Définition et unité de mesure de la température

La température est une grandeur physique mesurée à l’aide d’un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans notre vie et au quotidien, elle est reliée aux sensations du froid et du chaud, provenant du transfert thermique entre le corps humain et son environnement. En physique, la température se définit de plusieurs manières soit comme fonction croissante du degré d’agitation thermique des particules (en théorie cinétique des gaz), par l’équilibre des transferts thermiques entre plusieurs systèmes ou à partir de l’entropie (en thermodynamique et en physique statistique).

La température est donc une variable très importante dans d’autres disciplines telle que la météorologie et climatologie, la médecine, et la chimie. L’échelle de température la plus courante est le degré Celsius, dans laquelle la glace (formée d’eau) fond à 0 °C et l’eau bout à environ +100 °C dans les conditions standard de pression. Dans les pays utilisant le système impérial (anglo-saxon) d’unités, on emploie le degré Fahrenheit où la glace fond à +32 °F et l’eau bout à +212 °F. L’unité du Système .

International d’unités (SI), d’utilisation scientifique et définie à partir du zéro absolu, est le degré kelvin dont la graduation est presque identique à celle des degrés centigrades. En effet, les particules composant la matière ne sont jamais au repos mais plutôt en vibration permanente et possèdent par conséquent une énergie cinétique. La température est donc une mesure indirecte du degré d’agitation microscopique des particules. D’autre part, un espace vide de matière mais dans lequel de la lumière se propage contient lui aussi de l’énergie. On peut par ailleurs associer une température au rayonnement qui mesure l’énergie moyenne des particules qui le constituent. En effet, lorsque deux corps entrent en contact, ils échangent de l’énergie thermique de façon spontanée: l’un des deux corps a des particules possédant plus d’énergie cinétique, et en les mettant en contact, les chocs entre particules font que cette énergie cinétique microscopique se transmet d’un corps vers l’autre. C’est ce transfert d’énergie qui est appelé chaleur en sciences physiques.

L’unité de température de base du système modulaire international est le Kelvin symbolisé par le symbole K, on mesure donc en degré Kelvin notée °K. Nous pouvons aussi utiliser le Celsius et mesurer ainsi en degré Celsius pour toutes les applications quotidiennes où 0 degrés Celsius indique le degré de congélation de l’eau tandis que 100 degrés Celsius indique le point d’ébullition de l’eau au niveau de la mer. Puisqu’il y a des gouttelettes de liquide qui sont présentes dans les nuages à des températures inférieures à 0 Celsius, nous nous référons à 0 Celsius comme la température à laquelle la glace commence à fondre. A la différence du degré Celsius noté (°C) largement utilisé au quotidien, le degré kelvin (°K) est une mesure absolue de la température.

Cette échelle a été introduite à la moitié du XIXème siècle et repose sur le fait qu’il existe une limite inférieure à toute température, le zéro absolu. De ce fait, au lieu de fixer un zéro arbitraire (comme c’est le cas pour l’échelle Celsius avec la température de la glace fondante), le zéro de l’échelle kelvin est justement le zéro absolu.

C’est ainsi que la température en degré Celsius s’exprime en fonction de la température en degré kelvin (K) par la relation: 𝑻𝑲𝒆𝒍𝒗𝒊𝒏 = 𝑻𝑪𝒆𝒍𝒔𝒊𝒖𝒔 + 𝟐𝟕𝟑, 𝟏𝟓  (1)

Le kelvin fut ainsi défini depuis l’an 1954 par un système physique spécial et qui est le point triple de l’eau, noté TPW pour « triple point of water ». En ce point fixe fondamental, où les trois phases liquide, solide et gaz coexistent, fut attribué la température exacte de 273,16 K cette définition était jusqu’alors réalisée à l’aide de cellules point triple de l’eau.

Depuis les travaux des physiciens Maxwell et Boltzmann au 19eme siècle, la température peut aussi être définie au niveau microscopique comme la mesure de l’agitation des composants de la matière. Ainsi pour un corps gardé à la température T, l’énergie cinétique moyenne est proportionnelle à la valeur kT où K est la constante de Boltzmann et T la température en kelvinaux États-Unis, c’est l’échelle Fahrenheit qui est la plus répandue. Dans cette mesure, la congélation de l’eau est de 32 °F et le point d’ébullition est de 212 °F. L’échelle Rankin est toujours utilisée dans le génie chimique aux États-Unis.

Capteur de température

Avant de présenter le capteur de température qui nous intéresse dans ce travail présentons très brièvement et très succinctement les capteurs.

Principes généraux des capteurs

Les capteurs sont les premiers éléments qu’on retrouve dans une chaîne de mesure, et qui permettent la transformation les grandeurs physiques ou chimiques d’un processus ou d’une installation en signaux électriques.

Définitions et caractéristiques générales 

La grandeur physique qui est l’objet de la mesure qui dans notre cas est la température, est appelée le mesurande et est représentée par la lettre « m » pour mesurande. Ainsi, le capteur est le dispositif ,qui , soumis à l’action d’un mesurande qui n’est électrique présente une caractéristique de nature électrique telle qu’une charge, une tension, ou un courant ou même une impédance, désignée par « S » et qui est fonction du mesurande , ainsi S=fonction(m) où S représente la grandeur de sortie ou réponse du capteur, m représente la grandeur d’entrée ou excitation.

Grandeurs d’influence

Le capteur peut être soumis à des grandeurs physiques,autre que le mesurandelui-même,dont les variations peuvent d’entraîner indéniablement un changement de la grandeur électrique de sortie « S » qu’il peut ne pas dissocier de l’action du mesurande.

Ces grandeurs physiques considérées comme parasites et donc indésirables, auxquelles la réponse du capteur peut être sensible, sont appelées les grandeurs d’influence. on cite entre autre les grandeurs d’influence suivantes: la température, la pression, l’humidité, les champs magnétiques variables ou statiques, la tension d’alimentation, etc….

Généralités sur les capteurs de température

Les capteurs de flux de chaleur sont largement utilisés dans diverses applications. On cite par exemple des étudesde résistance thermique des douilles de construction, des études d’impact de feu et de flamme, ou des mesures d’énergie laser, détermination de la quantité de sédiments déposée sur les surfaces d’une chaudière à vapeur, la mesure de la température d’un matériau métallique en mouvement mince, …etc.

Le flux thermique total se compose à la fois de la partie conductrice, de la grossesse et du rayonnement. Selon l’application, les quantités de chacune de ces trois parties peuvent être mesurées ou exclues. Pour mesurerun flux thermique conducteur, nous prenons une plaque thermique intégrée dans un mur, et pour mesurer l’intensité d’un flux radio thermal, nous prenons. Un compteur de rayonnement céleste qui mesure le rayonnement solaire. Il existe cependant un capteur qui peut être sensible à la fois au flux radio thermal et à la grossesse, nous prenons l’échelle Gardon ou Schmidt Poiler, utilisée dans les études sur le feu et les flammes. L’échelle Gardon devrait mesurer la charge thermique perpendiculairement à la surface sensible pour être précise en raison de sa structure d’un métal circulaire mince, tandis que la géométrie schmidt-poletor (fil enroulé) peut mesurer les flux verticaux et parallèles. Dans ce cas, le capteur est fixé sur un corps refroidi avec de l’eau. Ces capteurs peuvent être utilisés pour examiner la résistance à la combustion pour rendre le feu auquel les échantillons sont exposés à un niveau d’intensitécorrect. Il existe de nombreux exemples de capteurs qui utilisent des capteurs de flux de chaleur tels que des compteurs d’énergie laser, des jauges de rayonnement célestes, et d’autres.

Parmi les captures de températureon trouve le LM 35. Le capteur LM 35 est un capteur de mesure de la température avec une sortie de tension linéairement proportionnelle à la température enregistrée exprimée en degré Celsius. Le LM 35 n’a pas besoin d’être réinitialisé à chaque mesure . La température mesurée varie de -55 à 150 °C avec une résolution de 0,05%.Dans le capteur de LM35 on trouve trois pinouts. Le pin de droite est pour l’alimentation Vcc, un pin pour la masse GND, et le deuxième pinout du milieu est le pin de de sortieVout.

La faible consommation (60µA) du LM35 limite son échauffement. La tension de sortie est de 10 mV / ° C . La tension de sortie affichée est linéaire avec la température à mesurer exprimée en degré Celsius. par exemple pour:
10 °C, Vout = 100 mV
25 °C, Vout = 250 mV
40 °C, Vout = 400 mV
55 °C, Vout = 550 mV etc..