Instruments de Mesure et de Contrôle : Manomètres et Thermostats

Le manomètre (ou jauge) est un instrument utilisé pour mesurer la pression d'un fluide. La pression est définie comme la force par unité de surface exercée par un liquide ou un gaz perpendiculairement à la surface. Le manomètre sert le plus souvent à déterminer la différence de pression entre la pression du fluide et la pression mécanique locale.

Le Manomètre à Tube en U

Les instruments utilisés pour mesurer la pression sont appelés manomètres ou indicateurs de pression. La méthode traditionnelle pour mesurer la pression utilise un tube de verre en forme de « U », dans lequel est déposée une quantité de liquide de densité connue. Pour la haute pression, le mercure est couramment utilisé afin que le tube conserve des dimensions raisonnables. Pour les petits manomètres en U, le mercure n'est pas très sensible. Ce type de jauge exprime la différence de pression entre les deux extrémités du tube en mesurant la différence de hauteur (longueur) du liquide.

Jauges de Pression Absolue

Les jauges de pression absolue se composent d'un ensemble de soufflets et d'un ressort faisant face à un soufflet étanche maintenu sous vide absolu. Le mouvement résultant de l'union des deux soufflets est proportionnel à la pression absolue du fluide. Le matériau utilisé pour les soufflets est généralement du laiton ou de l'acier inoxydable.

Ces jauges sont utilisées pour la mesure et le contrôle précis des basses pressions, où les changements de pression atmosphérique peuvent avoir une influence significative.

Exemple d'application :

Pour maintenir une pression absolue de 50 mm de mercure dans une colonne de distillation, la consigne de la jauge à vide (vacuomètre) serait de 710 mm (si la pression atmosphérique est de 760 mm). Si la pression atmosphérique passe à 775 mm, le vacuomètre indiquerait : 710 + 15 = 725 mm. La pression absolue réelle dans la colonne serait alors surveillée à 50 + 15 = 65 mm, soit 30 % de plus que la pression souhaitée (50 mm).

Thermostats Bimétalliques

Contrôle automatique bimétallique.

Il se compose de deux feuilles de métal assemblées, possédant des coefficients de dilatation thermique différents. Lorsque la température change, la forme de la lame se modifie, agissant sur certains contacts pour fermer ou ouvrir un circuit.

Ils peuvent être normalement ouverts ou normalement fermés, changeant d'état lorsque la température atteint le niveau pour lequel ils ont été calibrés.

Thermostats Manuels

Ceux-ci exigent une intervention humaine pour revenir à leur état initial, tels que les thermostats de sécurité qui remplissent une fonction si la température atteint des niveaux dangereux.

Thermostat à gaz pour le réglage de la température. Employé dans les climatiseurs de fenêtre.

Thermostats Automatiques

Ils reviennent à leur état initial sans intervention humaine. Ils agissent d'une manière complètement automatique, d'où leur application courante dans de nombreuses installations domestiques.

Thermostats à Gaz

Il se compose d'un gaz enfermé dans un tube de cuivre. Lorsque la température augmente, le gaz se détend et pousse la valve, ce qui exerce une fonction spécifique.

Thermostats à Cire (Paraffine)

Thermostat à paraffine pour radiateurs de véhicules.

Employés dans les vannes de régulation de liquide, ils contiennent de la paraffine encapsulée qui se dilate avec la température. Cette dilatation pousse un disque qui permet le passage du fluide. Lorsque le fluide est à basse température, un ressort ramène le disque à sa position initiale, fermant le passage. Un exemple de ce thermostat est celui utilisé dans le système de refroidissement des moteurs à combustion interne.

Thermostats Électroniques

Les thermostats électroniques sont de plus en plus courants en raison de leurs avantages :

• Ils peuvent être exempts de pièces mobiles et de contacts sujets à l'usure.
• Ils peuvent être configurés à la fois pour un seuil de température ou pour un temps minimum entre deux activations.
• Ils peuvent être facilement intégrés dans un système avec plus de fonctionnalités, comme un interrupteur horaire ou la gestion d'autres événements.
• Avec un régulateur PID, ils peuvent prendre des décisions de gestion plus intelligentes.

Un thermostat électronique peut améliorer les applications traditionnellement utilisées par les thermostats mécaniques :

• Dans un réfrigérateur, il peut empêcher le démarrage s'il y a une brève élévation de température (par exemple, en ouvrant la porte et en ventilant l'air intérieur).
• Dans le système de refroidissement d'un véhicule, une pompe électrique à commande électronique peut être utilisée pour ne pas tourner pendant la période de chauffage (afin d'éviter de gaspiller de l'énergie inutilement) et en faisant varier sa vitesse à la demande. Un système mécanique peut ne pas être en mesure d'éliminer la chaleur accumulée à régime élevé et peut demander trop de puissance pour la réfrigération. ¹
• Un thermostat domestique peut être complété par un calendrier basé sur l'heure, le jour de la semaine, ou d'autres événements pour optimiser l'efficacité.

L'élément qui mesure la température peut être un système à infrarouge ou autre, mais le plus commun est généralement une thermistance, qui peut être fabriquée de différentes manières.

La Thermistance

Thermistance CTP (Coefficient de Température Négatif).

Ce type de thermostat est construit autour d'une thermistance. Une thermistance est un dispositif qui modifie son impédance en fonction de la température.

L'impédance de la thermistance est lue par un système de contrôle, généralement basé sur un microprocesseur, qui est programmé pour effectuer différentes opérations à certaines températures.

Il existe de nombreuses variantes de thermostats électroniques, mais la lecture de la température est le plus souvent assurée par la thermistance. Il existe des versions plus anciennes qui utilisaient des thermostats à gaz. En général, tout appareil qui peut mesurer la température avec l'électronique peut être intégré dans un thermostat (par exemple, les résistances de platine, les capteurs de température à semi-conducteurs, etc.).

Domaines d'Application

Ces instruments peuvent être utilisés dans divers dispositifs où ils agissent comme un capteur dans un système de régulation en boucle fermée (avec rétroaction).