et résistance évoluent dans le même sens.

On parle de “Pt 100” car la résistance de l’élément (platine) est de 100 ohms à 0°C.

Étant donné leur extrême fragilité, les sondes Pt 100 ne sont pas utilisées sur les appareils portatifs.

La précision de l’appareil de mesure ne dépend pas uniquement de la sonde. 3 éléments interviennent :

• la sonde,
• l’électronique de l’appareil,
• l’affichage.

La précision totale =  où e₁ est l’erreur commise par la sonde, e₂ par l’électronique et e₃ par l’affichage.

Précision des thermocouples.

Précision des autres sondes.

Étendue de mesure des différentes sondes.

En pratique

• Attention, bien que le temps de réponse de la sonde peut être rapide (thermocouple), il faut tenir compte aussi du temps de réponse de l’électronique. Pour qu’une mesure soit fiable, il faut que l’appareil électronique stabilise sa température interne. Cela peut prendre plusieurs minutes lorsque le changement d’ambiance est fortement contrasté (de l’intérieur à l’extérieur par exemple). La mesure ne pourra être considérée comme correcte que lorsque l’affichage est stabilisé.
  Les temps de réponse repris dans les catalogues “t63” ou “t99” sont les temps de réponse pour atteindre respectivement 63 % et 99 % de la valeur réelle (t63 = t99/4). Ces données sont mesurées dans des conditions idéales. En conditions réelles, il faut multiplier cette valeur par 2 ou 3 pour obtenir le véritable temps de réponse de la sonde.
• Les écarts précision montrent qu’il est difficile de comparer des mesures prises par deux appareils différents. On peut ainsi avoir plusieurs degrés d’écart entre un thermocouple et un appareil équipé d’une sonde CTN, tout en devant admettre que les deux appareils fonctionnent correctement.
• La sonde CTN est la plus appropriée à des mesures d’ambiance. C’est le meilleur compromis temps de réponse / précision.

Sondes de contact

La température d’une surface peut être mesurée par contact direct avec cette surface, via une sonde CTN, Pt 100 ou un thermocouple.

Toute la difficulté est d’assurer un contact intime entre la surface à mesurer et la sonde. L’utilisation d’une pâte conductrice est ainsi parfois nécessaire. C’est pourquoi on n’utilise guère ces sondes en génie climatique.

Il existe ainsi des thermocouples à lamelles qui permettent par pression et déformation, un contact précis avec la surface à mesurer.

Sondes de contact.

On peut également enregistrer l’évolution de la température de l’eau dans une installation de chauffage (par exemple pour détecter les régimes de nuit) grâce à une sonde de contact fixable sur une conduite au moyen d’une bande avec velcro ou d’une pince à ressort.

Sondes Infra Rouge

Les thermomètres infrarouges permettent de mesurer la température d’une surface, sans contact. Ils conviennent particulièrement pour les mauvais conducteurs de chaleur (céramique, caoutchouc, matières synthétiques, …), pour la mesure de la température de pièces en mouvement, zones inaccessibles au toucher (plafond), des pièces sous tension électrique, …

Ces appareils ont un temps de réponse quasi instantané. Leur précision (+ ou – 2 °C) est dépendante :

• Du facteur d’émission de la surface mesurée. Les appareils restent le plus souvent réglés sur une valeur standard pour la plupart des matériaux de construction. Les légères variations d’émission entre ceux-ci peuvent être source d’erreur. La mesure sur un métal nu est, elle, impossible.
• De la présence de particule dans l’ambiance (brouillard de vapeur, de poussières, …).
• De la propreté de la lentille de l’appareil.
• De l’angle de mesure. Le résultat de la mesure est en fait une moyenne de la température de la surface vue par l’appareil. Or, celle-ci augmente avec la distance qui sépare l’appareil de l’objet à mesurer. On a donc intérêt à se trouver le plus près possible de celui-ci sous peine d’obtenir une surface de mesure trop grande par rapport à l’objet et une mesure fausse. Un viseur laser permet de mieux viser la surface à mesurer.

Angle de mesure d’un thermomètre de surface IR. Par exemple, à 50 cm de l’appareil, le diamètre de la surface de mesure peut déjà atteindre 17 cm !

Ces imprécisions rendent ces appareils inutilisables dans le cadre d’une expertise précise mais sont d’une grande utilité pour se donner une première idée de la situation. Le mieux est de combiner thermomètre infrarouge et de contact.

Thermomètre infrarouge et thermomètre infrarouge et de contact combiné.

Il existe sur le marché des petits enregistreurs de température ambiante qui permettent de se rendre compte directement de la qualité de la régulation. Par exemple, y a-t-il souvent des surchauffes, quand apparaissent les périodes d’inconfort, y a-t-il un ralenti nocturne ? ….

Le résultat des enregistrements peut être téléchargé sur ordinateur sous forme de tableau de chiffres ou de graphes. L’enregistrement de la température ambiante peut aussi être combiné à un enregistrement d’une température d’eau distribuée, au moyen d’une sonde de contact.

Le coût de tels enregistreurs de température ambiante tourne autour des 60-100 € (sans le logiciel de traitement, qui vaut typiquement ~100 €) en fonction des possibilités de mesure (humidité relative combinée, ….). Notons que si on dispose de plusieurs enregistreurs du même type, un seul logiciel est nécessaire, ce qui diminue les coûts. À titre d’exemple, un marque dont on ne citera pas le nom propose trois capteurs de température ambiante et leur logiciel pour 300 €. Néanmoins, au regard des économies que l’on peut réaliser au moyen d’une amélioration d’une installation de chauffage ou de conditionnement d’air, le coût de tels capteurs est très souvent négligeable.  En outre, les logiciels fournis sont souvent ergonomiques permettant une gestion facile des données (importation des données du capteur, lecture de ces données, modification des paramètres d’enregistrement, …).

Le coût des sondes permettant d’évaluer la température de surface est très variable. Néanmoins, à titre d’exemple, mentionnons le prix typique pour une sonde par velcro (permettant la mesure de la température de la surface des conduites de chauffage) est de 350 €, logiciel compris.