Température Outils de surveillance

Capteurs de précision (erreur)

Quel que soit le système de collecte ou d'enregistrement des températures, ils ont en commun un capteur ou une pièce thermosensible. Les trois principaux types de capteurs couramment utilisés sont les thermocouples, la résistance de platine et le semi-conducteur (thermistance). Le choix du type de capteur dépend des exigences de précision et d'inertie, de la plage de température, de la résistance et du prix.

Jusqu'à récemment, la plupart des thermomètres et systèmes de mesure universels utilisaient un thermocouple dans la partie thermosensible du système. Un thermocouple est une paire de métaux différents reliés par une jonction sur un côté. Le circuit est fermé par une autre jonction qui est maintenue à une température connue (parfois appelée jonction libre ou froide d'un thermocouple). Deux types de thermocouples prédominent pour les mesures liées à des denrées alimentaires dont les températures sont relativement proches de la température ambiante: les thermocouples de type K, qui utilisent des fils de chrome (alliage nickel-chrome) et d'alumel (alliage nickel-aluminium), et les thermocouples de type T, qui utilisent en cuivre et constantan (alliage cuivre-nickel). Les avantages des thermocouples sont leur faible coût, la possibilité d'être fabriqués manuellement à partir de fil et une très large plage de mesure de température (de -184 ° C à 1600 ° C).

Table 5.6 montre les erreurs tolérées possibles pour trois types de capteurs, qui pour les thermocouples et les capteurs à résistance en platine répondent aux exigences standard.

Erreurs, ° С	Par type	type T	Platinum résistive	thermistance
capteur	± 1,5 *	± 0,5 **	+ 0 2 ***	± 0,1
Appliance (erreur instrumentale) *	± 0,3	± 0,3	± 0,2	± 0,2
Système	± 1,8	± 0,8	± 0,4	± 0,3

* Norme britannique BS 4937: Classe A24.** BS 1904: Classe A25.*** Comprend précision soudure froide compensation [26].

La différence d'erreur instrumentale provient du fait que le circuit électronique doit compenser les changements de température de la jonction de référence ou froide (généralement la température ambiante). Cette température est mesurée par un capteur semi-conducteur intégré et les variations de température ambiante sont automatiquement compensées.

L'incertitude avec les thermocouples augmente si la température ambiante change de manière significative, par exemple lors du passage d'un environnement froid à un environnement chaud. Des erreurs lors de la mesure avec des thermocouples sont également possibles en raison des tensions induites des moteurs, de l'humidité et des gradients de température dans d'autres jonctions. Pour améliorer la précision de la mesure et du contrôle, il convient de restreindre l'utilisation de capteurs basés sur des thermocouples de type T, ce qui permet généralement de satisfaire aux exigences de base pour le contrôle de la température de l'air [21].

La résistance des capteurs à thermistance varie avec la température, mais ne peut généralement être utilisée que pour mesurer dans une plage de température plus étroite que les thermocouples (-40 ° C à 140 ° C). L'utilisation de tels capteurs pour mesurer la température des produits alimentaires s'est développée avec l'introduction d'exigences pour les systèmes de mesure pour déterminer la température des produits alimentaires pour donner une erreur de ± 1 ° C, ce qui est soutenu par le projet de norme CEN pour les thermomètres [22]. Ces capteurs sont robustes, offrent une bonne précision et reproductibilité et ne sont pas affectés de manière significative par les changements de températures ambiantes.

Les thermomètres à résistance en platine fournissent également une précision du système qui répond aux exigences du projet de norme CEN [22]. Ils peuvent être utilisés sur une large plage de températures (de -270 ° C à 850 ° C). Habituellement, leur inertie (tableau 5.7) est plus grande si leurs conceptions ne sont pas protégées par des précautions particulières. Une correction de la résistance du fil et de l'effet d'auto-échauffement doit être effectuée. Le coût plus élevé a limité leur utilisation aux cas où une précision élevée est requise dans les systèmes de contrôle de processus stationnaires.

Tableau 5.7. lag typique (c) dans l'eau de l'air et [26]

	air encore	Air forcé	l'eau *
Ouvrir thermocouple	20	5	-
thermocouple Coated	150	40	6
thermistance extérieure	45	20	-
thermistance Coated	260	50	12
revêtu de platine	365	65	15

* Capteur de type sonde installé dans un boîtier dans l'eau; temps pour changer le niveau de 20 ° C à 99%.

Calibrage et vérification périodique

Lors de la fabrication, chaque capteur et instrument est testé pour s'assurer qu'il répond aux exigences et est précis dans les limites de tolérance du fabricant et conformément à 55 EN 12830: 1999 [21] et prEEN 13485: 1999 [22]. Dans de nombreux cas, différents capteurs sont connectés au système pour les mesures, qui sont généralement considérées comme interchangeables, mais si des mesures plus précises sont nécessaires, le capteur est étalonné individuellement avec l'appareil (dans le système).

Dans ce cas, les lectures du système sont déterminées dans la plage de températures appliquées. Il devrait être possible de contrôler ces températures par rapport à une norme nationale (par exemple, le Laboratoire national de physique). Le tableau ou le graphique résultant dans le certificat de vérification vous permet de corriger les résultats de mesure à l'aide du système aux valeurs vraies (dans les tolérances d'étalonnage).

Pour s'assurer que l'équipement fonctionne correctement et répond aux mêmes conditions que lors de son achat, comme indiqué dans la référence [23], il est nécessaire d'effectuer des contrôles périodiques après l'installation du système de surveillance de la température. La fréquence de vérification dépend de l'application de l'appareil. Le fabricant (ou un laboratoire qualifié) doit effectuer des contrôles de routine du fonctionnement de l'appareil. Les contrôles du fabricant sont recommandés au moins une fois par an et après une longue période d'inactivité ou de panne. L'appareil est généralement comparé à un autre thermomètre qui a été étalonné par rapport à un étalon. Habituellement, la précision et la fonctionnalité de l'horloge ou la durée de l'enregistrement sont également vérifiées.

Peaux capteurs et sondes

Pour une utilisation dans le contrôle de la température, l'élément sensible (capteur) doit être protégé contre les dommages ou la rupture. Pour cela, diverses méthodes sont utilisées - du revêtement avec de la résine époxy à la mise en place dans un boîtier en acier inoxydable. Si une réponse rapide est requise, le flux de chaleur doit être aussi faible que possible. Il est important que les capteurs de température de l'air installés dans les chambres ou les véhicules soient protégés contre les dommages lors du chargement et du déchargement des aliments, mais de manière à ne pas gêner le mouvement de l'air.

La surveillance et la mesure de la température des aliments nécessitent souvent des capteurs logés dans des sondes portatives. La conception de la sonde dépend de son application. La sonde la plus courante est utilisée pour l'introduction dans les produits alimentaires et est donc affûtée (Figure 5.10, a). Si des mesures de température non destructives sont nécessaires, alors une sonde est nécessaire qui peut être insérée entre les emballages ou les boîtes de nourriture. Un bon contact entre l'emballage et la sonde et un temps acceptable pour les lectures en régime permanent sont importants pour minimiser l'erreur dans de telles mesures. Des exemples de sondes pour les mesures entre les emballages et les boîtes sont illustrés à la Fig. 5.10 b et c.

d'indication et d'enregistrement des systèmes

Les systèmes avec une seule indication

L'instrumentation du premier thermomètre à mercure et de l'alcool dans un tube de verre, montrant une valeur de température, a parcouru un long chemin. création

Fig. 5.10. sondes de température à main: a) différentes sondes pour mesurer

température et produits; b) la sonde de mesure de température entre les paquets; c) la sonde de mesure de température entre les cases

les thermomètres à pointeur et à tige avec affichage analogique ou numérique éliminent le risque de casse, mais leur utilisation peut être limitée par de grandes erreurs (ceci est particulièrement vrai pour les thermomètres à plaques bimétalliques). Les thermomètres à cadran utilisés pour indiquer la température dans les vitrines ont été remplacés principalement par des thermomètres numériques.

Les cristaux liquides thermochromiques changent d'orientation et de transparence en fonction de leur composition et de leur température. Disposés en bandes, ils montrent les températures correspondantes imprimées en dessous. Leur précision est limitée, mais peut atteindre ± 1 ° C.

Les appareils électroniques les plus courants avec lecture numérique, alimentés par des piles. La résolution et les intervalles de la température affichée varient en fonction du modèle et du type de capteur. La température peut être mémorisée et même imprimée, et une alarme peut être déclenchée lorsque la température dépasse la limite définie.

enregistreur

Historiquement, l'enregistrement sur bande en mouvement a été la seule méthode existante d'enregistrement de l'historique des températures. L'utilisation des enregistreurs graphiques est moins courante aujourd'hui et cède la place aux appareils électroniques, mais certains sont toujours présents dans des systèmes tels que les réfrigérateurs et les véhicules. Les tracés peuvent être montés en tarte ou en bobine (pour produire un tracé rectangulaire), et les enregistrements sont écrits à l'encre (pression) ou sur du papier thermosensible. L'avantage des enregistreurs de graphique à secteurs est que l'historique des températures et les changements brusques sont visibles, et que le graphique peut être facilement sauvegardé pour une utilisation ultérieure. L'échelle de temps des cartes s'étend généralement sur un jour, une semaine ou un mois, mais certains enregistreurs de cartes marines peuvent fonctionner pendant 6 à 8 semaines. Le générateur d'horloge et l'électronique peuvent être alimentés par batterie pour la portabilité ou sur secteur (pour certaines applications stationnaires). L'erreur de détermination de la durée d'enregistrement conformément à la norme BS EN 12830: 1999 [21] doit être de 0,2% de la durée d'enregistrement si elle est inférieure à 31 jours et de 0,1% de la durée d'enregistrement si elle dépasse 31 jours. L'erreur système dépend du capteur, mais les enregistreurs graphiques plus modernes ont une erreur dans la plage 0-25 ° C en dessous de 0,5 ° C. Souvent, la limitation pour eux est le degré de résolution sur le papier graphique et l'épaisseur de l'enregistrement. Certains systèmes d'enregistrement de diagrammes sont des dispositifs sophistiqués qui vous permettent d'enregistrer 30 canaux ou plus dans différentes couleurs et types d'impression.

Les enregistreurs graphiques installés sur les véhicules (plus souvent sur les remorques) doivent être plus robustes et résister aux difficultés de la route sur tous les terrains et dans toutes les conditions météorologiques. Il existe des enregistreurs qui fournissent deux enregistrements ou plus, qui peuvent être complétés par des indicateurs d'événements (par exemple, indiquant l'ouverture des portes).

Système stationnaire pour les chambres de refroidissement

La complexité de l'interprétation d'un grand nombre d'enregistrements différents et le développement rapide de la microélectronique et de la technologie informatique ont contribué au remplacement des enregistreurs graphiques par des systèmes d'enregistrement de données qui permettent non seulement de stocker de grandes quantités de données, mais aussi de les traiter et de les analyser, ce qui permet de les utiliser dans des systèmes de contrôle.

Dans la chambre froide, où de nombreuses mesures de température sont effectuées chaque jour tout au long de l'année, un système informatique de traitement des données est de plus en plus installé. Il peut y avoir un indicateur de température numérique sur l'unité de commande à côté du système de réfrigération, mais plus souvent, les informations peuvent être affichées sur un écran situé dans la salle de commande. Lorsqu'un paramètre surveillé dépasse les limites spécifiées, un signal peut être envoyé au système d'alarme. Un signal d'urgence peut être transmis via un système de communication au personnel de service situé sur place ou à l'extérieur.

systèmes d'enregistrement de la température dans le transport

Plusieurs entreprises ont développé des systèmes spécialisés pour le contrôle (surveillance) de la température dans les véhicules. Ces systèmes sont conçus pour résister aux vibrations et aux conditions de transport difficiles spécifiées dans la norme BS EN 12830: 1999 [21]. Les données sont collectées tout au long du voyage, du chargement au déchargement, et des alarmes sont déclenchées lorsque les températures tombent en dehors des limites spécifiées. Cet équipement peut être installé à la fois dans la cabine du véhicule (il a souvent la taille d'un système d'autoradio) ou à l'extérieur (parfois à côté du calculateur de refroidissement).

De plus, les clients à qui l'envoi est livré exigent de plus en plus un «historique des températures» des aliments qu'ils reçoivent. Des systèmes ont été développés pour être inclus dans la documentation d'expédition pour fournir une impression immédiate des températures jusqu'au point de déchargement. D'autres caractéristiques possibles de ces systèmes sont la possibilité de s'enregistrer pour différentes périodes de temps, la mémoire avec la capacité de stocker des données jusqu'à un an, des enregistreurs d'événements pour enregistrer les dégivrages et les ouvertures de porte, et la présence de canaux pour surveiller l'état des différents compartiments. La sélection des informations est en cours d'amélioration et il est désormais possible de télécharger les données reçues par communication radio, infrarouge ou satellite dans la mémoire des ordinateurs personnels de bureau.

Système d'enregistrement de données portable

La miniaturisation des circuits électroniques a conduit à des systèmes d'enregistrement de données très compacts et volumineux, dont certains sont suffisamment petits pour voyager avec des cartons ou des palettes alimentaires et enregistrer en continu les températures des aliments. De tels dispositifs peuvent également être utilisés dans des systèmes installés en permanence dans des installations de stockage et des véhicules. Ceci est utile si la position des capteurs attachés doit changer de temps en temps (par exemple, dans une chambre froide temporaire ou lors du déplacement de cloisons dans des véhicules à compartiments multiples). Le choix du système dépend de l'application spécifique, de la facilité d'utilisation et du prix. [21] décrit deux de ces dispositifs qui ont été utilisés dans de grands systèmes de restauration et montre leur utilité pour l'enregistrement aux points de contrôle critiques.

Un autre type d'enregistreur de données est utile pour surveiller les magasins de données. L'enregistreur est placé sur l'étagère et enregistre les températures du modèle de produit, qui se trouve dans l'enregistreur et a les mêmes propriétés thermophysiques que le produit alimentaire affiché sur l'étagère. Un tel enregistreur est équipé d'un indicateur lumineux de secours, ce qui facilite l'identification et l'élimination des problèmes qui surviennent. Les données de l'enregistreur sont transmises via le port infrarouge pour affichage et analyse.

Les caractéristiques des systèmes produits changent avec le développement de la microélectronique, et il est évident que la miniaturisation des enregistreurs se poursuivra. Les systèmes modernes sont généralement encore trop grands pour tenir dans des cartons d'épicerie sans enlever un seul paquet; des dispositifs nettement plus petits et plus minces peuvent être placés entre les emballages alimentaires.

Capteurs à distance - Thermomètres sans contact

Tous les objets à des températures supérieures au zéro absolu émettent de l'énergie sous forme de rayonnement infrarouge. Lorsque la température augmente, l'intensité du rayonnement augmente, mais sa longueur d'onde diminue. Dans la plage de température des aliments réfrigérés, le rayonnement infrarouge peut être mesuré pour déterminer la température. Lorsque la température augmente, son intensité augmente et le pic d'énergie se déplace vers des longueurs d'onde plus courtes. Par conséquent, la plupart des thermomètres infrarouges à basse température disponibles dans le commerce filtrent le rayonnement dans la région infrarouge du spectre (dans la plage de 8 à 14 microns) et mesurent son intensité. L'utilisation d'une telle portée réduit la sensibilité à distance de l'appareil due à l'absorption atmosphérique (par la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone). Des plages très étroites (2,2, 5,2 et 7,9 µm) peuvent être utilisées pour une plus grande précision à des températures très élevées, mais les signaux sont très petits et nécessitent des amplificateurs à gain élevé coûteux.

Tous les matériaux n'émettent pas la même énergie aux mêmes températures. Le rapport entre l'énergie émise par un matériau et un émetteur idéal (corps noir) est appelé émissivité (émissivité). Les émissivités vont de 0 à 1,0, la plupart des substances organiques ayant une émissivité d'environ 0,95. Les substances diffèrent par la quantité d'énergie qu'elles absorbent, réfléchissent et émettent. Les thermomètres infrarouges ont des compensateurs d'émissivité, qui doivent être réglés sur des valeurs différentes (0,1-1,0) pour tenir compte de ces différences. La taille de l'objet est également importante. L'appareil fait la moyenne de toutes les températures dans son champ de vision. Si l'objet ne couvre pas tout le champ de vision de l'instrument, la lecture de la température sera la moyenne de la température de l'objet et de son environnement. La distance focale varie en fonction de l'appareil, la mesure est possible à des distances très proches (jusqu'à 50 m). Plus la distance est grande, plus il est difficile de viser avec précision un objet, et de nombreux modèles utilisent des viseurs laser (dispositifs de visée).

Il existe deux principaux types d'équipements de télédétection. Un type est un dispositif en forme de pistolet qui vise un objet; la lecture de la température est prise à partir d'un indicateur numérique à l'arrière de l'instrument. Un viseur laser peut être intégré dans un pistolet à visée traversante (à travers une lentille) pour le ciblage, et les instruments à longue portée sont souvent équipés de dispositifs de visée optique. L'erreur de ce type d'instrument est d'environ ± 1 ° C.

Une étude de neuf thermomètres infrarouges disponibles dans le commerce réalisée à l'Université de Bristol [28] a montré que leurs lectures doivent être traitées avec prudence. La température de surface peut varier considérablement de la température à cœur de l'aliment. Ce problème est le plus aigu pour les aliments surgelés, où la différence entre la température de surface et la température interne peut être très importante (en particulier lorsque le produit est transporté à une température ambiante supérieure à -18 ° C). Le capteur infrarouge mesure non seulement le rayonnement d'une surface, qui dépend de sa température, mais également le rayonnement dû à la réflexion des objets entourant le produit (par exemple, l'éclairage).

Selon le type d'emballage, le rayonnement réfléchi peut être très important et donc fausser la mesure de la température de surface.

Les performances de ces neuf unités utilisées dans un présentoir de vente au détail en série dans un magasin de détail étaient très différentes. Table 5.8 montre les résultats de l'utilisation de ces instruments pour six types d'emballage différents. Les résultats de mesure du rayonnement infrarouge ont été comparés à ceux obtenus avec un thermocouple calibré placé sous l'emballage. Deux des cinq instruments (b et g) ont donné une erreur inférieure à 1 ° C, cinq instruments - moins de 2,5 ° C, et deux autres ont donné des erreurs inacceptables. Les plus grandes erreurs ont été données par tous les appareils sur l'emballage en aluminium imprimé, dont le rayonnement réfléchi était le plus important. Il est recommandé de ne pas effectuer de mesures infrarouges sur des emballages avec des surfaces fortement éclairées situées à un angle, mais de choisir des emballages situés horizontalement et verticalement dans la vitrine - de sorte que l'appareil soit situé verticalement par rapport à la surface supérieure. Pour augmenter la précision, l'éclairage doit être aussi bas que possible, la distance de mesure doit être aussi petite que possible et le produit doit être aussi plat que possible.

Si le thermomètre est déplacé d'un environnement avec une température à un environnement avec un autre (par exemple, d'une pièce à température ambiante vers un réfrigérateur), afin d'obtenir la meilleure reproductibilité des mesures, il est recommandé de maintenir l'appareil à la nouvelle température ambiante pendant au moins 30 minutes. Le thermomètre doit également être vérifié régulièrement sur des surfaces dont les températures sont connues. Une caméra d'étalonnage de corps noir relativement bon marché peut être fabriquée avec

Tableau 5.8. Erreur moyenne en ° С avec écart type (entre parenthèses) pour différents matériaux d'emballage

Dispositif	emballage transparent en CWG *	brillant carton	Polyéthylène Lenovo paquet	feuille laminée imprimée	Conditionnement CSG * avec imprimé	Emballage sous vide avec imprimé	moyenne module
а	0,6 (0,1)	1,7 (0,1)	1,1 (0,6)	6,6 (0,6)	1,9 (0,5)	1,3 (0,1)	2,2
b	-0,3 (0,0)	0,7 (0,0)	0,8 (0,6)	5,3 (0,6)	0,6 (0,1)	1,4 (0,1)	1,5
с	0,7 (0,1)	0,6 (0,0)	0,5 (0,0)	6,0 (0,1)	0,4 (0,6)	0,4 (0,0)	1,4
d	-3,3 (0,3)	-4,5 (0,5)	-5,1 (0,4)	7,0 (0,2)	-9,1 (1,0)	-7,2 (0,2)	6,0
е	-1,9 (0,6)	-2,3 (0,1)	-2,5 (0,0)	4,1 (0,0)	1,8 (0,1)	-0,6 (0,1)	2,2
f	0,8 (0,1)	0,9 (0,4)	1,0 (0,5)	4,2 (3,0)	2,9 (0,3)	2,3 (0,1)	2,2
g	-0,1 (0,1)	-0,5 (0,6)	0,4 (0,6)	6,2 (0,5)	0,2 (0,2)	0,6 (0,1)	1,3
h	0,5 (0,4)	3,8 (0,3)	6,4 (0,7)	10,4 (0,9)	6,1 (0,8)	4,0 (1,4)	5,5
i	-2,2 (0,0)	-1,2 (0,0)	-0,8 (0,6)	3,2 (0,0)	-0,9 (0,6)	-1,0 (0,6)	1,5
moyenne module	1,4	1,3	2,1	5,9	2,7	2,1

* RGS - emballage sous atmosphère contrôlée.

utilisant un tuyau en polychlorure de vinyle noir et une barre de cuivre. Il existe également des appareils disponibles dans le commerce.

Un autre type d'appareil est basé sur des appareils comme une caméra vidéo infrarouge. Les images thermiques sont affichées sur un écran couleur ou monochrome, dont l'échelle de température donne la température correspondant à une couleur ou une teinte spécifique. Les appareils peuvent aller des appareils à basse résolution, souvent utilisés pour localiser les victimes entassées dans des bâtiments effondrés, aux systèmes sophistiqués à haute résolution qui permettent le traitement informatisé des données. Les systèmes infrarouges se sont révélés très utiles pour la surveillance industrielle et la surveillance de l'efficacité énergétique car ils peuvent détecter des composants surchauffés et des pertes de chaleur. De plus, des modèles manuels ou spéciaux sont de plus en plus utilisés pour un fonctionnement continu dans l'industrie alimentaire. Par exemple, vous pouvez surveiller les rouleaux de scellage des plateaux en plastique traités par micro-ondes pour assurer un chauffage uniforme; Vous pouvez également vérifier l'uniformité du chauffage ou du refroidissement des produits alimentaires sortant des séchoirs tunnel ou des chambres froides. Dans ces cas, l'objet est constant et les températures relatives sont plus importantes que les températures précises. Les résultats sont fournis instantanément et les informations peuvent être transmises directement aux systèmes de contrôle.

Les mesures de température infrarouge ne remplaceront jamais les mesures de température électriques pour des mesures précises comme l'exige la législation sur la régulation de la température. Cependant, il existe d'excellentes possibilités d'utiliser de telles mesures dans la surveillance et le contrôle de la température de routine lorsque les changements de température relative sont critiques et qu'il faut prendre soin d'interpréter les résultats. Les appareils portables peuvent être utilisés pour surveiller la température de surface des boîtes déchargées d'un véhicule pour accepter ou rejeter la cargaison, ou pour scanner une vitrine pour les zones plus chaudes.