2 Mesure T-niveau

8/8/2019 2 Mesure T-niveau

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Mesure de la temprature

LGE 408 section B 14 Mai 2009

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Thermomtrie par rsistance

Rsistance mtallique

R(T) = R(T0) (1 + R(T T0)

R: coefficient de temprature de rsistance

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4.5 10-33.9 10-34.7 10-33.9 10-3Coefficient detemprature

l ( C-1)

5.52 10-810.6 10-8

10 10-81.72 10-8Rsistivitlectrique 20C

(.m)

1207390400Conductivit thermique

t (W/C/m)

6 10-68.9 10-612.8 10-616.7 10-6Coefficient de dilatationlinaire

l ( C-1)

125135450400Chaleur massiquec (J/C/kg)

3380176914531083Tempraturede fusion

Tf (C)

TungstnePlatineNickelCuivre

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Critres de choix dun mtal

Pt obtenu avec puret = 99.999 % + inertiechimique + pas de changement dans la

structure cristalline ses caractristiques lectriques stables

Ni a R le + important mais il soxydeSes caractristiques lectriques moins stables

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Critres de choix dun mtal

Cu : soxyde et encombrement plus grand

W : R(W) > R(Pt) utilisable des T +leves que Pt mais stabilit + faible que Pt cause des dfauts introduits par le trfilage

Pt est le meilleur candidat.

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Plages de temprature

Pt : -200C < T < 650C

R=100 T=0C

R=138.5 T=100C

T = 0.1C

Ni : -60C < T < 180C1.1C T 2.1C


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Sonde Pt : montage 2 fils

La tension mesure V2 estsuprieure la tension V1 auxbornes de la rsistance Pt.

Motif: chute de tension dans lesrsistance de lignes RL

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Cbles apparis

Chutes de tension dans lesfils apparis opposes

Rsistance du fil de retourindiffrente

Tension mesure = V1

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Ze trs grand chute detension dans RLx ngligeable

Ce montage donne la meilleureprcision mais est le plus cher

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Thermomtrie par thermistance CTN

Rsistances constitues partir de mlanges

doxydes mtalliques semiconducteurs

polycristallins comme MgO, Mn203, NiO,Co2O3

leve faible encombrement

R(T) = R0 exp [ B( 1/T - 1/T0 ) ]= A exp(B/T)

3000K < B < 5000K

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Thermomtrie par thermistance CTP

Rsistances constitues partir decramiques

(en gnral du titanate de baryum)

la rsistance augmente fortement avecla temprature dans une plage detemprature limite (typiquemententre 0 C et 100 C), mais diminue

en dehors de cette zone.

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Thermocouple

Capteur de temprature le plusrpandu

Constitu de deux conducteurs

lectriques raliss avec des matriaux

diffrents et souds entre eux une

des extrmits


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Thermocouple

A et B deux mtaux diffrents

Tr Tm ddp entre a et f

C (moins cher) ne change rien la ddp entre a et f tant queTc=Td

2 soudures :

soudure chaude (jonction demesure)

Soudure froide (jonction derfrence)

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Thermocouple

Soudure chaude (jonction) place dans le milieu donton cherche la temprature

L'autre extrmit de chacun des matriaux (soudurefroide) place sur un socle isothermique (elles sontdonc toutes deux la mme temprature) et onmesure la force lectromotrice (f.e.m) entre ces deuxextrmits.

La f.e.m dpend de la temprature de la premirejonction.

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Remarques

Valeur de temprature de la soudure chaude facile dduire sitempraturede la soudure froide (ou jonction de rfrence) connue

Conducteurs lectriques du thermocouple homognes sur la sectionde mesure f..m. inchange mme s'ils traversent des zones detempratures diffrentes entre jonctions

Possibilit d'introduire dans un circuit thermolectrique desconducteurs de nature diffrente sans modifier la f..m. rsultante sices conducteurs sont deux deux la mme temprature possibilit d'insertion d'un appareil de mesure dans le circuit

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-Pour chaque type de thermocouple existe une table de rfrencedonnant la tension de sortie en fonction de la temprature de lasoudure chaude.

-Ces tables de rfrence sont normalises selon les mthodes NF EN60584.1 (1996) ou CEI 584.1 (1995) sauf pour les thermocouples G, Cet D.

-Les f.e.m. sont donnes en microvolts pour une temprature dejonction de rfrence 0 C.

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Cble de compensation

Le thermocouple est coteux. Il est donc exclu que sa longueurexcde quelques mtres.

Si la distance entre le lieu de mesure et l'appareil de mesure estimportante, alors, on utilise un cble de compensation (a,b) dont lecot au mtre est moindre.


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Cbles de compensation

Utiliss pour prolonger les couples moindre frais, ces cbles ont lamme caractristique mV/T que le couple auquel ils sont associs, maisdans une plage de temprature restreinte (gnralement de 0 200C).Ceci signifie, que le cble de compensation doit tre raccord authermocouple dans une zone ou la temprature est infrieure 200 C.

Dans ces conditions, le couple prolong par le cble de compensationforme un couple dont la soudure froide est reporte l'extrmit ducble.

Des normes existent et tous les thermocouples et les cbles decompensation ont, pour les diffrencier, des codes de couleurs normaliss

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Dtermination de la temprature

Les tables numriques de la littrature fournissent, pour tous les couples A/B,les f.e.m. dlivres lorsque la soudure est la temprature et les fils deraccordement la temprature de rfrence de 0C(a = 0C), soite(,0,A/B) = E . La tension e(, a), mesure aux bornes d'un thermocouplepar liaison directe avec l'appareil de mesure la temprature ambiante a , nepeut tre entre directement dans les tables ; elle permet cependant le calcul de

e(,0), puis la dtermination de la temprature de la soudure, l'aide de latable, condition de raliser la somme suivante :

e(,0) = e(, a) + e(a ,0) En pratique, il suffit donc de rajouter la valeur e(, a ) mesure

exprimentalement, la tension e(a ,0) fournie par les tables partir de laconnaissance de la temprature a des fils de raccordement (Tambiante)

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Les tables de rfrence

Fonction liant la temprature la f..m. non linaire pour lesthermocouples

Pour chaque type de thermocouple existe une table de rfrencedonnant la tension de sortie en fonction de la temprature de lasoudure chaude.

Tables de rfrence normalises selon les mthodes NF EN 60584.1(1996) ou CEI 584.1 (1995) sauf pour les thermocouples G, C et D.

Les f..m. sont donnes en microvolts pour une temprature dejonction de rfrence 0 C.


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Rsum thermocouple

1. On mesure e(, a) (soudure de mesure , atemprature ambiante).

2. On note la temprature ambiante a .

3. On recherche dans la table la valeur de e(a,0), que l'onajoute e(, a) pour obtenir e(,0) .

4. On cherche dans la table numrique approprie la valeur de associe celle de e(,0).

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Pyromtrie optique

LGE 408 section B 21 Mai 2009

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Intrt de la pyromtrie

Mesure sans contact de T

Possible quand les conditions ne permettent pas lesmthodes lectriques :

T>2000C

Mesures grande distance

Milieu agressif Corps mauvais conducteurs de la chaleur

Pices en mouvement

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Tout corps met spontanment et en permanence unrayonnement lectromagntique dont le spectre continu aune rpartition nergtique fonction de la temprature:cest le rayonnement thermique.

Emittance (W cm-2 m-1): puissance totale mise parunit de surface par unit de longueur donde autour de

Loi de Planck donne lmittance spectrale dun corps noiren fonction de et de T

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Loi de Wien

max du maximum

de lmittance dune source

T donn.

max = 2898/T pour un corps

noir

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Rayonnement thermique dun corps rel

E (T) = e(, T) . E n(T)

E (T) : mittance du corps rel

En (T) : mittance du corps noir

e(, T) : missivit du matriau cible

Si e(T) alors corps gris (missivit ne varie pas avec )

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Pyromtrie ou thermographie?

Si on associe lobservation dune mme scne

thermique un systme radiomtrique de captation

spatiale adjoint un calculateur qui la fois convertit

les rayonnements infrarouges en points lumineux et

en tempratures, on obtient une camra infrarouge.

Cet quipement permet de visualiser et de quantifier

les tempratures dune scne thermique. Cest la

thermographie infrarouge

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Mesure de niveau


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Dtecteurs de niveau

Dtecteur de niveau basepressostat P similaire celuiutilis dans les lave-linges

Dtecteur de niveau flotteur et tige filete relie undtecteur de fin de course DFCvia une came dispose lahauteur dsire

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Dtecteurs de niveau

Dtecteur de fin de niveau bassur une barrire lumineuse (LED+ Photorsistance PR)

Dtecteur de niveau pour liquidesconducteurs base dune mesurede rsistance R entre deuxlectrodes

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Sondes conductrices

Chaque lectrode installe par un passage tanchede telle sorte que leur extrmit infrieure se situeau niveau dtecter.

Elle doit tre isole lectriquement de lamasse du rservoir quand il est mtallique.

Ds que le liquide touche une lectrode, il met lamasse un circuit alternatifbasse tension.

La masse est constitue soit par le rservoirmtallique, soit par une deuxime lectrode quand lerservoir n'est pas mtallique.

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I faible a une amplitudeproportionnelle la longueurd'lectrode immerge.

I actionne un relais.

Basse tension alternative utilisepour liminer tout risqued'lectrolyse du liquide.

Il faut des produits conducteurs(liquides, ptes, granuleux..)

Pas dusure et dtection d'unniveau haut, bas ou intermdiaire.

Sont dotes d'une ou plusieurslectrodes

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Sondes capacitives

Utilises dans les liquides conducteurs

(G>30 S/cm) pour la mesure continue deniveau.

Adaptes pour les petites gammes demesure (ex : H 150 mm)

Adaptes pour les mesures en citerne et lesliquides agressifs tels que acides et bases,indpendamment du matriau de la cuve(matire synthtique, inox ou bton) et de laforme de la cuve.

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Principe de mesure (conducteurs)

Sonde + produit + tige de masse (contre lectrode)forment un condensateur lectrique.

Si sonde dans air alors Ci faible mesure.

Si cuve remplie alors C augmente dautant plus quela sonde est recouverte.

A partir dune certaine conductivit (ex: 30 S/cm),la mesure est indpendante de du liquide.

L lectronique de la sonde convertit C en Iproportionnel au niveau dans la gamme de 4-20 mAet permet ainsi dinterprter le niveau.


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Principe de mesure (isolants)

la sonde est constitue d'une tige mtalliqueisole du rservoir.

Quand la sonde est dcouverte, le dilectriqueest alors l'air ambiant ( = 1).

En prsence d'un produit isolant, C augmentecar > 1.

Cette variation de capacit est traite pouractionner un relais ou fournir un signal desortie proportionnel au niveau du produit.

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Sondes ultrasons

Le principe est bas sur l'missiond'une onde ultrasonore rflchie surla surface de l'eau.

On capte l'cho et on mesure letemps de parcours.

Le temps de parcours estindpendant de la nature du fluideet de la pression.

Il faut toutefois respecter une zonedite " morte " proximit du capteur(30 60 cm selon les sondes).

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Radars

Fonctionne successivement enmetteur et en rcepteur.

plac au sommet du rservoiret met dans un cne de faibleouverture une onde qui aprsrflexion sur la surface duliquide retourne vers le

transducteur qui les convertiten signal lectrique

Prcision : 0,5 % de la distancemesure, soit 5 10 mm dansla plupart des cas.

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Mesures avec lames vibrantes

Comme un diapason, la fourche dudtecteur de niveau est amene safrquence de rsonance.

Cette frquence se modifie lorsque lafourche est recouverte de liquide.

L lectronique du dtecteur deniveau surveille la frquence dersonance et indique si la fourcheoscille librement ou si elle estrecouverte de liquide.

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2 Mesure T-niveau

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