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.
Il existe 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 étant peu ou plus utilisés, seuls les trois derniers seront étudiés.
Les températures usuelles sont exprimées en degré Celsius °C ou en degré Fahrenheit °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.
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.
Principe de fonctionnement
Une spirale est constituée de deux lames de métal 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.
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 degrés Celsius.
Les sondes les plus utilisées sont les PT 100. Elles sont constituées d'un fil nickel / manganèse ou de platine enroulé autour d'un noyau en céramique ou en verre. Ces types d'éléments sont de 1 à 5 mm de diamètre et de 10 à 50 mm de longueur. Le noyau en céramique ou en verre peut rendre l'élément fragile et sensible aux vibrations, de sorte qu'ils sont normalement protégés dans une gaine pour une utilisation pratique.
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
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 galvanomètre à double cadre qui mesure le rapport des deux courants qui traversent les deux bobines.
Suivant le constructeur, le logomètre peut-être à :
- aimant fixe et cadre mobile,
- cadre fixe et aimant mobile.
Les courants `\vec{I_1}` et `\vec{I_2}` créent dans leur bobine respective des champs magnétiques `\vec{H_1}` et `\vec{H_2}`.
Le champ résultant `\vec{H}(\vec{H}=\vec{H_1}+\vec{H_2})` est tel que `tan α= \frac vec{H_1}{vec{H_2}`
Un aimant placé entre les deux bobines pivote sur son axe selon l'angle `α`.
Pour mesurer la valeur de la résistance de la sonde, on peut la relier aussi à un pont de Wheatstone.
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 restées libres des deux conducteurs. La lecture se fait par l'intermédiaire d'un millivolmètre branché par une deuxième jonction entre les deux conducteurs.
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.
Sonde thermocouple d'une tête de cylindre.
Circuit d'un thermocouple. L'instrument est vu de l'arrière.
Les conducteurs électriques les plus utilisés sont :
- fer/constantan pour la mesure des températures 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 %.
À noter que ce système de thermocouple est autonome et ne nécessite aucune source extérieure d'alimentation.
Instruments analogiques de température
À gauche, température d'huile affichée en degré Fahrenheit, à droite température des culasses affichée en degré Celsius.
Instrument numérique
Information de la température TGT sur Fokker 100
