Il existe de nombreuses raisons d’utiliser des thermomètres électriques avec un temps de réponse court : optimisation du rendement, utilisation plus efficace de la plage de travail d’un process, prévention de la surcharge thermique du milieu de traitement. Mais comment les temps de réponse sont-ils mesurés, quelle est leur base normative et que faut-il prendre en compte ?
Le graphique montre un thermomètre (rouge) trop lent.
Des thermomètres électriques spécialement conçus garantissent que la température mesurée n’est pas « en retard » sur la température réelle du process.
Dans le graphique de droite, par exemple, la ligne bleue correspond à la température du process. La ligne rouge, quant à elle, indique la température transmise par le thermomètre électrique.
La conception optimale d’une sonde à résistance ou d’un thermocouple « rapide » est essentielle pour obtenir un temps de réponse rapide. Il est également important de minimiser la dissipation de chaleur qui est toujours présente.
Détermination des temps de réponse
Cela conduit à la question de savoir comment les temps de réponse des sondes de température sont mesurés et sur quelle base normative cela est fait.
Plusieurs normes et directives constituent la base de la mesure :
- VDI/VDE 3522 feuille 1 : Comportement dynamique des thermomètres à contact – Principes et valeurs caractéristiques.
- VDI/VDE 3522 feuille 2 : Comportement dynamique des thermomètres à contact – Détermination expérimentale des valeurs de pourcentage de temps.
- IEC 60751 : Thermomètres à résistance de platine industriels et capteurs de température en platine (Définition du temps de réponse thermique – Spécification des paramètres de mesure).
Les normes ASTM E644-11 « Standard Test Methods for Testing Industrial Resistance Thermometers » et ASTM E839-11 « Standard Test Methods for Sheathed Thermocouples and Sheathed Thermocouple Cable », constituent la base des mesures et de leurs méthodes de mesure.
Différence générale entre la mesure dans l’eau et dans l’air :
Section du diagramme « Temps de réponse »
La mesure du temps de réponse dans l’air est, en principe, similaire à celle dans l’eau. Ici aussi, un changement de température par paliers (de T1 à T2) est généré et le temps de réponse est mesuré.
Cependant, les conditions cadres physiques – telles que la résistance au transfert de chaleur de l’air vers le métal ou la capacité thermique spécifique de l’air – sont différentes de celles de l’eau. Les temps de réponse dans l’air – mesurés avec le même thermomètre – sont donc généralement plus longs que dans les liquides.
Les valeurs seuils importantes sont les pourcentages de température de 50 % (t0.5), 63 % (t0.63) et 90 % (t0.9). Ces valeurs indiquent le temps après lequel l’objet testé s’est ajusté à 50 %, 63 % ou 90 % de la température de l’eau ou de l’air.
En revanche, la valeur à 100 % n’est pas déterminée. En raison des effets de dissipation de la chaleur, cette valeur ne peut jamais, en pratique, être atteinte.
- Mesure du temps de réponse dans l’eau
Bain d’eau à écoulement laminaire et uniforme
Une pompe envoie de l’eau uniformément tempérée dans un flux laminaire uniforme.
La partie sensible à la température de l’objet à tester est déplacée très rapidement de la zone de température ambiante (T1) à la zone de température de l’eau (T2) au moyen d’un dispositif mobile (changement de température par paliers).
Représentation graphique de la réponse par palier
Le délai (le temps de réponse) jusqu’à ce que l’objet testé ait atteint la température de l’eau (connue) est déterminé et enregistré en conséquence (réponse par palier).
Paramètres du milieu de mesure, l’eau (IEC 60751) :
- Vitesse d’écoulement vmin : 0,3 m/s ± 0,1 m/s
- Changement de température par paliers : 10 … 30 K
- Mesure du temps de réponse dans l’air
Dispositif de mesure des temps de réponse dans l’air
Un ventilateur envoie de l’air uniformément tempéré (T1) dans un flux uniforme (laminaire). L’objet à tester est monté dans une pince dans le flux d’air.
Enfin, une grille de chauffage électrique génère brusquement une température plus élevée (T2) pour le flux d’air.
Photo :
Paramètres du milieu de mesure, l’air (IEC 60751) :
- Vitesse d’écoulement vmin : 3 m/s ± 0,3 m/s
- Variation par paliers de la température : 10 … 30 K
Note
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