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La calibration des outils pour vos circuits frigo.

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Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17480

mardi 10 juin 2014 à 06:39:54     
Bonsoir à tous !

Ce matin un petit topic pour vous parler de l'importance de calibrer ses appareils de mesure afin de vérifier le bon fonctionnement de vos DoD/Chiller/Autre

Lorsque que vous concevez un circuit frigorifique, vous allez vraisemblablement le réaliser par la suite. Pour vérifier vos choix techniques et le bon fonctionnement de votre machine du diable, vous utilisez plusieurs outils. Dans notre cas, il y en a deux vraiment indispensables :

-> La paire de mano pour vos pressions.

-> Le thermomètre.

Pour le manomètre, c'est vite vu, il faut juste vérifier que les aiguilles ( dans le cas d'un modèle classique sans électronique ) soient bien calées sur le 0 à la pression atmosphérique, c'est-à-dire flexible ouvert dans l'air ambiant. Si la mécanique n'a pas été endommagé par une surpression ou un choc important, il n'y a pas grand chose d'autre à faire pour lire ses pressions de manière précise.

Pour les thermomètres, c'est un peu plus complexe. La plupart d'entre-nous utilisons ( tous ? ) des modèles numériques à thermocouple, ou sonde de platine. Soit des appareils électroniques susceptibles d'être déréglés, mal calibrés, etc ...

Le thermomètre, associé à sa sonde de contact, est utilisé pour mesure le sous-refroidissement, et la surchauffe, les deux paramètres cruciaux qui informent de l'état de fonctionnement du circuit frigorifique. Bien sûr le thermomètre peut être utilisé pour mesurer d'autres points du circuit, mais ces deux facteurs sont les plus importants ( avec le refoulement et le compresseur lui-même ).


-> Dans ma vie active, je suis amené à faire des campagnes de mesures sur des groupes frigorifiques, et il m'est arrivé d'avoir des relevés complètement farfelus, à cause d'un outil mal calibré, ou par ma faute, avec un mauvais contact de la sonde sur le tuyau, ou la pièce à mesurer.

Un mauvais contact arrive fréquemment : un accès difficile pour la sonde, une sonde en mauvais état ou pas adaptée, erreur humaine, etc ... Mais l'autre facteur déterminant est la justesse du thermomètre, à ne pas confondre avec la précision. Il ne sert à rien d'avoir un thermomètre précis à 0,001°C si ce dernier est décalé de 2 ou 3 °C par rapport à la réalité !


Je vous propose donc une méthode simple pour calibrer vos thermomètres à thermocouple, ou sonde de platine, pour autant que ces derniers puissent être calibrés ( vis de réglage, ou dans les menus de l'appareil ) !

Il existe deux méthodes simples à faire à la maison :

Méthode 1 :

-> La glace fondante pour le 0°C, mélanger de l'eau froide avec plusieurs glaçons, de préférence dans un thermos ou un Dewar, puis brasser très régulièrement jusqu’à ce que la température se stabilise. A ce moment-là, si la valeur n'est pas de 0,0°C, vous pouvez calibrer votre appareil. L'avantage de cette méthode est que la température de solidification de l'eau varie extrêmement faiblement avec la pression environnante. A la surface de la terre on considère donc la T° comme constante.

Méthode 2 : ( que je vais détailler un peu plus )

-> L'eau à ébullition. Il est très simple de mettre un peu d'eau dans une cafetière ou une petite marmite, et de mettre ça sur la gazinière. Seulement, la T° d'évaporation varie de manière assez importante avec la pression ! Ainsi, habitant à 550 m d'altitude, l'eau bout chez moi à 97,8°C, et non à 100°C. Vous pouvez trouver cette valeur en connaissant l'altitude du lieu où vous vous trouvez, avec les tables météos par exemple. Dans mon cas j'ai un vacuomètre numérique qui me donne directement la pression et la T° d'ébullition de l'eau correspondante.

Voilà comment je calibre mes appareils :

Image

Sur la droite, le vacuomètre indique 97,8°C pour la vaporisation de l'eau. Le TESTO 735 ( tout à droite, thermomètre de calibrage ) indique 97,8°C exactement, le Fluke à gauche est décalé de 0,2°C, le petit Voltcraft de 0,1°C. Ces valeurs sont tout à fait satisfaisantes, mais il est important de corriger avec l'altitude, sinon on pourrait conclure que les thermomètres sont tous décalés de plusieurs degrés par rapport à 100°C !

Voilà, deuxième partie ce soir

Message édité par Sk_rmouche le mardi 10 juin 2014 à 06:41:06
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L'Ours


dry noob (● ̄(エ) ̄ ●)
Messages : 2333

mardi 10 juin 2014 à 09:31:07     
Et sinon je fournis de l'azote liquide pour fixer le -196°

Merci Sk pour cette méthode simplet et se rappel important.
Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17480

mardi 10 juin 2014 à 19:16:30     
-196°C, mais pareil, correction en fonction de l'altitude même si c'est moins fort qu'avec l'eau ^^

Sinon avec une cloche à vide, moyen de descendre à -200°C easy ^^



Bon deuxième partie


Petit résumé sur les types de sondes disponibles pour vos appareils :




1) Les thermistances / thermo-résistances :

Cette famille de sonde permet de connaitre la température indirectement, par relation entre la température et leur résistance ohmique. On injecte un courant stable, et l'on mesure la tension à ses bornes.

Deux types de sonde existent dans cette famille, les CTN/CTP, et la sonde au platine que l'on verra un peu plus loin.


La CTN ( Coefficient de Température Négatif ) voit sa résistance électrique décroître quand la température augmente. C'est la sonde la moins chère et la plus répandue pour la plupart des applications, quand la précision et l'exactitude ne sont pas primordiales. Elles sont basées sur des oxydes métalliques et leur résistance ohmique varie beaucoup avec la température, ce qui permet d'exploiter une électronique moins complexe ( donc - chère ).

La CTP ( Coefficient de Température Positif ) voit sa résistance augmenter avec la T°. Elles sont moins utilisées, bien que plus précise et linéaire, car elles nécessitent une électronique un peu + pointue, et elles sont plus sensibles aux perturbations électriques de part la faible variation du signal en fonction de la T°. On les retrouve principalement dans le milieu du froid et de la climatisation.

Ces deux types de sondes ont dans l'ensemble ( sauf sonde spéciale, très chère ) une étendue de mesure limitée, surtout dans les hautes températures.

Voici l'allure de la réponse selon le type de thermistance :

Image


Parlons un peu du cas particulier de la sonde PT100 :

Ce type de sonde fait partie de la famille des thermo-résistances, c'est à dire ( selon Wikipédia ) une sonde exploitant un métal pur comme capteur, qui voit sa résistance augmenter linéairement avec la température. De cette famille, le platine est le plus largement utilisé, car c'est lui qui permet d'obtenir des relevés très linéaires et très précis.

La sonde PT100 se retrouve sur des thermomètres assez haut de gamme, le prix de la sonde peut s'envoler à plusieurs milliers d'euros selon la précision et l'exactitude requis. il existe plusieurs configurations pour ce type de sonde, à savoir la sonde 2, 3 et 4 fils.

La sonde 2 fils est la plus simple, il ne s'agit donc qu'une résistance du point de vue électrique? On injecte un courant continu stable ( de l'ordre du mA ) et on mesure la tension à ses bornes. Le point faible de ce montage est le phénomène d'auto-échauffement du capteur ( selon sa taille ) qui conduit à une erreur de mesure :

Image

Pour plus de précision, on exploite le modèle 3 ou 4 fils.

Image
Image

Dans le modèle 3 fils, on y ajoute deux résistances étalon de résistance connue et absolument identiques. Cela permet de soustraire l'erreur due à la résistance des câbles.
Dans le modèle 4 fils ( le nec plus ultra ) on mesure la tension aux bornes du capteur platine avec deux branches indépendantes. C'est la meilleure solution, et de fortes résistances de câble peuvent ainsi êtres gérées ( plusieurs kms de portée ).



Cependant, vous êtes moins susceptibles de trouver des thermistances sur des appareils professionnels, car l'on prefère utiliser des sondes moins chères ( pour le platine ) et dotées d'une large étendue de mesure ( pour les CTN/CTP ), ce qui nous amène à la deuxième grande famille de sonde ...


Le thermocouple :

La sonde thermocouple exploite un principe très différent de celui de la variation de résistance ohmique. Il s'agit d'une application inverse de l'effet Seebeck, qui décrit qu'un couple de métaux peut créer une différence de potentiel en fonction de la température.

C'est la sonde la plus répandue, la gamme disponible est impressionnante, et on les trouve de toutes formes. Plusieurs métaux ou alliages de métaux sont utilisés selon les températures à mesurer, et la précision désirée.

Je parlerai juste du thermocouple le plus répandu : le thermocouple type K.

Il s'agit d'un couple de deux alliages, le Chromel et l'Alumel. Ce thermocouple a une sensibilité de 41 µV / °C. Sa plage de mesure est de -200°C à +1370°C en théorie ( en pratique on limite généralement à +1200°C la limite haute ), et la plage de température est dictée aussi par les matériaux utilisés pour le câble.

Ce qu'il faut savoir avec le thermocouple, c'est qu'on ne peut pas lier un capteur à son electronique avec un vulgaire fil de cuivre. Le câble du thermocouple doit être composé des mêmes matériaux que le capteur lui-même ! De plus, les liaisons avec le thermomètre doivent faire l'objet d'une attention particulière. C'est ce qu'on appelle la soudure froide.

En effet au sein du thermomètre, on doit connaitre exactement la température d'une des deux jonctions, et c'est la température de l'autre jonction que l'on cherchera à mesurer pour connaitre finalement la T° réelle du capteur.

Un exemple dans un thermomètre Fluke, où une thermistance noyée dans du silicone blanc mesure la température de la jonction :

Image

Image

Voilà pour les sondes de contact ou d'ambiance



Parlons un peu précision, maintenant qu'on a vu la notion de justesse, c'est à dire l'exactitude de la mesure en fait :

Les thermocouples classiques ( K, T, J etc ... on ne parle pas des spéciaux au Tungstène ou autres métaux nobles pour la haute T° ) ont une tolérance qui tourne autour de 0,5 °C. Cette précision de mesure est tout à fait suffisante pour 99% des mesures de température. Le thermocouple le plus connu est le type K ( alliage Chromel/Alumel ), il n'est pas cher et ultra répandu pour une large gamme de température. Pour la basse température, je vous conseille le type T, un peu moins répandu mais avec une superbe répétabilité ( recouvrement de la valeur initiale après un choc thermique ) et une précision légèrement meilleure que le type K. Il est aussi plus stable thermiquement.

la classe de tolérance d'un thermocouple est exprimée par un chiffre. On distingue la classe 1 de la classe 2. la classe 1 est pour les sondes les plus précises, couramment 1,5°C pour le type K et 0,5 °C pour le type T. La classe 2 autorise jusqu'à 2,5 °C d'écart pour le type K, 1°C pour le type T.

Les thermocouples ont surtout l'avantage d'être très bon marché ( sauf certains particuliers, comme le type B, la sonde peut coûter plusieurs milliers d'euros !! ) et surtout d'avoir une très grande plage de mesure.

Pour de plus grandes précisions de mesure, on utilise la sonde au platine , c'est un modèle de thermistance doté d'une très grande précision de mesure. La précision peut être meilleure que 0,05 °C. La plage de mesure est plus réduite, mais la répétabilité et la linéarité de la réponse est très grande.

La précision s'exprime aussi par une classe ( classe A, classe B, classe 1/16, etc ... ), la meilleure étant la 1/16, c'est à dire meilleure que 0,05°C sur toute la plage.

Un autre facteur qui peut avoir son importance est la vitesse de réponse. C'est à dire que l'inertie thermique de la sonde ( liée directement à sa masse et les matériaux utilisés ) vont influer sur le temps de stabilisation. Les PT100 ont typiquement des temps de réponse très supérieurs aux thermocouples nus, car elles sont toujours dans des doigts de gants en inox ou en aluminium.

A noter : Le thermomètre utilisé joue aussi sur la précision et la répétabilité, dans la mesure où les variations de tension pour les thermocouples sont très faibles ( ~ 43 µV / °C pour le type T !! ) le circuit de mesure doit être très soigné, et cela se ressent sur les prix ( le Testo 735, thermomètre de référence, vaut par exemple + de 400€ ... ).

Maintenant, passons aux modèles que je vous recommande pour vos mesures de température.

Je vous conseille les sondes tuyaux, la qualité de la mesure est très bonne. Mais attention au temps de réponse ! Elles prennent généralement la forme de pinces à ressort pour assurer un contact ferme avec le tube.

Ou alors les sondes de surface, car la qualité de la mesure est sans commune mesure avec les sondes classiques avec la boule de soudure. Ces dernières ( la plupart du temps des thermocouples ) sont d'ailleurs très fragiles.

Vous pouvez aussi utiliser des sondes à doigt de gant cylindriques, mais il faudra alors bien les attacher fermement pour assurer un contact optimum avec la pièce.

Vous pouvez aussi trouver des sondes à pose unique, avec un adhésif, elles sont souvent utilisées par les constructeurs d'équipement frigorifiques ou de chauffage.



Voilà, j'espère que vous obtiendrez de bonnes mesures avec ces quelques conseils, car des valeurs erronées induisent systématiquement des erreurs d'appréciation sur un circuit frigorifique, une surchauffe bonne ou mauvaise ne se joue souvent qu'à quelques degrés

Message édité par Sk_rmouche le dimanche 06 juillet 2014 à 12:59:45
L'Ours


dry noob (● ̄(エ) ̄ ●)
Messages : 2333

mardi 10 juin 2014 à 21:57:54     
Azote solide ici

je supprimerai les post une fois ta rage exprimée

Message édité par L'Ours le mardi 10 juin 2014 à 22:01:00
kissagogo27


Méchant Vieux Râleur
Messages : 27590

mardi 10 juin 2014 à 22:06:40     
il a oublié les PT100 4 fils les PT1000 le doigt comme capteur de t° et compagnie =°
L'Ours


dry noob (● ̄(エ) ̄ ●)
Messages : 2333

mardi 10 juin 2014 à 22:10:19     
et la spectro IR. Oh le flemmard!!!
Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17480

mercredi 11 juin 2014 à 11:20:31     
Pt100 4 fils avec un thermometre de poche on s'appelle kissa
kissagogo27


Méchant Vieux Râleur
Messages : 27590

mercredi 11 juin 2014 à 11:29:00     
bah http://www.pce-france.fr/fiches-mesureurs/...ision-p-750.htm par exemple
Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17480

mercredi 11 juin 2014 à 11:57:12     
Fait pas iech copain
kissagogo27


Méchant Vieux Râleur
Messages : 27590

mercredi 11 juin 2014 à 11:57:45     
on sent le mauvais coté du "pro" là
Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17480

mercredi 11 juin 2014 à 17:04:07     
Ce que je veux dire, c'est que c'est un topic pour bien utiliser des outils de terrain, et pas un copy-paste de wikipedia sur tout les types de sonde, parce que effectivement, en dehors de la PT100 3 et 4 fils, y' a le bolomètre, les NTC, les CTN, et toute la gamme des outils non electriques

Prendre une surchauffe à 0,05°C près c'est bien, mais osef un peu non ?
kissagogo27


Méchant Vieux Râleur
Messages : 27590

mercredi 11 juin 2014 à 17:33:56     
bah ça dépend qui lit le sujet ^^ on ne sait jamais
L'Ours


dry noob (● ̄(エ) ̄ ●)
Messages : 2333

mercredi 11 juin 2014 à 19:12:56     
Imagine un des rédacteur d'article de Cooling-masters qui lis ton topic pour préparer sa nouvelle mouture

Faut penser au gens important

Message édité par L'Ours le mercredi 11 juin 2014 à 19:18:17
Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17480

mercredi 11 juin 2014 à 19:14:11     
Ok je vais faire un truc ultra complet puisque vous avez l'air motivé, mais après mes soutenances de mémoire
Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17480

dimanche 06 juillet 2014 à 12:58:10     
Deuxième partie mise à jour avec un résumé des sondes disponibles
xldrh


Membre
Messages : 229

samedi 30 août 2014 à 10:54:03     
Merci pour l'article très complet, ça m'a fait acheter un thermométre. Au départ je m'étais orienté vers fluke, mais j'ai acheté ce modéle là :

Image

Je vous dirai dans un mois si la qualité et la précision est au rendez vous !
Sk_rmouche


Apprenti Aigri
Messages : 17480

samedi 30 août 2014 à 11:53:22     
Ah oui on est loin d'un Fluke quand même
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