Thermomètres à contact (sondes, thermocouples, Pt100)

Les thermomètres à contact sont des instruments de mesure de température au moyen de capteurs qui entrent en contact physique avec le milieu (solide, liquide, gaz) dont on veut déterminer la température. Les technologies les plus répandues sont les thermocouples (effet Seebeck), les thermorésistances Pt100 et Pt1000 (variation de résistance avec la température) et les thermistances CTN/CTP. Les sondes sont conçues pour des mesures de surface, d’immersion dans les liquides, de pénétration dans les matériaux, pour des applications agroalimentaires, la CVC, l’industrie pharmaceutique et la recherche scientifique. Le choix du capteur et de la géométrie de la sonde dépend de la plage de température, de l’exactitude requise et des conditions d’utilisation.

Thermocouples

Les thermocouples exploitent l’effet Seebeck : deux conducteurs de métaux différents soudés à une extrémité génèrent une tension thermoélectrique proportionnelle à la différence de température entre la soudure chaude et la soudure froide (soudure de référence). Les types les plus répandus sont : K (chromel-alumel, plage de -200 à +1200 °C, le plus universel et le plus robuste) ; J (fer-constantan, -40 à +750 °C, meilleure exactitude sur certaines plages) ; T (cuivre-constantan, -200 à +350 °C, excellent en cryogénie) ; et N, S, R et B pour les applications à haute température. Les exactitudes typiques (classe 1) sont de ±1,5 °C ou ±0,4 % de la valeur, selon le type. La réponse dynamique est très rapide (dixièmes de seconde pour les thermocouples ungrounded).

Thermorésistances Pt100

Les thermorésistances au platine (RTD, Resistance Temperature Detectors) exploitent la variation de résistance électrique du platine pur avec la température, selon la courbe normalisée (formule de Callendar-Van Dusen). Les Pt100 (résistance nominale de 100 Ω à 0 °C) et Pt1000 (1000 Ω à 0 °C) sont les plus répandues. Les classes d’exactitude sont : classe A (±0,15 °C à 0 °C, ±0,35 °C à 100 °C) ; classe B (±0,3 °C à 0 °C, ±0,8 °C à 100 °C) ; classe AA (±0,1 °C à 0 °C, haute précision). La plage d’utilisation typique est de -200 °C à +850 °C. Les Pt100 présentent une stabilité supérieure aux thermocouples et une meilleure linéarité, mais une réponse dynamique plus lente.

Géométries de sonde

Les sondes à contact sont conçues pour chaque application : sondes d’immersion (à tige en acier inoxydable, de 50 à 1000 mm de longueur, pour des mesures dans les liquides et dans les doigts de gant) ; sondes de surface (à élément sensible de faible épaisseur pour un contact stable sur les surfaces, également à pointe couteau pour des mesures rapides) ; sondes de pénétration (pour insertion dans les aliments, les viandes, les matériaux pâteux et les sols) ; sondes flexibles (à fil blindé de grande longueur, pour des mesures en des points difficiles d’accès) ; sondes à velcro ou magnétiques pour des applications temporaires ; sondes dédiées (pour autoclaves, salles blanches, applications sous vide et milieux agressifs, avec gaines en PTFE, Hastelloy ou titane).

Thermomètres numériques

Les thermomètres numériques intègrent l’électronique d’amplification, la compensation de soudure froide (pour thermocouples), la linéarisation (pour RTD selon les courbes normalisées), un afficheur LCD de grande lisibilité et des fonctions avancées : double voie (pour des mesures différentielles T1-T2), mémoire des dernières mesures, statistiques, seuils d’alarme, sortie de données USB/Bluetooth et logiciel PC de gestion et d’archivage. Les exactitudes des instruments haut de gamme sont de ±0,2 °C sur Pt100 (instrument compris) et de ±0,5 °C sur thermocouple K. La résolution typique de l’afficheur est de 0,1 °C.

Applications

Les applications sont variées : industrie agroalimentaire et HACCP (contrôle de température en transport, en stockage et en cuisine professionnelle) ; industrie pharmaceutique (validation d’autoclaves, de réfrigérateurs et d’environnements contrôlés BPF) ; industrie chimique et pétrochimique (contrôle de la température de procédé) ; CVC et installations thermiques (contrôle du départ et du retour des systèmes de chauffage et de rafraîchissement) ; maintenance mécanique (mesure de la température de roulements, de moteurs et de réducteurs) ; recherche et laboratoire ; médecine (mesure de la température corporelle avec des sondes dédiées, certifiées DDM).

Normes et étalonnage

Les normes de référence sont : IEC 60584 (thermocouples : partie 1 types, partie 2 tolérances, partie 3 câbles de prolongation) ; IEC 60751 (Pt100/Pt1000) ; EN 13485 (thermomètres agroalimentaires HACCP). L’étalonnage périodique s’effectue avec des bains thermostatés, des fours à puits sec (dry-well calibrator) et des fours à haute température, avec certificats ISO 17025. Les périodicités d’étalonnage typiques sont annuelles pour les applications de contrôle qualité formel et biennales pour les applications générales.