Il n'est pas simple de choisir le bon capteur de flux thermique pour son application. Il existe sur le marché un certain nombre de fournisseurs et de technologies, qui, en général, se positionnent comment LA référence, capable de mesurer avec précision TOUT type de flux.
Or, il est bien connu des spécialistes que certaines technologies sont victimes de biais de mesure en raison de la nature même du flux (radiatif, convectif ou total), mais aussi des conditions de mesure (environnement à caractériser).
C'est notamment le cas des jauges de Gardon, dont le principe repose sur le gradient radial de température existante entre le centre et la périphérie de la face sensible du capteur :
Concept de la jauge de Gardon. Crédit : Fu et al.,Beijing Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Education
Le signal de sortie (tension) est proportionnel au flux appliqué, lui-même proportionnel au gradient radial de température de la face avant. Or, si les conditions thermiques génératrices face au capteur ne sont pas uniformes (en raison, par exemple, d'un taux de turbulence élevé, ou encore d'une source hétérogène), la formulation théorique permettant la mesure du flux n'est plus valable : le capteur ne "sait plus" ce qu'il mesure. C'est la raison pour laquelle l'utilisation d'une jauge de Gardon est tout saut recommandé lorsque la convection est présente. Cela réduit les cas d'utilisation d'une jauge de Gardon aux seuls échanges par rayonnement thermique pur. En pratique, l'utilisateur qui se risque à l'emploi d'une jauge de Gardon sur, par exemple, un feu, devra s'assurer d'être suffisamment loin de la source ou bien d'intégrer un écrantage ou un hublot sur son capteur.
De la même manière, les jauges de Schmidt-Boelter, souvent assimilées à tort à la même technologie que les jauges de Gardon, sont victimes du même type de biais de mesure. Elles sont en outre très fragiles et fonctionnent à bas flux en raison de leur élément sensible à base de fines thermopiles déposées sur substrat :
Concept de la jauge de Schmidt-Boelter. Crédit Hoffie and al., Georgia Tech
Que dire par ailleurs des capteurs de flux "souples", basés sur des thermopiles déposés sur polyimide (ex : Kapton) le plus souvent ? L'avantage recherché ici est de mettre en oeuvre un capteur à coller sur tout support au travers duquel on veut caractériser les transferts thermiques.
Mais, outre leur fragilité évidente, leur fidélité pose question. En effet, la très faible conductivité thermique du polyimide fait de ce matériau un bon isolant (il est d'ailleurs largement utilisé dans l'industrie à cette fin). On se demande dès lors quel argument rationnel a pu amener à l'utiliser en guise de substrat pour fluxmètre : un capteur ainsi conçu crée une barrière isolante qui minimisera le flux mesuré par rapport au "vrai" flux transmis dans la paroi à caractériser...
Jauge type thermopile sur substrat polyimide. Crédit : Benther et al., University of Tasmania
C'est sur la base de ces constatations que les travaux de NexTherm Sensing ont permis de développer plusieurs technologies s'affranchissant de ces biais et limitations. On notera ainsi parmi leurs caractéristiques distinctives de la concurrence :
Leur capacité à restituer un flux moyenné sur la surface sensible, tenant compte des hétérogénéité de la source thermique (versus jauges de Gardon et de Schmidt-Boelter). Ceci a pu être notamment vérifié par d'intenses campagnes de mesure sous flux laser (effet d'un chauffage local, gaussien, uniforme, ...) ;
Leur adaptation aux flux "mixtes" ou "hybrides" (convection-rayonnement) ;
Leur grande robustesse à flux intense et prolongé (versus jauges de Schmidt-Boelter et autres thermopiles souples) ;
Leur relative compacité et facilité de mise en œuvre (versus jauge de Gardon)
La possibilité de choisir la bonne technologie en fonction de ses besoins est en outre un gage de mesures fiables, puisque l'on ne se contraint pas à un "singleton" marque-technologie comme peuvent l'imposer nos concurrents.
Spécifications des capteurs NexTherm Sensing. Crédit NexTherm Sensing
Comments