(Capteurs de température, page mise à jour par Gabriel le 29/05/2022)
La théorie des capteurs de température
Les capteurs de température utilisés dans nos avions (en particulier sur les moteurs Rotax) sont des thermistances composées d’un matériau semiconducteur à coefficient de température négatif (CTN).
Cela veut dire que, contrairement aux métaux, leur résistance diminue avec l’augmentation de température. Cette variation de résistance répond à la formule de Steinhart-Hart, applicable aux semiconducteurs.
Formule de Steinhart-Hart : 1/T = A + B*Log(R) + C*(Log(R))3
(T = température absolue; R = résistance en Ohms).
Les capteurs concernés par cette étude
Les capteurs utilisés sur les moteurs Rotax sont de marque VDO (fig. 1), calibrés pour une température maximale de 150°C (VDO 323-057). Si on met des capteurs sur le circuit d’eau de refroidissement, on choisit plutôt les VDO calibrés pour 120°C (VDO 323-095).
Ne trouvant pas d’infos précises sur leurs caractéristiques, nous avons mesuré la résistance de ces deux types de capteurs en fonction de la température, de 50°C à 150°C.
Mode opératoire
Le capteur à étalonner est plongé dans un récipient rempli d’huile de pépins de raisin quel l’on chauffe à 160°C (fig. 2). On laisse ensuite refroidir en remuant constamment pour homogénéiser la température. Cette dernière est mesurée par un thermomètre digital préalablement étalonné par rapport à des thermomètres de laboratoire à mercure.
On note la résistance du capteur tous les 2 degrés, ce qui donne la courbe ci-dessous (fig. 3).
L’EMS (Engine Monitoring System) est l’instrument qui affiche les paramètres moteur, et en particulier les températures.
L’EMS va d’abord mesurer la résistance des divers capteurs puis calculer ensuite la température correspondante. Il faut donc déterminer la formule exploitable par le microcontrôleur pour calculer ces températures.
On pourrait utiliser pour cela la formule de Steinhart-Hart ci-dessus, mais la détermination de ses coefficients A, B et C à partir des mesures expérimentales n’est pas aisée.
Modélisation mathématique
Il existe cependant une méthode empirique donnant d’excellents résultats : à l’aide d’un tableur genre Excel, on reporte les points de mesure en coordonnées semi-logarithmiques : Logarithme (népérien) de la résistance en abscisses et température en ordonnées (fig. 4).
La courbe prend alors l’allure d’une conique (polynôme de degré 2) dont Excel calcule la courbe de tendance (en pointillé) et sa formule donnée sur le graphe (fig. 4). Il ne reste plus alors qu’à faire un changement de variable pour obtenir la formule recherchée :
t = A*Log(R)2 + B *Log(R) + C
L’expérience montre que les capteurs VDO-150 d’une part, et les VDO-120 d’autre part sont très proches les uns des autres, ce qui justifie une formule unique pour chacun des deux types.
En prenant la moyenne de plusieurs capteurs de chacun des deux types, on obtient donc les courbes et coefficients suivants (fig. 5 et tableau 1):
| A | B | C | |
| VDO-150 | 3,193 | -61,72 | 302,2 |
| VDO-120 | -0,796 | -20,39 | 178,8 |
Bonjour Laurent,
J’ai déplacé votre commentaire sur la page des capteurs de température qui me semblait plus appropriée que la page des consignes pour la rédaction des commentaires !
Il est assez simple de connecter un capteur de température sur une broche d’un microcontrôleur puis d’afficher la température mesurée sur un écran. Il existe d’innombrables tutoriels à ce sujet sur Internet.
Sur le site AvionicsDuino, la page sur la mesure des résistances explique en détail le montage électronique à réaliser pour obtenir une très grande précision et une protection parfaite du microcontrôleur. Un simple pont de résistances mettant en série le capteur et une résistance fixe pourrait faire l’affaire si on est moins exigeant sur la précision et sur la protection de la broche analogique du microcontrôleur qui reçoit le signal.
Mais si vous êtes totalement novice en programmation et en électronique, il serait souhaitable d’acquérir au préalable un peu d’expérience, par exemple avec un kit Arduino de démarrage pour débutant. Il en existe de très nombreux à tous les prix sur les sites de vente en ligne. Ces kits permettent d’assembler facilement des composants sur des plaques d’essai sans soudure. Des sites comme l’excellent Locoduino permettent de s’initier et de se perfectionner.
Quant à monter en dérivation (en parallèle) un tel montage avec un cadran analogique déjà existant sur un tableau de bord, c’est plus complexe qu’il n’y paraît. Cela implique de mettre en parallèle deux système de mesure sur le même capteur. Si c’est le cadran existant qui alimente le capteur, il ne faut pas que l’Arduino l’alimente aussi. Il faut donc connaître le circuit électronique du cadran existant, et connaître la tension qu’il délivre en fonction de la température du capteur… C’est bien compliqué, et pas très logique. Mieux vaut faire un choix : soit garder le cadran existant tout seul, en renonçant à un affichage digital, soit le remplacer par un montage avec un microcontrôleur et un écran, en abandonnant la vieille “pendule” analogique. Une fois qu’on a opté pour un écran numérique, on fait ce que l’on veut en terme d’affichage, de couleurs, d’avertissements…etc.
Benjamin
Bonjour,
J’aimerais savoir s’il est simple de programmer un Arduino ou un Raspberry, pour afficher des données de température (huile, eau, cylindres) sur un petit afficheur LCD ou OLED, ceci en reprenant les connexions déjà existantes sur les cadrans analogiques (dérivation) de température de mon Savannah. J’aimerais essayer de reproduire une affichage du type cadran digital (voir photo jointe), accompagné d’un chiffre et un texte (par ex. “Huile”). Le top serait que la couleur du chiffre puisse passer du rouge au vert selon un seuil programmé. A noter que je suis totalement novice en matière de programmation et de composants électronique (mais je sais assembler de composants, et j’ai eu fait taper du code en Word Basic). Merci.