Mesures en environnements haute température : technologies et solutions
Les mesures en environnements haute température ne s’improvisent pas. Pour obtenir des résultats fiables, il est essentiel de choisir des capteurs adaptés à ces conditions extrêmes. Ce document, proposé par PCB Piezotronics, présente donc les technologies les plus efficaces pour la mesure de vibrations dans des conditions de températures élevées. Des solutions adaptées à diverses applications sont ainsi détaillées, allant des technologies piézoélectriques aux capteurs piézorésistifs.
Importance de la température dans les mesures de vibrations
Dans les environnements industriels ou militaires, la température a bien evidemment un impact majeur sur la précision des mesures. Qu’il s’agisse de températures très basses ou très élevées, les conditions thermiques influencent le comportement des capteurs. Parmi les paramètres affectés par la température, on trouve la réponse en fréquence, la déformation des structures et la sensibilité au bruit. Par conséquent, il est crucial de sélectionner le bon type de capteur pour garantir des mesures fiables.
Technologies de capteurs pour haute température
Dans ce contexte, PCB Piezotronics propose plusieurs technologies adaptées aux environnements haute température :
- Technologie résistive : Les applications avec des températures limitées utilisent cette technologie, qui repose sur des jauges de contrainte collées ou des capteurs MEMS. Toutefois, leur performance est souvent réduite à cause de l’amortissement à l’huile utilisé pour ces capteurs.
- Technologie piézoélectrique : Elle se distingue par sa compatibilité avec des températures extrêmes, allant jusqu’à +700 °C. Cependant, les capteurs intégrant de l’électronique (IEPE ou ICP®) sont limités dans leur plage de température à cause de la sensibilité des composants électroniques à la chaleur.
Capteurs en cisaillement pour applications haute température
Les ingénieurs conçoivent alors les capteurs piézoélectriques haute température avec un montage en cisaillement. Ce type de construction présente plusieurs avantages :
- Une meilleure fréquence de résonance.
- Moins de sensibilité aux sollicitations transversales.
- Une meilleure adaptation aux environnements thermiques extrêmes.
Enfin, ces capteurs peuvent être raccordés de deux façons : en mode « single-ended » (référence commune) ou en mode différentiel, selon les besoins spécifiques de l’application.
Gestion des échanges thermiques
Dans des environnements à haute température, deux types d’échanges thermiques affectent les accéléromètres :
- La conduction thermique : La chaleur se propage à travers la structure, créant ainsi des gradients de température. Toutefois, cela peut induire des erreurs de mesure.
- Le rayonnement thermique : Les sources externes de chaleur peuvent perturber les capteurs en rayonnant des ondes thermiques. Une gestion adéquate de ces échanges est cruciale pour garantir des mesures précises.
Capteurs UHT-12 : une réponse aux défis thermiques
Pour limiter les perturbations liées à l’effet pyroélectrique (variations de polarité du cristal sous l’effet de la température), PCB Piezotronics a développé le cristal UHT-12. Ce cristal, utilisé dans des accéléromètres haute température, offre plusieurs avantages :
- Une grande stabilité thermique (-55 à +650 °C).
- Une sollicitation en cisaillement, isolée de la base.
- Réduction des perturbations dues aux accélérations transverses.
Le cristal UHT-12 équipe également des capteurs de pression et des capteurs LTC, garantissant une grande stabilité dans des conditions thermiques extrêmes.
Applications typiques des capteurs pour haute température
Les capteurs haute température trouvent leur utilité dans plusieurs applications :
- Essais HALT/HASS : Les accéléromètres ICP® avec un faible coefficient de température (< 0,020 %/°C) sont privilégiés pour des tests accélérés de durée de vie.
- Essais de freinage : Les capteurs à sortie charge, sans électronique intégrée, sont recommandés pour des températures supérieures à +180 °C.
- Turbines d’avions : Des capteurs mesurent les vibrations dans des environnements dépassant +650 °C.
Conclusion
Pour conclure, les mesures de vibrations en environnements haute température nécessitent des technologies spécifiques pour garantir des résultats fiables. PCB Piezotronics conçoit pour ce faire, des capteurs piézoélectriques et piézorésistifs capables de résister à des conditions extrêmes tout en assurant des mesures précises. Les solutions présentées dans ce document permettent de surmonter les défis thermiques, qu’il s’agisse de conduction ou de rayonnement. Pour les industries nécessitant des mesures de haute précision dans des environnements thermiquement contraignants, ces capteurs sont essentiels.
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