En premier, voici les sous ensembles le composant :
1/ la sonde de mesure, chargée de mesurer la température elle peut être de plusieurs type:
- Thermistance, CTN etc, ce sont des composants dans la résistance électrique varie en fonction de la température suivant une courbe plus ou moins linéaire.
- Thermocouple, ce composant est basé sur l’effet Seebeck ce sont 2 jonctions entre 2 métaux différents, la différence de température entre chacune des jonction produit un courant électrique proportionnel à la différence de température.
Ce sont les capteurs les plus courants, toutefois pour des applications spécifiques il existe d'autres types de sondes tels que :
- thermomètre à résistance de platine est un dispositif permettant de mesurer la température. Il est basé sur le fait que la résistance électrique du platine varie selon la température.
- pyromètre infrarouge (souvent appelé "thermomètre laser" dans le langage courant) basé sur la mesure des radiations de l'objet dans le domaine de l'infrarouge.
2/ la mesure de température et sa conversion en une valeur utile
il existe 2 catégories de mesure et conversion :
- conversion en une tension électrique linéaire et proportionnelle, le résultat s'affiche dans ce cas de manière analogique (exemple un appareil de mesure type galvanomètre à aiguille) qui indique sur un cadran la température. Ce type de thermomètre est par exemple utilisé dans les fours de cuisson à haute température (céramique, émaux, terres cuites).
- conversion numérique, la tension issue du circuit de mesure qui est analogique est convertie par un composant appelé CAN (Convertisseur Analogie/Numérique) en une valeur numérique (valeur binaire sur 4 ou 8 bits) qui est utilisée pour commander un afficheur numérique. C'est le cas par exemple des thermomètres médicaux analoqiques vendus dans le commerce, de tous les petits appareils donnant la température ambiante d'une pièce ou d'une chambre froide.
Principe de fonctionnement :
Le principe général s'articule sur une comparaison par rapport à une tension de référence.
D'un coté on dispose d'une tension fixe et stable utilisée comme valeur de référence, de l'autre coté on récupère la tension variable issue du capteur de température. Ces deux tensions sont comparées dans un Amplificateur Opérationnel (Ampli OP) Qui va en sortie produire une tension linéaire et proportionnelle à la température mesurée.
Si la sonde est du type thermistance elle est alimentée elle aussi par une source de courant de référence, la variation de résistance du capteur produit alors une tension variable à ses bornes qui sera utilisée pour la mesure.
Si la sonde est du type thermocouple il n'y a pas de source de courant de référence puisque le capteur produit lui même de l'énergie électrique qui sera utilisée par l'ampli OP de mesure.
Le role de l'ampli OP de mesure est le suivant :
1/ comme les capteurs ont généralement une courbe de sortie non linéaire, on compense ce défaut de linéarité dans l'étage de mesure (l'ampli OP) de façon à ce que ce dernier produise en sortie une tension parfaitement linéaire et proportionnelle à la température.
L'autre utilité de l'ampli OP est de pouvoir fournir une valeur de sortie soit positive soit négative en fonction de la température. dans ce cas les températures inférieures à zéro sont converties en une valeur linéaire négative. Inversement les températures supérieures à zéro produisent une tension positive.
Dans le cas d'un thermomètre numérique la tension linéaire en sortie de l’amplificateur de mesure est convertie par le CAN (convertisseur Analogique Numérique) en une valeur binaire proportionelle.
la mesure est basée sur le principe de l'échantillonnage. A des intervalles de temps fixes et réguliers (par exemple toutes les 20 millisecondes) le CAN prélève la tension issue de l'ampli de mesure, puis la compare à une tension de référence et génère alors sur sa sortie numérique un nombre binaire. l'opération se répète à chaque période de mesure, produisant ainsi à chaque fois un nombre binaire représentant la valeur de tension mesurée.
La sortie du convertisseur est adressée à un circuit de commande d'afficheur numérique.
Dans les mesures de températures telles que le chauffage d'habitation on utilise généralement 2 sondes, une extérieure et une intérieure. C'est la différence de température qui est alors mesurée et non pas la température extérieure uniquement pour commander le chauffage.
Dans les appareils destinés à des mesures de températures élevées (par exemple plus de 200°) on utilise les thermocouples parce qu'ils sont résistants à des températures élevées, à l'inverse des thermistances dont le composant se détruit à des températures élevées.