INSTRUMENTS MOTEURS

MESURE DE TEMPÉRATURE



- Thermomètre bilame

- Thermomètre à résistance

- Thermocouple

Introduction

Pour exploiter un moteur correctement, la température d'un grand nombre de paramètres doit être connue:
- température huile,
- température carburant,
- température culasses ou cylindres,
- température air carburateur,
- température gaz d'échappement,
- tuyère,
- etc...
Ils existent différents types de thermomètres :
- mesure de dilatation d'un liquide (alcool, mercure ou toluène),
- mesure d'une tension de vapeur (avec un liquide très volatil comme l'éther),
- mesure à dilatation métallique ( bilame),
- mesure électrique (variations de résistance),
- mesure électrique par thermocouple.
Les deux premiers n'étant peu ou plus utilisés, seuls les trois derniers seront étudiés.

Les températures usuelles sont exprimées en degré Celsius °C ou en degré Farrenheit°F (unité anglo-saxonne).
Conversions :
- °C en °F     →    T°F = (T°C x 9 / 5) + 32
- °F en °C     →    T°C = (T°F - 32) x 5 / 9
La température absolue T s'exprime en Kelvin. Elle est obtenue à partir de la valeur exprimée en °C et en rajoutant 273.

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Thermomètre bilame

Le fonctionnement de ces thermomètres repose sur les coefficients de dilatation très différents de deux métaux. Le bilame est constitué de deux lames de métal accolées l'une contre l'autre. Une lame peut-être en Invar, métal à coefficient de dilatation faible, et l'autre peut-être en aluminium ou cuivre, métal à coefficient de dilatation élevé. Si la température augmente, l'aluminium ou le cuivre se dilate et la longueur augmente, plus que celle de l'Invar et le bilame s'incurve.

Temperature Invar cuivre

Principe de fonctionnement
Une spirale constitué de deux lames de métaux dissemblables liées entre elles. Une extrémité est fixe et l'autre est reliée à une aiguille se déplaçant sur un cadran. Le changement de température entraîne le resserrement ou le déroulement de la spirale qui provoque le déplacement de l'aiguille en fonction de la température.

Temperature Bilame

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Thermomètre à résistance

De nombreux types d'avions l'utilisent pour mesurer la température d'huile, de l'air du carburateur, de l'air ambiant etc...
Il se compose :
- d'une sonde,
- d'un récepteur-indicateur

La sonde

Le principe de mesure des sondes à résistances, est basé sur la variation de la résistance dont la valeur varie en fonction de la température suivant :
-   R = Ro (1 + α t) ,
-   Ro est la valeur en ohm de la résistance à zéro degré Celsius,
-   α est le coefficient thermique de la sonde,
-   t est la température en degré Celsius.
Les sondes les plus utilisées sont les PT 100. Elle sont constituées d'un fil nickel / manganèse ou de platine enroulé sur un mandrin isolant et protégée par une gaine. Elles mesurent des températures comprises entre -50°C et + 200°C avec une précision de l'ordre de 1 à 2%.
Schéma d'une sonde PT 100

Temperature sonde resistance

Le récepteur

Pour mesurer la valeur de la résistance de la sonde, le récepteur est composé de deux bobines disposées généralement à 90°. Ce dispositif logométrique est un galvanomètre spécial c'est à dire un galvanométre à double cadre qui mesure le rapport des deux courants qui traversent les deux bobines.
Suivant le constructeur le logométre peut-être à:
- aimant fixe et cadres mobiles,
- cadres fixes et aimant mobile.
Les courants Formule I et I créent dans leur bobine respective des champs magnétiques Formule H et H.
Le champ résultant Formule H=H H est tel que tan α = Formule H sur H
Un aimant placé entre les deux bobines pivote sur son axe selon l'angle α.

Temperature resistance
Temperature logometre

Pour mesurer la valeur de la résistance de la sonde, on peut la relier aussi à un pont de Wheatstone.

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Thermocouple

Les thermocouples, appelés aussi couples thermoélectriques, sont utilisés pour la mesure de température sur une plage étendue (de quelques degrés jusqu’à plus de 1000°C).
Thomas Johann Seebeck (1770-1831) est le premier à avoir mis en évidence le fait que dans un circuit fermé constitué de deux conducteurs spécifiques de nature différente, assemblés en un circuit et portés à des températures T1 et T2, un courant s'établit dans le circuit et engendre une force électromotrice f.e.m. directement liée à la différence entre les températures T1 et T2 des deux jonctions. Les valeurs de cette f.e.m. dépendent également de la nature des fils utilisés.

Principe de fonctionnement
Si deux métaux de nature différente fer/constantan ou chromel/alumel sont soudés à une de leur extrémité et que l'on élève la température de cette extrémité, il apparaît une f.e.m.. aux extrémités restés libres des deux conducteurs. La lecture se fait par l'intermédiaire d'un millivolmètre branché par une deuxième jonction entre les deux conducteurs.

Temperature galvanometre

Le courant qui traverse le millivolmètre est donc proportionnel à la différence de température des deux connecteurs. Avec un tel dispositif comme la température aux bornes du millivolmètre n'est pas nulle, une spirale bimétallique corrige l'information indiquée par l'aiguille de la valeur de la température ambiante. Donc en cas de coupure du circuit du thermocouple ou lorsque le moteur est arrêté, l'aiguille du millivolmètre indiquera la valeur de la température ambiante. Une résistance corrige les variations de résistance dues aux variations de température.
Coupe d'une sonde de thermocouple .

Temperature sonde thermocouple

Sonde thermocouple d'une tête de cylindre.

Temperature photo sonde

Circuit d'un thermocouple. L'instrument est vu de l'arrière.

TTemperatureThermocouple

Les conducteurs électriques les plus utilisés sont :
- fer/constantan pour la mesure des température entre 100 et 400°C (température culasse).
- chromel/alumel (alliage de chrome-nickel et d'aluminium-nickel) pour la mesure de température entre 200 et 1000°C avec une précision voisine de 1%.
A noter que ce système de thermocouple est autonome et ne nécessite aucune source extérieure d'alimentation.

Instruments analogiques de température

A gauche température d'huile affichée en degré Fahrenheit, à droite température des culasses affichée en degré Celsius.

Temperature instruments anologique

Instrument numérique

Information de la température TGT sur Fokker 100

Temperature TGT

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