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Introduction la technologie des thermostats

Introduction la technologiedes thermostats

J.Jumeau 20121030

Introduction la technologie des thermostats P1/27

La mesure de la temprature a t prcde dune longue priode, tout au long du 18 me sicle, o dabord empiriquement, puis progressivement de plus en plus prcisment ont t mises au point les chelles de mesure, les points fixes permettant ltalonnage, et o furent dcouverts tous les phnomnes physiques permettant sa mesure: dilatation des gaz, dilatation des liquides, tempratures de liqufaction, dbullition, magntisme, dilatation des mtaux , thermolectricit.Ce nest cependant quavec la recherche de lconomie dans les cots de chauffage que se dvelopprent les thermostats, tout dabord pour les couveuses, la fin du 18 me sicle, avec lingnieur franais Jean Simon Bonnemain qui ralisa le premier thermostat canne bimtallique de prcision en 1788 (Nomm alors gouverneur ou rgulateur du feu), ainsi que le premier systme de chauffage par thermosiphon. Dans le premier quart du 19 me sicle, lexpansion du chauffage central vapeur et eau chaude gnralisa les systmes de rgulation, puis larrive de llectricit usage domestique la fin du 19 me sicle initia la recherche puis la dcouverte pendant les 50 premires annes du 20 me sicle de la quasi-totalit des systmes thermostatiques actuels.

1788. Le premier thermostat canne dit rgulateur de feu invent et construit par Jean Simon Bonne-main, ingnieur Franais, pour rgul-er la temprature dun couvoir des faubourgs de Paris chauff par la premire chaudire thermosiphon, aussi invente pour loccasion. Lanctre en droite ligne des thermostats canne JPC

Reproduction fonctionnelle lchelle 1/1 ralise par Ultimheat (hauteur 900 mm)


1. LES SYSTEMES DE MESURE

1.1 LES BILAMES

1.1.1 LAMESLa bilame est forme de deux mtaux colamins. Lun a un fort coefficient de dilatation, lautre un plus faible ou nul. Lorsque cette bilame est chauffe elle se cintre proportionnellement la temprature.Les lames sont le plus souvent plates et fixes une extrmit. Mais elles peuvent tre enroules en forme de spirale, bien que cette disposition serve le plus souvent la construction de thermomtres.

1.1.2 DISQUES ET FORMES DERIVEES

Dans de trs nombreuses applications, on a cherch obtenir du bimtal un fonctionnement avec un changement brusque de forme une temprature donne. Pour cela un disque bimtallique a t embouti et form en cne. Les changements de temprature provoquent une accumulation dnergie dans celui-ci qui, un moment dtermin passe de la forme concave la forme convexe. Par une slection trs rigoureuse de la composition, de lpaisseur, des profondeurs demboutissage et des traitements thermiques, on arrive obtenir des tempratures de retournement prcises, stables et rptitives.De la forme originelle ronde, ont t dveloppes des formes rectangulaires, losanges, etc. La principale difficult est dobtenir un retournement une temprature prcise.Mais ce sont des disques qui sont la base de la plupart des limiteurs de tempratures actuels.


1.2 LA DILATATION BIMETALLIQUEPar dilatation bimtallique, on entend la dilatation diffrentielle de deux mtaux diffrents, non colamins. La dilatation des mtaux dveloppe des forces trs importantes. Par exemple, elle suffit faire se cintrer des rails de chemin de fer lorsque les joints de dilatation sont mal raliss.

1.2.1 CARTOUCHESLe type cartouche est constitu dune enveloppe externe dilatable, en gnral de linox, et de deux lames internes non dilatables, en gnral de lInvar.On mesure lallongement de lenveloppe en fonction de la temprature. Pour une lon-gueur denviron 100 mm, cette dilatation est de 0.0020mm par C.

1.2.2 LAMES PARALLELESDe principe similaire aux thermostats cartouches, ils sont composs dune lame dilat-able en alliage cuivreux sur laquelle est soude chacune de ses extrmits une lame bombe en invar. La dilatation de la lame en alliage cuivreux va provoquer le rapproche-ment des deux lames

1.2.3 CANNESLes cannes sont formes dune enveloppe externe dilatable, inox ou cuivre ou laiton, et dune tige interne en Invar. Les dilatations sont du mme ordre que les cartouches. Ce principe est la base de la plupart des thermostats de chauffe eau actuels. Cest un systme trs simple, trs fiable, dont les temps de raction sont trs rapides, puisque cest lenveloppe elle-mme qui mesure la temprature.Par lutilisation de mtaux dilatables la place de lInvar, il est possible dobtenir des appareils avec anticipation, systme trs proche de laction proportionnelle des systmes lectroniques.En utilisant le mme mtal pour lenveloppe extrieure et la tige interne, on obtient des systmes thermovlocimtriques, cest--dire ne ragissant qu des variations de temprature et non pas une temprature : cest lutilisation des dtecteurs dincendie.Dans des tempratures trs leves, linvar peut tre remplac par du quartz ou de lalumine.

1.3 LA DILATATION DE LIQUIDELes liquides sont incompressibles et se dilatent comme les solides. Les forces de dilatation sont trs importantes et permettent des mcanismes dveloppant une puissance importante.Les dilatations de liquide sont utilises dans des trains thermostatiques, ensembles ferms composs dun bulbe, dun capillaire, dun soufflet ou diaphragme.La dilatation du liquide dans le bulbe est transmise par le capillaire au diaphragme qui se gonfle et produit un mouvement. Les courses habituelles mesures au niveau des diaphragmes sont comprises entre 0.4 et 0.8mm pour la totalit de la plage de mesure. Les volumes des bulbes sont calculs pour obtenir un dplacement spcifique pour une plage donne. La conglation du liquide donne la limite infrieure dutilisation, son bullition la limite suprieure. Ces deux phnomnes provoquent en gnral la destruction du train thermostatique.La bonne conductibilit thermique des liquides employs permet un temps de rponse court.

1.3.1 LES METAUX LIQUIDESLe mercure a t le premier liquide utilis dans les thermostats.Sa premire utilisation tait le classique thermomtre mercure. Sa dilatation est quasi linaire depuis lambiance jusqu 500C. Cest un excellent conducteur de la chaleur. Ctait donc le liquide idal pour des thermostats. Cependant sa toxicit la fait quasiment disparatre au cours des dernires annes.


1.3.2 LES METALLOIDES LIQUIDESLes mtallodes sont des corps situs la limite entre les mtaux et les autres corps. Les seuls utiliss dans notre domaine sont le sodium et le potassium, et en particulier un mlange eutec-tique des deux, le NaK, qui a la particularit dtre liquide dans une large gamme de temprature, de lambiance jusqu plus de 900C. Cest aussi un excellent conducteur de la temprature.Ces deux caractristiques lui ont valu dtre slectionn comme liquide refroidisseur des centrales nuclaires rapides.Pour la mesure de temprature, il possde aussi lavantage davoir une dilatation linaire.Dusage assez rcent dans le contrle de la temprature, il permet de raliser des appareils supportant des hautes tempratures.Cependant, il doit obligatoirement tre enferm dans des systmes clos, sans contact avec lair ou leau, car il est particulirement ractif : inflammable ou explosif au contact de ceux-ci.Il est aussi corrosif, et ncessite des enveloppes en inox particulier.1.3.3 HUILESDe nombreuses huiles sont utilises. Elles sont toujours un compromis entre un fort coeffi-cient de dilatation, qui permet des petits bulbes, une temprature dbullition la plus haute possible, une temprature de conglation la plus basse possible, une bonne linarit de la dilatation dans la plage, une non toxicit, une bonne conductibilit thermique. Parmi les plus courantes, il faut citer le Xylol, les huiles dhydrocarbure utilises dans les changeurs thermiques, et les huiles silicones.Il est maintenant possible de couvrir avec ces systmes, des plages de -40C jusqu 400C.

1.3.4 LA DERIVE THERMIQUE (Facteur de correction thermique) des thermostats bulbe et capillaire remplissage liquide

Les thermostats bulbe et capillaire comportent un ensemble clos nomm train thermostatique.Ce train thermostatique, en cuivre ou en acier inoxydable, est compos de 3 parties soudes ensemble : 1. Le bulbe (A), qui est le rservoir o se situe la plus grande partie du liquide, et dont la dilatation en fonction de la temprature va tre utilise pour mesurer celle-ci. Il est ferm son extrmit libre par soudure aprs le remplissage du train thermostatique2. le capillaire (B), dont le diamtre extrieur varie selon les constructeurs et types de thermostat, entre 1 mm et 3 mm, qui sert transmettre distance llvation de volume du liquide contenu dans le bulbe3. Un soufflet (C), compos de deux coupelles souples soudes, dun diamtre de 19 25 mm (quelquefois jusqu 32 mm sur des modles industriels, qui va transformer llvation de volume du bulbe en dplacement mcanique (e)Ces trois parties sont remplies sous vide dun liquide. La dilatation du liquide, proportionnelle la temprature, provoque le dplacement e, ce qui permet dactionner un systme de contact lectrique.Cependant, la dilatation du liquide situ dans le capillaire (B) et dans le soufflet (C) nest pas lie la temprature mesure par le bulbe (A), mais la temprature ambiante dans laquelle ils se trouvent, et provoquent donc une dilation parasite du liquide et par consquence un dplacement mcanique parasite. La ralisation dun train thermostatique va limiter au maximum ce dplacement, en limitant les volumes de liquide en C et B. Sur le capillaire: en limitant son diamtre intrieur. Le diamtre minimum est un compromis entre les possibilits tech-nologiques de ralisation des capillaires, les contraintes dues au cintrage du capillaire, et les pertes de charge hydrauliques admissibles en fonction de la viscosit du liquide utilis, et des pressions dveloppes par sa dilatation. Sur le soufflet : Lors du remplissage du train thermostatique, les deux coupelles formant le soufflet sont presses lune contre lautre, sans interstice, et de ce fait seule une quantit infime de liquide sy trouve. Cependant ce volume de liquide dans le soufflet augmente au fur et mesure que le liquide situ dans le bulbe A se dilate par lvation de temprature. Les valeurs de cette drive sont donc fonction non seulement des rapports de volume initiaux, mais de la valeur de la temprature.La contrepartie de la conception de ce soufflet comportant une quantit infime de liquide lors de son remplissage et de la ferme-ture du train thermostatique est quaucun dplacement mcanique nest possible en dessous de cette temprature de remplis-sage. Dans les thermostats termins, les rglages sont donc impossibles en dessous de cette temprature laquelle le soufflet est vide, avec les deux coupelles jointives. Cette zone en dessous de la temprature de remplissage est nomme zone morte, et habituellement correspond une zone non gradue sur la manette du thermostat.La drive parasite dun thermostat bulbe et capillaire va tre donne sur sa fiche technique et exprime en C/C ou K/KElle est fonction du rapport de volume entre le bulbe et le capillaire + le soufflet. Un bulbe de gros volume sera moins sensible cette drive, et un capillaire court la diminuera aussi.Dans le cas de limiteurs de temprature temprature fixe, des bulbes de petite dimension amneront une forte sensibilit la temprature ambiante sur la tte


Plage de temprature Drive avec capillaire de 250 mm (K/K)Drive avec capillaire de

900 mm (K/K)Drive avec capillaire de

1500 mm (K/K)4-40C 0.1 0.12 0.14

30-90C 0.18 0.20 0.2450-300C 0.25 0.45 0.58

Cette drive explique que les tempratures dtalonnage des thermostats sont donnes pour une temprature ambiante de la tte de 23C +/-2C (atmosphre standard selon EN60068-1) et pour une longueur immerge de capillaire dfinie, en gnral 80 100 mm

Exemples de drive du point de consigne sur un thermostat avec capillaire 1,5m (En plus de la tolrance sur la valeur dtalonnage)

Plage (C) Temprature de rglage(C)Temprature de coupure si la tte du thermostat est

0C

Temprature de coupure si la tte du thermostat est

50C4-40 40 40+3,2 40-3,8

30-90 90 90+5,5 90-6,550-300 300 300+13,3 300-15,7

1.4 TENSION DE VAPEURCe systme fait intervenir dans les trains thermostatiques, un mlange de liquide et de vapeur sature de celui-ci, un peu comme dans une bouteille de butane, o coex-istent le gaz et le liquide. Dans ce milieu ferm, toute augmentation de temprature se traduit par une augmentation de pression et des modifications importantes de volume.Malheureusement les gaz sont compressibles, et sil est possible dobtenir des mouvements importants, la force disponible est faible. Les dplacements ne sont pas linaires, et ces systmes sont sensibles aux variations de la pression atmosphrique. Parmi les principaux produits de remplissage utiliss, on peut citer:

1.4.1 LES FREONSIls sont utiliss en raison de leur disponibilit, et des systmes de remplissage sous vide existant dj pour les circuits frigorifiques. Ils permettent aussi de travailler dans des tempratures basses.

1.4.2 LES BUTANES ET LES PROPANESIls sont utiliss pour les mmes raisons que ci-dessus, mais ont le dsavantage dtre inflammables.

1.4.3 AUTRES: LES CHLORURES DE METHYLE (R40)Ils sont utiliss dans les systmes capillaire et les membranes de thermostat dambiance.


1.5 LE CHANGEMENT DETATDans les systmes changement dtat, on ne mesure plus linairement un dplacement. On utilise un changement de volume apparaissant des points caractristiques propres chaque corps utilis: fusion, conglation, bullition.Par exemple, la conglation de leau 0C provoque une augmentation de volume, sa fusion 0C provoque une diminution de volume, mais aussi le passage de ltat solide ltat liquide; son bullition 100C provoque lapparition dun grand volume de vapeur.Ces systmes changement dtat vont donc faire appel aux proprits particulires dun certain nombre de composs. 1.5.1 LES CIRESLa cire est un mlange complexe de nombreux composants slectionns pour obtenir des points de fusion/conglation diffrents selon la composition. A cette temprature prdtermine il se produit un fort changement de volume. Les cires ont la caractristique daugmenter de volume lors de leur fusion. Ce systme, qui provoque un fort dplacement, est utilis pour les thermostats automobiles, pour ouvrir le circuit de circulation deau. Il est aussi courant dans les thermostats de radiateurs de chauffage central., ainsi que dans des mini-vrins verrouillant les portes de fours , machines laver et autres appareils lectromnagers.1.5.2 LES ALLIAGES FUSIBLES BASSE TEMPERATURELes alliages fusibles sont tous des descendants de ceux dcouverts par Darcey au dbut du XIX sicle. A base dtain, dantimoine, de plomb, bismuth, et autres mtaux, ils ont des tempratures de fusion comprises entre 25 et 200C.Leurs premires applications de srie furent louverture de purges de vapeur sur les corps de chaudires de locomotivesLa fusion de lalliage une temprature prdtermine est utilise pour librer un systme mcanique (scurit incendie) ou ouvrir directement un circuit lectrique (fusibles thermiques).1.5.3 LEBULLITION Lbullition dun liquide provoque, dans un circuit ferm, une forte augmentation de pression. Cette augmentation de pression peut tre due une bullition locale dans un train thermostatique ou dans un capillaire. Cela permet de raliser des appareils sensibles sur de grandes longueurs.Il est aussi utilis lbullition dans des ampoules de verre, ce qui les brise et libre un systme mcanique ou lectrique. Lapplication la plus connue est la commande des sprinklers , systmes dextinction automatique courants dans les supermarchs et locaux recevant du public.

1.6 LES AUTRES SYSTEMES1.6.1 LE POINT DE CURIELe point de Curie est, dans un aimant, la temprature laquelle celui-ci perd son aimantation. Cette temprature peut tre modifie en jouant sur la composition de lalliage magntique. Cette perte daimantation libre un systme mcanique ou lectrique. Cette application est limite a quelques usages prcis, tels que les cuiseurs riz1.6.2 LA MEMOIRE DE FORMECertains alliages, soumis une certaine temprature, reprennent la forme quils avaient avant leur transformation mcanique.Les traitements thermiques et la composition des alliages permettent de dterminer les tempratures.1.6.3 LA DILATATION DES GAZCe systme est surtout utilis pour la ralisation de thermomtres, car les forces disponibles sont faibles et peuvent difficilement actionner un contact. La dilatation est linaire et permet une chelle linaire dans une large gamme de tempratures. Les gaz utiliss sont principalement l hlium et largon.Ces systmes sont sensibles la pression atmosphrique et demandent un systme de compensation.


2. LES CONTACTS ELECTRIQUES

De nombreux mcanismes existent, nous avons dcid de les distinguer non pas en fonction de leur technique constructive, mais en fonction de leur vitesse douverture, qui en est llment primordial.

2.1 LES SYSTEMES

2.1.1 LA RUPTURE LENTEDans les appareils rupture lente les deux parties scartent lentement, des vitesses de lordre de 1/10 de mm par seconde. Dans latmosphre normale, il se produit alors, lorsque les contacts sont rapprochs, un arc lectrique. La dure de cet arc est fonction de la tension. Pour des tensions jusqu 24V continu ou 110V alternatif, la dure de cet arc est courte, infrieure 0.1s. Pour des tensions suprieures, larc dure beaucoup plus longtemps, produisant une fusion prmature du contact, et de nombreuses interfrences radio lectriques. Cest pourquoi il est dconseill, malgr les avantages mcaniques (simplicit, faible cot, trsgrande prcision), dutiliser ce contact dans les rseaux secteurs 230V, pour des applications de rgulation cy-clage multiple.

2.1.2 LA RUPTURE BRUSQUESur les contacts rupture brusque, lcartement se produit des vitesses infiniment suprieures, de lordre de 1m par seconde (100.000 fois plus vite). Lcartement des contacts atteint en moins de 1/1000 de seconde la distance ncessaire pour que larc lectrique steigne. Il ny a pas de parasites, le contact ne se dtriore pratiquement pas. Mcaniquement ce type de contact est beaucoup plus compliqu, plus onreux, et ne permet pas une finesse de rgulation aussi grande. Il est particulirement adapt aux appareils de rgulation, en 240V ou 400V. Plusieurs techniques sont utilises pour obtenir une rupture brusque: La plus ancienne est lutilisation daimants sur les lames de contact. Le champ magntique dcrot en fonction de la puissance 4 de la distance. Lattraction entre les deux lames seffectue donc trs courte distance. Ce systme est particulirement fiable, mais peu utilis actuellement en raison du nombre impor-tant de composants quil demande. Il fut intensivement utilis sur les contacts daiguille des baromtres, manomtres, ther-momtres avec un cadran circulaire La plus courante actuellement est la lame accumulation dnergie, dont les dessins se sont simplifis au cours des dernires annes, en grande partie grce lapparition de lames ressorts en alliage de bronze au bryllium plus performantes, ainsi qu de nouveaux concepts.


2.2 LA CONSTRUCTION2.2.1 MATIERE DES CONTACTSAvant la mise au point des systmes de contacts lectriques en argent, les premiers thermostats lectriques utilisaient du mercure. Le mercure liquide, enferm dans ampoule en verre comportant deux lectrodes, tablissait le contact entre celles-ci par basculement, ou plus simplement, une aiguille mtallique venait , par son dplacement, tablir la contact avec la surface du mercure.La matire la plus courante actuellement est largent pur, ou faiblement alli dautres mtaux ou oxydes (Cadmium, Nickel, Etain, )Cette matire a t choisie parce que cest le meilleur conducteur de la chaleur et de llectricit connu. Un contact suse par micro vaporisation de largent chaque cycle douverture et fermeture. Cette vaporisation est proportionnelle la puissance et la dure de larc lectrique qui se forme. La conductibilit thermique de largent lui permet dvacuer trs rapidement le pic de temprature se produisant lors de lou-verture des contacts. Sa trs bonne conductibilit lectrique permet de raliser des appareils avec une trs faible rsistance de contact, en gnral infrieure 3 milli-ohms. Cependant il nest pas inoxydable, et se couvre progressivement dune mince couche doxyde dargent, qui nest pas conductrice de llectricit. Cette couche est facilement vaporise lors dutilisations dans les voltages domestiques courants (240 V, 300V). Cependant, pour des utilisations en trs basse tension (moins de 12 volts) et des courants trs faibles (quelques milli-ampres), larc lectrique cr lors de louverture du contact nest plus suffisant pour vaporiser le contact. Pour des circuits de faible puissance, les contacts sont protgs contre cette oxydation par une fine couche dor.2.2.2 LECARTEMENTAprs louverture, les contacts sont carts lun de lautre. Cet cartement, selon les systmes, peut varier de 1/10me de mm 3mm ou plus. Une valeur courante dans les thermostats est de 0.3 0.4 mm qui correspond ce que les normes appellent la micro-disconnetion.Un cartement faible, qui est la consquence dappareils avec faible diffrentielle (voir la dfinition plus loin) ne permettra pas lutilisation dans des voltages importants, car, bien quil ny ait pas contact mcanique, un arc lectrique peut spontanment se crer : il suffit de conditions atmosphriques dfavorables telle quune forte humidit relative. Une mthode permettant daugmenter la distance dcartement des contacts sans obliger les thermostats fournir des dplacements importants est la double coupure, utilise sur certains thermostats rarmement manuel, ce qui limite aussi le risque de collage des contacts2.3 CONDITIONS DUTILISATION ET DUREE DE VIEDans les spcifications dun thermostat lectromcanique, la dure de vie probable est dcrite en termes de dure de vie mcanique et dure de vie lectrique.Dure de vie lectrique:Ceci est spcifi comme un nombre minimum de cycles (action douverture et de fermeture) que le contact fera en ouvrant et fermant le circuit sous la charge spcifie sans se coller ou se souder, et en restant dans les caractristiques lectriques de lappareil.Dure de vie mcanique:Il sagit du nombre doprations quun thermostat peut tre appel accomplir en conservant son intgrit mcanique. La dure de vie mcanique est normalement teste sans charge ni tension applique aux contacts, et son tude ne fait pas partie du prsent document.Les pouvoirs de coupure sont fonction de nombreux paramtres tels que la configuration des contacts, leur composition, la vi-tesse de rupture, la frquence de rupture, les conditions environnementales temprature, humidit, altitude etc. Les normes IEC61058-1, (Interrupteurs pour appareils) UL 1054, CSA22.55 ont tent de normaliser les pouvoirs de coupure gnraux. Les normes IEC 60730-x ont dfini des mthodes dessai et des classes diffrentes de dure de vie (nombre de cycles) pour les appareils de rgulation et de scurit.Ces classes sont : 300 000, 200 000, 100 000, 30 000, 20 000, 10 000, 6 000, 3 000 (1), 1000(1), 300 (2), 30(2)(4), 1( 3) .1) Nest pas applicable aux thermostats de rgulation et autres appareils cyclant rapidement 2) Applicable uniquement aux appareils rarmement manuel 3) Applicable uniquement aux appareils dont il est ncessaire de remplacer une pice aprs chaque dclenchement 4) Peut tre uniquement rarm par une intervention du constructeur Ces dures de vie nominales sont considrer comme les valeurs de base maximales pour la plupart des applications. Ci-des-sous sont dcrites les limitations qui sappliquent pour des applications diffrentes.Le pouvoir de coupure des thermostats est donn dans leurs fiches techniques pour une application sur une charge rsistive en 250 ou (et) 400V, et un nombre de cycles donn. Lorsque la place est suffisante, ces valeurs sont imprimes sur lappareil. Dans la plupart des cas seules les valeurs obligatoires sont indiques, et le nombre de cycles nest quexceptionnellement prcis alors que cest un paramtre essentiel pour valuer la dure de vie de lappareil.


2.3.1 EXPLICATION DES INSCRIPTIONS NORMALISEES SUR UN THERMOSTAT, SELON IEC60730-1 7-2

1: Identification de bornes qui sont appropries pour le raccordement des conducteurs externes, et si elles sont appropries pour la phase ou le conducteur de neutres, ou les deux.L doit tre utilis pour la phase au Royaume-Uni, mais aucune restriction pour les autres pays.N doit tre utilis pour les bornes de neutre (Tous pays)2: Nom du fabricant ou marque3: Pouvoir de coupure inductif avec un facteur de puissance = 0,6 (lorsque la valeur inductive nest pas imprime, les contacts peuvent tre utiliss pour une charge inductive, condition que le facteur de puissance ne soit pas infrieur 0,8, et que la charge inductive ne dpasse pas 60 % du courant rsistif nominal.)4: Pouvoir de coupure rsistif avec un facteur de puissance de 0,95 + / -0,055: Degr de protection procur par lenveloppe, ne sapplique pas aux appareils classs IP00, IP10, IP20, IP30 et IP40.6: Limite maximale de temprature ambiante sur la tte dinterrupteur (Tmax), si autre que 55 C.7: Limite minimale de temprature ambiante sur la tte dinterrupteur si infrieure 0 C8:Identification de la borne de terre (si existant)9: Rfrence unique identifiant le produit10: Tension nominale ou plage de tension en volts (V) (Limpression de la frquence est obligatoire si elle est autre que 50 Hz 60 Hz inclus)11: Micro-coupure (ouverture de contact rduite) Limpression nest pas obligatoire.12: Nombre de cycles de manuvre pour chaque action manuelle (Pour thermostat rarmement manuel).Nombre de cycles automatiques pour chaque action automatique (pour thermostat de rgulation). Limpression nest pas obligatoire13: Pour utilisation sur circuit alternatif, 50 60 Hz inclus14: Limites de temprature de la surface lorgane de mesure (Ts) si elle est suprieure 20 K au-dessus de Tmax

2.3.2 TENSION, CIRCUIT INDUCTIF OU RESISTIF, ANGLE DE DEPHASAGE (cosinus phi) En Europe, la tension la plus courante est 230 Volts alternatif 50Hz. En rgle gnrale, tous les appareils sont conus pour ces conditions. Le fonctionnement en 400 V doit respecter des conditions particulires dcartement de contact.Cependant, il faut particulirement faire attention la charge qui est commande: les valeurs des pouvoirs de coupure sont toujours donnes avec une charge rsistive (cos phi= 1). Des applications avec charges inductives: moteurs, transformateurs, bobinages, ballast, ou capacitives, telles que des condensateurs sur des commandes de moteurs bi-vitesse provoquent au niveau des contacts des arcs lectriques beaucoup plus importants. Les charges inductives ou capacitives limitent fortement le pouvoir de coupure.


Rduction du pouvoir de coupure dans les circuits inductifs

Pic de surtension en circuit inductifLorsquun thermostat coupe une charge inductive, une force lectromotrice relativement grande (Force contre-lectromotrice) est gnre dans le circuit provoquant une surtension et un pic de courant transitoires. Plus cette force est importante, plus elle dtriore les contacts Surtentions transitoires :La quantit de courant lectrique qui circule travers le contact influe directement sur la vie du contact. Les surtensions transitoires sont des paramtres critiques auxquels doit rsister le contact lorsquelles se produisent dans des circuits inductifs. Elles produisent une donde de surtension qui a gnralement une largeur dimpulsion de 20 50 s. Limpulsion de surten-sion est dfinie par son intensit et sa largeur. La largeur nominale est le temps mesur partir du dbut de limpulsion jusquau moment o lintensit est descendue 50% de la valeur maximale. La courbe ci-dessus montre une surtension tran-sitoire de.8/20sCourants induits par les moteurs :Lors du dmarrage, un moteur peut avoir un courant dappel 600% suprieur son courant nominal. Par exemple, un moteur avec un courant nominale de 3 ampres peut requrir jusqu 18 ampres ou plus lors du dmarrage. En outre, en cas de dconnexion, un moteur agit comme un gnrateur de tension car il ralentit jusqu larrt. En fonction du moteur, il peut rinjecter dans le circuit une tension bien suprieure la tension de ligne nominale. Ces tensions apparaissant sur les contacts peuvent provoquer un arc destructeur amenant une dfaillance prcoce du contactCourants induits par les lampes incandescence:Les lampes incandescence, filament de tungstne, peuvent, lors de lallumage froid, provoquer une surintensit de 10 15 fois la valeur nominaleCourants inductifs induits par les transformateurs:Lorsque lalimentation est coupe dans le circuit dun transformateur, son noyau peut contenir un magntisme rmanent. Si le courant est rtabli lorsque la tension est de la mme polarit que celle de laimantation rmanente, le noyau peut passer en sat-uration au cours de la premire moiti du cycle de puissance. En consquence, linductance sera minime et un courant dappel pouvant aller jusqu 1,000% peut survenir pendant quelques cycles jusqu ce que le noyau ne soit plus satur. Comme pour les moteurs, lorsque lalimentation dun transformateur est coupe, le transformateur produira une force contre lectromotrice pouvant initier un un arc destructeur entre les contacts.Charges capacitives de ligne:Cela se produit quand un thermostat est situ une distance considrable de la charge commuter. Au moment o le contact se ferme, la capacit du cble se charge avant que le courant circule. Au niveau des contacts, cet effet peut tre compar un court-circuit, augmentant lintensit bien au-del de ce que peut supporter le contact.


Facteur de correction moyen lors de lutilisation de charges inductives (sans systme de rduction darc)

Pointes de courant des cbles auto-rgulants Il sagit ici dun effet compltement diffrent des surtensions et surintensits transitoires dues linteraction des contacts avec la charge.Cette surintensit est due la conception des cbles autorgulants coefficient de temprature positif et cette surintensit peut prendre plusieurs minutes se dissiper.Souvent le cble chauffant est une temprature relativement basse (et donc sa rsistance lectrique est faible) lorsquil est mis sous tension. Sa faible rsistance produira un fort courant de dmarrage, inversement proportionnel la temprature ambiante. Cette surintensit peut atteindre 2 fois la valeur nominale 25 C donne par le fabricant . Se rfrer aux notices des constructeurs de cbles pour en connatre la valeur.

Variation de lintensit dans un cble auto-rgulant

Valeur indicative moyenne des coefficients de rduction des pouvoirs de coupure en courant alternatifCharge

rsistiveLampe

incandescence**Bobine

lectromagntiqueTransformateur Moteur

monophasMoteur triphas

Cbles chauffants autorgulants*

1 0.8 0.5 0.5 0.12/0.24 0.18/0.33 0.6* Valeur moyenne, variable selon la temprature ambiante des cbles au dmarrage, voir les notices des constructeurs et la norme CEI60898 ** avec filament chaud


Dure de vie moyenne du contact lectrique dun thermostat 15A 250V, 300.000 cycles

Valeurs indicatives moyennes, pour un mcanisme rupture brusque, avec contacts en argent. Points caractristiques :A : zone de rupture mcanique de la lame de contact par fatigue du mtalB : Zone de fusion rapide des contacts due au cumul courant inductif, tension leve et lintensit importanteC : Zone de dtrioration rapide des contacts due aux arcs importantsD : Zone de dtrioration des contacts due lchauffement de la lame de contact par effet Joule et la perte de ses caractristiques lastiques, combine aux arcs lectriques importants2.3.3 COURANT ALTERNATIF ET COURANT CONTINUDans les courants alternatifs, le voltage sannule chaque cycle, provoquant lextinction de larc lectrique. Dans les circuits en courant continu le contact ne passe pas par un point avec une tension nulle lors de son action. Cet arc ne steint que lorsque lcartement de contacts est trs important (phnomne utilis dans les postes de soudure larc).Dans les thermostats de rgulation cet cartement est en gnral faible, de 0.3 0.5 mm.Dans les tensions suprieures 48V, lcartement des contacts des thermostats est insuffisant pour teindre larc, qui perdure grce la conductibilit lectrique de lair ionis provoqu par le passage du courant. Lusure des contacts est alors excessivement rapide, et les contacts peuvent fondre ou se souder en quelques cycles, car le flux unidirectionnel du courant provoque un transfert de mtal entre les contacts Toute application demandant lutilisation dun thermostat dans un circuit en courant continu suprieur doit tre tudie avec soin, en collaboration avec le fournisseur du thermostat, pour que des solutions techniques fiables (augmentation de la distance des contacts, soufflage magntique de larc etc) soient mises en uvre.Rduction indicative des pouvoirs de coupure en courant continu sur des contacts en argent rupture brusque, dure de

vie identique, en circuit rsistifCourant Ecartement 0.2 mm Ecartement 0.25 mm Ecartement 0.5 mm

Alternatif 250V 15 15 15Continu 8V 15 15 15

Continu 30V 2 2 6Continu 120V 0.4 0.4 0.5Continu 230V 0.2 0.2 0.25


HAUTES FREQUENCESLes utilisations en haute frquence sont dconseilles, car elles font apparatre des surchauffes dans les boucles mtalliques et ressorts de lames de contact, ce qui a pour effet de les recuire et de modifier leur flexibilit. La lame de contact perd alors son action brusque et le contact se soude ou suse prmaturment.

2.3.4 VITESSE DE CYCLAGE ET NOMBRE DE CYCLESLa dure de vie dun contact est, comme on la vu ci-dessus, le rsultat de nombreux facteurs. Il est important que le contact ait le temps dvacuer lchauffement d larc lectrique.Des cycles trop rapides (suprieurs 0.5 par seconde en gnral) provoquent une usure prmature, car le contact narrive pas vacuer llvation de temprature que ces cycles rapides provoquent.La plupart des appareils sont conus pour supporter : 100 000 cycles dans les appareils de rgulation. 10 000 cycles dans les appareils de scurit.Mais il est possible, dans certaines applications que le nombre de cycles soit nettement plus faible. Un appareil prvu pour supporter 100 000 cycles 1A pourra supporter 25A pendant quelques centaines de cycles, et mme 100 ou 150A pendant 1 cycle. Cest donc un paramtre trs important connatre pour la dtermination dun appareil.

2.3.5 LA PROTECTION DES CONTACTS (condensateurs, filtres, varistances, soufflage magntique)Il est possible, par des accessoires externes au contact, de prolonger ou damliorer sa longvit. Ces systmes ont tous pour but de limiter la dure de larc lectrique. Le plus ancien est la capacit, monte en parallle sur le contact, qui permet dutiliser celui-ci en courant continu. Cette solution a t fortement utilise il y a plusieurs dizaines dannes, lorsquil existait encore des distributions domestiques de courant continu . Cest une solution efficace et peu coteuse. Le filtre (ensemble condensateur et self) est principalement utilis sur les contacts rupture lente, pour viter les parasites radio-lectriques. Il augmente de manire notable la dure de vie. Les varistances, plus rcentes, absorbent les surtensions cres lors de louverture du contact, et limitent la dure de larc et son intensit. Elles doublent ou triplent la dure de vie, particulirement dans les circuits inductifs. Le soufflage magntique, peu utilis, est uniquement destin aux courants continus. Un fort aimant, situ autour de la zone de contact, dvie larc lectrique ionis, et lui fait parcourir un trajet plus important. Cest la solution aux coupures de courants continus en 110 et 240V de puissance importante. Linductance : ce systme est mont en srie sur le systme de contact, proximit immdiate du contact. Il a pour effet de lisser les pointes de tension. Cest un systme interne au thermostat.

2.3.6 LES CONTAMINANTSLa prsence dans latmosphre dun certain nombre de corps peut avoir un effet nocif sur le fonctionnement des contacts. En particulier: Une humidit relative leve: arcs lectriques plus intenses, car lair perd une partie de son pouvoir isolant Prsence dammoniaque: oxydation des lames porte contact, qui sont base de cuivre. Prsence de silicone: la prsence de silicone sur les contacts empche le passage du courant, car lors de larc lectrique, le silicone se transforme en silice (oxyde dalumine), isolant stable, rsistant aux trs hautes tempratures.

2.3.7 SYSTEMES DE CONTACTS TRAVERSES PAR LE COURANTDans certains appareils de petite taille (limiteurs de temprature), les lames porte-contact sont elles-mmes les lments de mesure de la temprature.Ces lames ne sont pas, en raison de leur composition, de trs bons conducteurs de llectricit. Le passage du courant dans celles-ci provoque un chauffement qui vient sadditionner la mesure de la temprature. On parle de sensibilit au courant et de drive thermique de ltalonnage.

2.3.7 OXYDATION DES CONTACTSNous avons vu plus haut que la rsistance du contact tait trs faible, de lordre de quelques milli- ohms. Quelle que soit lin-tensit du courant qui y passe, cette rsistance est trop faible pour provoquer un chauffement notable. Cependant, si pour une raison ou une autre (contamination, oxydation, pression de contact insuffisante, dformation mcanique etc.) cette rsistance augmente, il peut trs rapidement apparatre cet endroit une surchauffe suffisante pour fondre les contacts ou endommager ou provoquer une inflammation des lments proches.


2.4 LACTION DU CONTACT2.4.1 LA REGULATION Cest lorigine la premire fonction des thermostats. Un contact de rgulation est un contact destin cycler rgulirement, en ouvrant et fermant un circuit lectrique. Ce nest pas une fonction de scurit. Les contacts doivent supporter un nombre de cycles lev. 2.4.2 LE REARMEMENT AUTOMATIQUE Le rarmement automatique est une fonction de limitation de la temprature qui ne ncessite pas, en cas de dclenchement, lintervention dun oprateur. Le dclenchement de ce type de contact est destin avertir dun mauvais fonctionnement. Le rarmement se fait lorsque la temprature est revenue dans des limites autorises. Le nombre courant de cycles de fonctionnement de ce type daction est compris entre 300 et 10 000.2.4.3 LE REARMEMENT MANUEL Le rarmement manuel est une fonction de limitation de la temprature, qui ncessite, en cas de dclenchement, linterven-tion dun oprateur pour rarmer lappareil. Le dclenchement de ce type de contact est destin avertir dun mauvais fonction-nement. Le rarmement ne peut se faire que lorsque la temprature est revenue dans des limites autorises. Le rarmement ma-nuel peut tre accessible ou cach. En gnral, on ne peut y accder quaprs utilisation dun outil ou dmontage dune pice. Le nombre courant de cycles de fonctionnement de ce type daction est compris entre 300 et 10 000.2.4.4 LE REARMEMENT ELECTRIQUE Cest la mme fonction que ci-dessus, mais il nexiste aucun poussoir de rarmement. Le rarmement se fait automatiquement aprs que lon ait coup lalimentation lectrique de lappareil. 2.4.5 LE REARMEMENT PAR BAISSE Le rarmement par baisse consiste en une remise en marche automatique aprs une baisse trs importante de la temprature, en gnral proche de la temprature ambiante. Cette solution est trs peu utilise. 2.4.6 LE ONE SHOT Le one shot est un type de contact qui ne peut souvrir quune fois. Son utilisation est typiquement celle de la scurit ultime, qui coupera dfinitivement lalimentation lectrique dun appareil. La remise en marche demande le changement du thermostat. Son nombre de cycles de fonctionnement est de 1. Cette fonction peut tre ralise par la fusion dun alliage, la rupture dune bille de verre, le dclenchement dun disque bimtallique dont le retour la position initiale nest pas possible dans les tempratures ambiantes les plus froides.2.4.7 LA SECURITE POSITIVE La scurit positive est une fonction dauto contrle de lappareil. Toute fuite ou rupture du systme de mesure de la temprature amne une coupure dfinitive du chauffage. Cette fonction est difficile dfinir dans les thermostats bimtalliques (disques, canne, bilames), mais dans les appareils comportant un train thermostatique, elle dfinit le mode de fonctionnement lorsque ce train thermostatique est perc.

Les deux diffrents systmes scurit positive des thermostats bulbe et capillaire


Fonctionnement dun train thermostatique standard :En position 1: un train thermostatique standard est reprsent en position de dpart, la temprature ambiante.En position 2: la temprature sur le bulbe a atteint le point de consigne, et le gonflement du soufflet a provoqu louverture du contact et donc larrt du chauffage.En position 3: le bulbe (ou le capillaire) est perc, le soufflet se dgonfle, le contact lectrique se referme, et le chauffage est de nouveau mis en marche. Mais plus aucune dilatation nest transmise au soufflet, et rien narrte ni ne rgule le chauffage. Cest la situation dangereuse laquelle les systmes scurit positive pallient. La scurit positive est principalement utilise sur les thermostats rarmement manuel, monts en scurit derrire un appareil de rgulation.Il existe deux systmes ayant un mode de fonctionnement diffrent, chacun des systmes ayant ses propres avantages et inconvnient.

La scurit positive des systmes dilatation de liquide

Dans ces systmes, aprs fermeture du train thermostatique on provoque un gonflement artificiel du soufflet (1), la temprature ambiante par un coup de presse sur le bulbe. Il est aussi possible de raliser la mme fonction en remplissant et fermant le train thermostatique une temprature ngative (-20, -30C). De cette manire le soufflet continue avoir un dplacement possible dans les tempratures situes sous la temprature ambiante.Lorsque la temprature sur le bulbe augmente (2), la partie mobile du contact lectrique est actionne par le soufflet. Lorsque le bulbe ou le capillaire est perc (3) un mcanisme auxiliaire (en rouge) dplace la partie fixe du contact lorsque le soufflet se dgonfle, ouvrant alors le contact.Ce systme scurit positive permet de rgler facilement la temprature de dclenchement des thermostats, car le mcan-isme est similaire aux thermostats rglables, et permet donc de couvrir toute la zone de temprature de ceux-ci.Il comporte cependant deux dfauts: Le gonflement artificiel du soufflet augmente considrablement le volume de liquide lintrieur de celui-ci, et donc sa sensibilit la temprature ambiante sur la tte du thermostat.Exemples de drive du point de consigne sur un thermostat rarmement manuel avec capillaire 1,5m, talonn 90C

(hors tolrance dtalonnage)

Type de mcanisme Temprature de coupure si la tte du thermostat est 0CTemprature de coupure si la tte du

thermostat est 50CAvec scurit positive 90+8,1 90-9.5 Sans scurit positive 90+5,5 90-6,5

Lorsque la temprature ambiante descend, le soufflet continue se contracter, et peut atteindre le seuil de dclenchement de la scurit. Ce type de dclenchement intempestif est prvu par la norme EN60730, qui fixe le seuil minimal sans dclenche-ment -15C. Cependant lors dutilisation de ces thermostats dans des zones froides, il est ncessaire de rchauffer le bulbe du thermostat rmettre le rarmement manuel de la scurit.


La scurit positive des systmes bullition

Dans les systmes bullition, le soufflet du train thermostatique est compos de deux coupelles, dont une seule se d-forme. Cette coupelle dformable est bombe comme un disque bimtallique, passant brusquement dune position concave convexe lorsquelle est soumise une contrainte. Le train thermostatique, avant son remplissage (1) est ralis pour que cette coupelle ait en position normale la coupelle bombe vers lextrieur.Ce train thermostatique est ensuite rempli de liquide sous vide, puis ferm en maintenant la coupelle bombe vers lintrieur (2). Dans cette position, les contacts sont ferms.En cas daugmentation de temprature, le liquide lintrieur se met bouillir la temprature dtermine par sa composition. Laugmentation importante de volume provoque par cette bullition provoque le changement de forme de la coupelle, qui ouvre le contact (3). Lors du refroidissement du liquide, la force ncessaire au retournement de la coupelle est insuffisante, et il est ncessaire dappuyer sur celle-ci avec un bouton de rarmement pour lui faire retrouver sa forme initiale.En cas de percement ou de fuite dans le bulbe ou le capillaire, le liquide lintrieur est mis la pression atmosphrique, et la coupelle se bombe vers lextrieur.Ce systme est particulirement simple, fiable, et ne ncessite pas de mcanisme compliqu. Il nest pas sensible la temprature ambiante sur le capillaire ou sur la tte, ne dclenche pas intempestivement lorsque les tempratures ambiantes sont trop basses. Il comporte cependant, comme le prcdent deux dfauts: Les tempratures de dclenchement sont fonction des tempratures dbullition des liquides utiliss, (En gnral mlanges deau, de glycol et dalcool), et de ce fait ils sont limits des plages entre 60 et 170C. Ils sont sensibles la pression atmosphrique, et leur point de consigne varie lgrement avec laltitude.


2.5 LES CONTACTS MULTIPLES2.5.1 LES CONTACTS INVERSEURSLe contact inverseur est un contact comportant 3 bornes de raccordement. On distingue un commun, un contact normalement ferm et un contact normalement ouvert. Lors de son actionnement, le contact bascule dune position lautre. Cela permet par exemple de couper le chauffage et simultanment de mettre en marche une ventilation.2.5.2 LES CONTACTS SIMULTANESDes contacts simultans sont des contacts indpendants, dont le basculement est synchrone.Cest particulirement important dans les appareils coupant un circuit triphas, car la coupure des trois phases doit se faire au mme moment.2.5.3 LES CONTACTS ETAGESLes contacts tags sont des contacts actionns par le mme systme de mesure, mais coupant des tempratures diffrentes.2.5.4 LES CONTACTS A ZONE NEUTRECes contacts sont une version des contacts tags. Leur application particulire est le conditionnement dair ou la rfrigration.Par exemple le contact N1 coupera le chauffage 100C, le contact N2 mettra en marche la ventilation 120C. Entre ces deux tempratures, aucune action ne sera demande : cest la zone neutre.2.5.5 LES CONTACTS A DIFFERENTIELLE REGLABLELa diffrentielle est la diffrence de temprature existante entre le moment o lappareil actionne (coupe) un contact et le moment o, la suite de la baisse de temprature rsultant de son action de coupure, il renclenche.Selon le type de contact, ces diffrentielles peuvent tre trs diffrentes.La diffrentielle rglable est un systme de rglage permettant lutilisateur de modifier cet cart. Pour des raisons techniques et de cot, cette configuration est rserve aux systmes dilatation de gaz de types industriels.2.5.6 LES CONTACTS MIXTESPar contacts mixtes, on entend une combinaison des diffrents systmes ci-dessus.La combinaison la plus courante est un contact de rgulation et un contact rarmement ou un contact one shot .2.5.7 LES CONTACTS ANTIDEFLAGRANTSLe contact antidflagrant est un contact qui ne permet pas larc lectrique quil produit de propager une explosion lextrieur de son enveloppe.Larc lectrique nest pas supprim. On distingue les appareils dont seul le contact lectrique est protg et ceux dont la totalit du mcanisme est protge.2.5.8 LES CONTACTS SOUS ENVELOPPE ANTIDEFLAGRANTEDans ces appareils seul le mcanisme du contact lectrique est protg par une enveloppe antidflagrante. Les raccordements lectriques se font lextrmit dun cble solidaire de lenveloppe du contact, obligatoirement hors zone, ou dans un botier de raccordement appropri. Cette solution autorise des appareils de petite dimension, et permet des cots faibles.2.5.9 LES BOITERS ANTIDEFLAGRANTSLes botiers antidflagrants sont des enveloppes massives o la totalit de lappareil est enferme. Les raccordements lectri-ques peuvent seffectuer lintrieur de cette enveloppe.

3. LES APPAREILS3.1 LES THERMOSTATS A BILAMECest actuellement la famille de thermostats o les quantits sont les plus importantes. De trs nombreuses configurations sont prsentes, et lvolution actuelle est vers une recherche de simplification et de rduction de volume.


3.1.1 LES BILAMES A TEMPERATURE FIXE

Les bilames temprature fixe sont des appareils dont les tempratures dtalonnage sont fixes en usine, et qui ne possdent aucun systme de rglage accessible par lutilisateur. Ils sont utiliss, selon les modles, comme appareils de rgulation ou de scurit. Les contacts peuvent tre rupture lente ou brusque, de rgulation ou rarmement, ouverture, fermeture, ouinverseur. Quasiment toutes les options de contact ci-dessus sont ralisables.On distingue dans ces appareils deux grandes familles : ceux sensibles au courant (qui sont les plus petits) et ceux insensibles au courant.Les plages les plus courantes de rglage sont de 20 180C. Cependant des modles avec botier cramique peuvent tre raliss jusqu 450C, et des modles tanches jusqu -30C.

3.1.2 LES BILAMES A TEMPERATURE REGLABLEIls sont rglables par tournevis ou par axe. Leurs principales applications sont dans le petit lec-tromnager (friteuses, fer repasser).Ce sont toujours des appareils de rgulation, utilisant une lame bimtallique. Les plages courantes de temprature vont de 20 300C.Ils sont sensibles ou insensibles au courant selon les modles .Des modles avec bilame sensible au courant, ou rchauffs par une rsistance, sont utiliss dans les doseurs dnergie.

3.1.3 LES SPIRALESLes spirales bimtalliques ont t largement utilises pour la ralisation de thermostats dambiance. Ce systme est maintenant abandonn par les constructeurs europens, car il obligeait utiliser un contact ampoule de mercure, ou un contact rupture lente. Seuls subsistent encore quelquesconstructeurs aux USA, pour des applications en 110V.Ces spirales bimtalliques sont encore utilises dans certains thermostats de veine dair (dits airstats).

3.2 LES THERMOSTATS A DILATATION BIMETALLIQUE

3.2.1 LES THERMOSTATS CARTOUCHECes appareils de rgulation, rglable, rupture lente, ont une trs grande prcision, et la plus faible diffrentielle possible sur un thermostat mcanique : infrieure 1/10C. Ils se montent dans un alsage de dia 15.8mm en gnral. Cependant en raison de leur rupture lente, gnratrice de parasites en 230V, leur utilisation en Europe est marginale, limite des utilisations dans des plaques chauffantes de laboratoire. Les plages courantes de temprature vont de 20 300C.

3.2.2 LES THERMOSTATS DE CONTACTCes appareils de rgulation, rglables, rupture lente, ont une trs grande prcision, et une faible diffrentielle : infrieure 1C. Ils se montent plat sur une paroi, fixs par 2 vis. Cependant en raison de leur rupture lente, gnratrice de parasites en 230V, leur utilisation en Europe est marginale, limite des utilisations de laboratoire ou lorsque des diffrentielles faibles sont recherches. Les plages courantes de temprature vont de 20 250C.


3.2.3 LES THERMOSTATS A CANNE BIMETALLIQUE

Cest actuellement la principale application des systmes bimtalliques. La canne bimtallique actionne un systme de contact. Le rglage peut tre fixe, ou par manette gradue. Les contacts sont des contacts de rgulation ou rarmement manuel ou mixtes.Les principales applications se trouvent : Dans les chauffe-eau domestiques. Les appareils sont alors rglage par tournevis, coupure unipolaire sur la phase de rgulation et coupure omnipolaire (par disque bimtallique mesurant la temprature de la partie du mcanisme en contact avec le fond de la cuve), pour le contact rarmement manuel. Ils sont nus, sans botier de protection, car monts sous le capot du chauffe-eau. Dans les rchauffeurs deau et les rservoirs industriels. Les appareils sont alors diffrents : un pour la rgulation et un pour la scurit. Ils sont monts sous botiers tanches IP65. Dans les systmes hydrauliques, comme systme de contrle de la temprature de lhuile. Les appareils sont alors 1,2 ou 3 contacts tags assurant les diffrents niveaux dalerte et de scurit.Les plages courantes de temprature vont de -50 400C. Cependant certains modles spciaux peuvent atteindre 800.

3.3 LES THERMOSTATS A DILATATION DE LIQUIDE

3.3.1 LES TUBES VERRE A DILATATION DE MERCURECest un des premiers systmes de thermostats, driv des thermomtres mercure. Un fil est introduit dans le tube en verre. Lorsque le mercure touche ce fil, le contact stablit. Ce type de thermomtre a longtemps t lappareil de rfrence et de rgulation de prci-sion. Il na plus dapplications de srie actuellement.

3.3.2 LES THERMOSTATS A BULBE ET CAPILLAIRE

Cest la famille la plus courante pour la mesure et la rgulation de temprature distance. Les longueurs de capillaire peuvent aller jusqu 3 mtres , mais avec une drive notable due la quantit de liquide comprise dans le capillaire. Dans cette srie, la scurit positive peut tre ralise en cas de rupture du train thermostatique. Les plages courantes de temprature vont de -50C 400C, exceptionnellement jusqu 760C.


3.3.3 LES THERMOSTATS A CANNE A REMPLISSAGE LIQUIDECe modle est une variante du thermostat canne dilatation bimtallique. Il sen diffrencie par une meilleure rsistance aux vibrations mais un temps de rponse plus long. Les applications sont identiques. Les plages courantes de temprature vont de -50C 400C, exceptionnellement jusqu 760C.

3.3.4 LES THERMOSTATS DAPPLIQUECes thermostats utilisent un mcanisme de thermostat bulbe et capillaire mais avec un capillaire trs court et un bulbe situ sous le botier. Le botier possde un systme de fixation permettant de le plaquer sur une tuyauterie. Les plages habituelles de rglage de ces appareils sont comprises entre 0 et 120C.

3.3.5 LES THERMOSTATS DAMBIANCECes thermostats utilisent un mcanisme de thermostat bulbe et capillaire mais avec un capillaire trs court et un bulbe situ sur le ct ou sur larrire du botier. Ce systme est particulirement utilis pour les appareils professionnels et industriels. Les plages courantes de temprature vont de -40C 120C.

3.4. LES THERMOSTATS A DILATATION DE GAZ OU TENSION DE VAPEUR

3.4.1 LES THERMOSTATS A BULBE ET CAPILLAIRE DAMBIANCECes appareils tension de vapeur sont principalement utiliss dans les thermostats dambiance incorpors dans les convecteurs lectriques, en raison de leur faible diffrentielle et de leur faible inertie thermique.Plage courante : 4 40C.

3.4.2 LES THERMOSTATS A MEMBRANECe sont actuellement des drivs des thermostats de couveuse utiliss dans llevage depuis des dizaines dannes. La partie sensible est une capsule de type baromtrique (capsule de Vidie) tension de vapeur. Ils sont fortement utiliss dans les thermostats dambiance domestiques. Page courante:4 40C

3.4.3 LES THERMOSTATS A CAPILLAIRECes thermostats sont utiliss dans le contrle de la temprature de systmes frigorifiques. La faible inertie thermique du systme capillaire, et la possibilit dobtenir des diffrentielles importantes est la principale particularit de ces appareils tension de vapeur.


3.4.4. LES THERMOSTATS A BULBE ET CAPILLAIREIls sont surtout utiliss dans les applications industrielles, car la tension de vapeur permet de raliser assez facilement des appareils diffrentielle rglable.

3.4.5 LES THERMOSTATS A DEPLACEMENT DAIRCes appareils faisaient appel un systme de rchauffage dune ampoule en verre remplie partiellement dair, et contenant du mercure qui, pouss par lair se dilatant, passait par un tube dans un compartiment contenant une lectrode avec laquelle il tablissait un contact lectrique. Ce systme, coupl avec un bilame rupture lente permettait une temporisa-tion du contact, de trs faibles diffrentielles et un fort pouvoir de coupure. Ce systme, trs prcis, trs fiable a compltement disparu.

3.4.6 LES THERMOMETRESLes thermomtres dilatation de gaz sont utiliss en applications industrielles, ils ont une faible inertie thermique et peuvent monter des tempratures leves.

3.5 LES THERMOSTATS A CHANGEMENT DETAT

3.5.1 LES CALORSTATSIls utilisent la fusion de cire. Peu dutilisation dans des systmes actionnant un con-tact lectrique, mais souvent utiliss pour obtenir des mouvements mcaniques (ther-mostat automobiles, thermostats de radiateurs, verrouillage de portes, commande de vannes). Ce systme actionne soit un contact lectrique, soit une soupape permettant la circulation deau lorsque la temprature monte. Plages courantes : de 30 150C.

3.5.2 LES FUSIBLES THERMIQUESCest le principal systme des protecteurs thermiques fusibles. Des millions de ces appareils sont actuellement produits dans le monde. Cest un sys-tme particulirement fiable, dont le fonctionnement est sr. Les contacts sont soit coupure par fusion du conducteur (pouvoir de coupure limit 4A en gnral), soit coupure par fusion dune pastille librant un contact ressort (pouvoir de coupure jusqu 25A). Plages courantes : de 60 300C. La pastille fusible est en mtal ou en plastique.Ce systme, appel aussi TCO (pour thermal cut-off), est le systme de scurit ultime par excellence. Il est de plus peu coteux. Une variante de ces systmes est aussi utilise dans des appareils non lectriques, pour librer un mcanisme, en particulier dans les appareils de dtection dincendie.

3.5.3 THERMOSTATS A EBULLITION Le thermostat le plus courant de ce type est le limiteur capillaire rarmement manuel scurit positive. Dans ce systme, on mesure lbullition dun liquide compris dans un capillaire ou dans un bulbe lextrmit du capillaire. Une bullition locale sur +/-300 mm de capillaire est ncessaire pour actionner le contact. Pour cette raison, les modles capillaire ont souvent leur extrmit enroule dans des dimensions similaires un bulbe. Ces appareils sont toujours temprature fixe, en gnral dans des plages comprises de 50 170C, et des longueurs de capillaire lim-ites +/-900 mm pour des raisons de transmission de la surpression due lbullition ou de la dpression due la rupture du capillaire


4. APPLICATIONS

Principe Famille Sous famille Application

Bilames

Tfixe Sensibles au courantProtection de bobinages, Petit

lectromnager, Automobile, Batter-ies rechargeables

Tfixe Insensibles au courant Petit lectromnager, chauffage et conditionnement, froid

T rglable Fers repasser, grills, crpires, mini fours, lectromnagerSpirale Thermomtres, airstats

Bimtalliques

CartoucheContact de surface

Plateaux chauffants, rsistances plates, mdical

Canne

Nus Chauffe-eau domestiquesProfessionnels Ventilation, conditionnement d'air

Industriels Rservoirs, hydraulique, RchauffeursADF Industrie chimique

Dilatation liquide

Verre Laboratoire Varies

Bulbe et capillaire incorporer

Constructeurs dquipements domestiques

Fours, cuisinires, machines laver, lave-vaisselle, chaudires

Semiprofessionnel Grandes cuisines, machines diverses

Bulbe et capillaire sous boitier

Semiprofessionnel

Constructeurs de machines lectrothermiques, fours, tuves,

arothermesBulbe et capillaire sous

boitier mtalliqueIndustriel et/ou ADF, construction lourde Usines, maintenance, traage

Tension de vapeur

Bulbe etcapillaire

Convecteurs lectriques, thermostats de frigo

Membrane Thermostats d'ambiance domestiquesDpl. air Plus d'application

Changement d'tat

Cire Automobile, chauffage centralFusion

dalliageFusion du

conducteurPetit lectromnager, bobinage,

batteries, lectronique

Fusion de pastille Electromnager, chauffage lectrique, moteurs

Ebullition Capillaire Arothermes, batterie de chauffage lectrique, pompes chaleur

Ampoule verre Conditionnement dair, dtection din-cendie


5. TERMINOLOGIE ET VOCABULAIRE

5.1 VOCABULAIRELes normes EN60730 et EN 60335 dfinissent, quelquefois avec des diffrences, le vocabulaire utiliser. Il est cependant sou-vent diffrent de celui utilis dans la pratique.Vocabulaire courant:Point de consigne: La valeur rgle sur lappareil de rgulation de temprature, correspondant la temprature atteindre Diffrentielle: la diffrence de temprature entre louverture du contact et sa fermeture Rupture brusque: ouverture et fermeture des contacts de manire instantaneRarmement manuel : action de remettre par une intervention manuelle en position de chauffage des contacts ouverts par une lvation de temprature, et ne revenant pas automatiquement en position ferme lorsque la temprature redescend. Rarmement automatique: contact dont la fermeture est automatique lorsque la temprature redescend.Rgulateur automatique: contrle automatique activ par un systme de mesure sensible la temprature

Dfinitions des diffrents systmes thermostatiques selon la norme EN60335-1:3.7.1 Thermostat: systme de dtection de temprature dont la temprature de fonctionnement peut tre fixe ou rglable et qui pendant le fonctionnement normal maintient la temprature de la partie commande entre certaines limites par ouverture et fermeture automatiques dun circuit3.7.2 Limiteur de temprature: Dispositif de mesure de temprature, la temprature de fonctionnement qui peut tre fixe ou rglable et qui fonctionne pendant le fonctionnement normal par louverture ou la fermeture dun circuit lorsque la tempra-ture de lappareil contrl atteint une valeur prdtermine. REMARQUE: Il ne fait pas lopration inverse au cours du cycle normal de lappareil. Il peut ou non exiger un rarmement manuel.3.7.3 Coupe-circuit thermique : dispositif qui, en fonctionnement anormal limite la temprature de la partie commande par ouverture automatique du circuit, et est construit de telle sorte que son rglage ne peut pas tre modifi par lutilisateur.3.7.4 coupe-circuit thermique rarmement automatique : coupe-circuit thermique qui rtablit automatiquement le courant lorsque la partie correspondante de lappareil a suffisamment refroidi3.7.5 Coupe-circuit thermique rarmement non automatique : coupe-circuit thermique qui ncessite une opration manuelle, ou le remplacement dune partie.. REMARQUE: lopration manuelle inclut la dconnexion de lappareil du rseau dalimentation.3.7.6 Dispositif de protection: Dispositif, dont le fonctionnement empche une situation dangereuse dans des conditions de fonctionnement anormales3.7.7 Fusible thermique: coupe-circuit thermique qui fonctionne seulement une fois et ncessite un remplacement partiel ou complet.

Limiteur de temprature scurit positive: la scurit positive sur un thermostat est dfinie par la norme EN60730-2-9 6.4.3.101, comme tant un dispositif de contrle de temprature dans lequel une fuite du fluide de remplissage naugmente pas la temprature de consigne. Plus gnralement un systme est dit scurit positive, lorsquune perte de fluide moteur (dont llectricit) conduit lquipement se mettre en situation scuritaire stable. La position de scurit doit tre maintenue dans le temps

Applications recommandes pour les thermostats : Les normes IEC (EN) 60730-1 Dispositifs de commande lectrique automatiques usage domestique et analogue et en particulier IEC (EN) 60730-2-9-(2008) : rgles particulires pour les dispositifs de commande thermosensibles sont les normes dfinissant les caractristiques fonctionnelles des thermostats. Lannexe EE de la dernire version de cette norme dcrit toutes les applications recommandes pour ces appareils. 5.2 VOCABULAIRE COMMUN UTILIS HABITUELLEMENT POUR DSIGNER UN THERMOSTATDes dizaines de noms sont utiliss par la clientle pour dsigner des thermostats. Nous pouvons citer, par ordre alphabtique : aquastat, airstat, bilame, capteur, capteur de temprature, contacteur de temprature, dtecteur de temprature, dtecteur thermique, interrupteur thermique, limiteur de temprature, pastille thermique, pastille thermostatique, protecteur thermi-que, rgulateur de temprature, sonde, sonde de temprature, sonde thermique, thermostat

Un certain nombre de marques sont passes dans le vocabulaire courant :Klixon : marque dpose par Texas instrument, dsigne un thermostat disque bimtallique.Combistat : marque dpose par Stork, dsigne un thermomtre contactVigitherme : marque dpose par Heito, dsigne un thermostat disque bimtallique.Ipsotherm : marque dpose par Comepa, dsigne un thermostat disque bimtallique.Calorstat : marque dpose par Vernet, dsigne un thermostat de circuit deau automobile.


6. EXTRAITS IMPORTANTS DE NORMES APPLICABLES AUX CIRCUITS DE REGULATION OU DE SECURITE

Coupure lectrique : (IEC 60335-1) 3.8.1 Coupure omnipolaire : La coupure des deux conducteurs par une seule opration, ou pour les appareils triphass, la coupure des trois conducteurs par une seule oprationNote: pour les appareils triphass, le conducteur de neutre nest pas considr comme un conducteur dalimentation.22.2: Coupure du conducteur de phase : les systmes de protection unipolaires coupant des rsistances chauffantes dans un circuit unipolaire dappareils de classe 01 et de classe 01 connect en permanence, doivent tre raccords sur le conducteur de phase. Couleur des conducteurs: (IEC 60446): 3.1 Pour lidentification des conducteurs, les couleurs suivantes sont autorises: noir, brun, rouge, orange, jaune, vert, bleu, violet, gris, blanc, rose, turquoise. 3.2.2 Conducteur neutre ou conducteur mdian: Quand un circuit comprend un conducteur neutre ou un conducteur mdian identifi par la couleur, la couleur utilise pour cet usage doit tre le bleuNote 2 Aux Etats-Unis dAmrique, au Canada et au Japon, lidentification par la couleur blanc ou gris naturel pour le conducteur mdian ou neutre est utilise comme remplacement pour lidentification par la couleur bleu clair.3.2.3 Conducteurs de phase courant alternatif: Les couleurs noir et brun sont les couleurs prfres pour les conducteurs de phase courant alternatif de systmes.3.3.2 Conducteur de protection : La combinaison bicolore vert-et-jaune doit tre utilise pour lidentification du conducteur de protection lexclusion de tout autre usage. Le vert-et-jaune est la seule combinaison de couleurs reconnue pour lidentification du conducteur de protectionNote 2 Aux Etats-Unis dAmrique, au Canada et au Japon, lidentification par la couleur verte pour le conducteur de protec-tion est utilise comme remplacement pour lidentification par la combinaison bicolore vert-et-jaune.

Scurit positive, scurit fonctionnelle, niveaux de scurit: Il est requis par la directive Europenne 97/23 relative aux gnrateurs de chaleur, quipements sous pressions et chaudires dans les termes suivants : Les procdures dvaluation de la conformit et les exigences essentielles de scurit de la directive sappliquent la chane de scurit complte. Les exigences relatives au capteur lui-mme peuvent tre diffrentes selon le concept de scurit considr, par exemple la redondance ou la scurit positive . De nombreuses normes produits de la srie IEC (EN) 60335-xxx requirent ce type de scuritDfinitions relatives la scurit fonctionnelle: cette notion a t introduite par la norme CEI 61508:1998. Scurit fonctionnelle des systmes de commande lectrique, lectronique et lectronique programmable Cette norme dfinit les exigences et les dispositions relatives la conception de systmes et sous-systmes lectroniques et programmables complex-es. Il sagit dune norme gnrale qui peut tre utilise dans tous les secteurs industriels. Les catgories de protection des quipements thermiques ont t classes en trois niveaux par lancienne norme EN 954-1. Le niveau 1 comprend essentiellement linstrumentation de contrle du processus : capteurs de temprature, thermostats, rgulateurs, programmateurs. Ce niveau 1 assure la conduite soit de faon permanente, soit selon une squence par commandes programmes initialise par loprateur. (Par exemple: thermostats de rgulation disque, bimtalliques, bulbe et capillaire, rgulateurs lectroniques de temprature)Le niveau 2 comprend essentiellement une instrumentation de composition voisine de celle du niveau 1, mais totalement indpendante fonctionnellement de ce niveau. Ce niveau 2 assure la protection du processus selon une fonction discontinue non systmatique, cest--dire non initialise par loprateur, partir dinformations de dpassement de seuils sur des paramtres critiques du processus. (Par exemple, thermostat disque + limiteur disque, limiteurs de temprature bulbe et capillaire + thermostat de rgulation bulbe et capillaire, doubles rgulateurs lectroniques)Le niveau 3 constitue la protection ultime du processus. Il ne contient pas dinstrumentation identique celles des niveaux 1 et 2, mais des dispositifs fonctionnant sans nergie auxiliaire. (Par exemple : Limiteurs temprature fixe rarmement manuel ou automatique sur des circuits contrls par des rgulateurs lectroniques, fusibles thermiques sur des systmes contrls par des thermostats disque, bulbe et capillaire, ou par des rgulateurs lectroniques)


7. INSTALLATIONLe bon fonctionnement dun thermostat dpend dabord du bon choix du composant, mais aussi des conditions de son installa-tion. Les conditions de rglage et de contrle des appareils en usine sont toujours des conditions idales de laboratoire, garan-tissant la prcision de la mesure et sa rptabilit. Ces conditions sont rarement celles qui se retrouvent en pratique lors de linstallation des thermostats. Cependant, avec un minimum de contraintes, il est possible doptimiser les montages.On aura toujours lesprit les deux principales rgles respecter : un thermostat ne mesure que la temprature de lendroit o est situ son lment sensible, et par consquent il faut que cet endroit soit reprsentatif de la temprature quil doit contrler. Les phnomnes dinertie thermique sont les causes les plus courantes dune mauvaise rgulation. Un thermostat na pas une rponse instantane une variation de temprature.7.1 RGLES GNRALES CONDUCTIBILIT THERMIQUELa temprature dun milieu (liquide, air, mtal ) dcrot au fur et mesure que lon sloigne de la source de chaleur. Cette dcroissance, nomme gradient thermique, est inversement proportionnelle la conductibilit thermique du milieu. Pour une bonne rgulation de la temprature, on cherchera tout dabord rendre cette dcroissance la plus faible possible : en agitant le liquide, en brassant lair, en utilisant des mtaux bons conducteurs de la chaleur. Dans des bains liquides non agits, des carts thermiques de plusieurs dizaines de degrs entre diffrents points de mesure sont tout fait courants. Il en est de mme dans lair. TEMPS DE RPONSEDe manire pratique, le temps mis par un appareil pour changer de temprature est proportionnel sa masse et inversement proportionnel sa conductibilit thermique. Soumis la mme variation de temprature, un gros bloc de cuivre mettra plus longtemps chauffer quun petit. Un bloc dar-gent pur de mme masse ragira beaucoup plus vite. Dans une pice, lexposition au soleil va faire monter trs rapidement la temprature de lair ambiant car sa masse est faible, mais les murs vont ragir beaucoup plus lentement en raison de leur masse, malgr que leur conductibilit thermique soit suprieure. Pour mettre en marche le conditionneur dair, il faut donc lui faire mesurer la temprature de lair et non pas celle des murs.

Conductibilit (Conductivit) thermique de quelques matriaux

Materials Conductivit thermique 20C (Wm-1K-1) MaterialsConductivit thermique

20C (Wm-1K-1)Mousse de Polyurthane rigide 0,025 Titane 20Air (pression atmosphrique) 0,026 Acier inoxydable (304) 26

Polystyrne expans 0,036 Acier doux 46Laine de verre 0,043 Platine 72

Lige 0,043 Fer 80Bois (valeur moyenne) 0,16 Fonte 100

Amiante 0,17 Silicium 149Epoxy 0,25 Aluminium alli avec SiC 150-200Nylon 0,25 Aluminium (puret de 99,9 %) 237

PPS (Ryton) 0,3 Carbure de silicium pur non fritt 250Caoutchouc vulcanis (EPDM) 0,4 Or 317

Eau 0,63 Cuivre 390Bton 0,92 Argent 429Verre 1,23 Graphite 500-2000

Baklite 1,42 Diamant 1000-2600Quartz 10 Graphne 4000-5300

Il est possible de constater facilement que si un gradient thermique met 1 seconde pour tre transmis dans un support en argent, il lui faudra 1.1 seconde dans du cuivre, 2,5 secondes dans de laluminium alli, 4,3 secondes dans de la fonte, 6,3 secondes dans de lacier doux, 16.5 secondes dans de lacier inoxydable, 680 secondes (+ de 11 minutes) dans de leau non agite et 16500 secondes (+ de 4 heures) dans de lair non brass. TEMPS DE CHAUFFEUn problme frquemment soulev, et que beaucoup considrent comme li aux thermostats et les temps mis pour chauffer un produit. En ralit, puissance constante, la quantit de chaleur (lnergie) ncessaire pour chauffer un produit dpends de sa masse et de sa capacit calorifique, et non pas du thermostatLa capacit thermique massique(ou capacit calorifique massique) est lnergie quil faut apporter un corps pour augmenter sa temprature dun degr kelvin pour une masse dun kg. Elle sexprime en joule par kelvin par kg (J/K). Le nom de capacit calorifique a pour origine la calorie qui tait dfinie comme la quantit de chaleur ncessaire pour lever de 15 C 16 C la temprature dun gramme deau.Le tableau ci-dessous donne quelques valeurs courantes


Materials Capacit thermique massique (J*kg-1*K-1) MaterialsCapacit thermique

massique (J*kg-1*K-1)Or 129 Granite 800

Argent 240 Bton 880Laiton 377 Aluminium 897Cuivre 385 Air (sec) 1005

Fer 444 Bois 1760Diamant 502 Huile d'olive 2000

Acier inoxydable 304 510 thanol 2450Graphite 720 Eau liquide 4180

On peut facilement remarquer qu puissance gale, sil faut 600 secondes pour chauffer un kg deau, il ne faudra que 290s pour de lhuile, 145s pour de lair, 73s pour de lacier inoxydable, 55s pour du cuivre et 18s pour de lor. La capacit calorifique est donc un paramtre extrmement important dans la dfinition dun systme thermique. SURCHAUFFE ET ACCUMULATION DE CHALEURDe nombreux systmes de chauffage commencent par accumuler de la chaleur avant de la restituer au milieu ambiant. Cest le cas en particulier des rsistances blindes, o les filaments chauffants sont enrobs de magnsie, puis recouverts dinox. Avant que lhabillage extrieur en inox commence chauffer, tout lintrieur de la rsistance a fortement mont en tempra-ture. Mme si lalimentation lectrique est alors coupe, cette chaleur accumule lintrieur va continuer se dissiper, et la temprature de lenveloppe externe va continuer slever. Une rgulation qui rgulera en mesurant la temprature de lenvel-oppe externe sera donc fausse 7.2 LES THERMOSTATS DAPPLIQUE :Les thermostats dapplique sont destins tre monts sur des parois. Ce sont aussi tous les thermostats disque bimtallique, bride plate, ou de forme hmicylindrique. Il faut respecter les impratifs suivants : Dans le cas de thermostats dont la partie sensible est plate, cette paroi doit tre plate. En particulier, pour la mesure de la temprature de paroi dun tube, on brasera ou soudera sur ce tube une pice donnant une surface plate gale au minimum la surface de contact du thermostat. Cette pice sera ralise dans un mtal conducteur de la chaleur : cuivre, laiton. Dans le cas de thermostats dont la partie sensible est bombe pour pouser la forme de la paroi (cuves, tubes). Utiliser, entre les parois du thermostat et de lappareil contrler, une graisse de contact thermique. Isoler le corps du thermostat et son support, afin de limiter linfluence de la temprature ambiante. Penser que la totalit du thermostat doit pouvoir supporter la temprature maximale ou minimale de la paroi. Vrifier si ces tempratures sont compatibles.

7.3 LES THERMOSTATS DE VEINE DAIR (airstats):Les thermostats doivent tre installs dans une zone o il existe une circulation dair. viter les coins, les angles. Les thermostats doivent se situer proximit de llment chauffant (ou refroidissant), pour tre influencs rapidement par les modifications de temprature. Les thermostats disque avec bride dcale sont placer sur une paroi qui nest pas influence par une temprature autre que celle de la veine dair. Attention lutilisation de thermostats canne bimtallique dans les veines dair : ces appareils ont en gnral des temps de rponse trs rapides aux variations de temprature, et certains modles, avec anticipation, ne sont pas adapts des utilisa-tions comme organe de scurit, car leur dclenchement est trop rapide.

7.4 LES THERMOSTATS CANNE (aquastats)Les thermostats canne doivent tre fixs par les raccords ou bossages prvus cet effet. Il ne faut en aucun cas plier la canne, ou venir y souder, braser, visser des raccords ou des pices gnant la dilatation de la canne. La totalit de la partie sensible de la canne doit tre immerge dans le milieu contrler. Il ne faut pas fixer le thermostat sur un empilement de raccords, et la canne doit tre dans une zone reprsentative de la temprature du rservoir. viter les zones sans convection naturelle ou sans circulation. Quel que soit le montage, la tte du thermostat ne doit pas dpasser la temprature maximale admissible. En particulier, lors du montage de thermostats sur des systmes haute temprature, loigner la tte des parois chaudes. Utilisez des doigts de gant adapts aux diamtres des cannes, et qui ne gnent pas les mouvements de dilatation. Si vous voulez obtenir des rglages prcis et de faibles diffrentielles, installez de la graisse thermique entre le doigt de gant et la canne.

7.5 LES THERMOSTATS A BULBE ET CAPILLAIRELes thermostats bulbe et capillaire sont prvus pour mesurer la temprature avec le bulbe, qui doit tre positionn dans le milieu contrler. Cependant, le capillaire et le reste du systme de mesure sont influencs, de manire modre, par la temprature. Il importe donc de ne pas exposer ceux-ci des tempratures trop importantes, et en particulier de ne jamais dpasser la temprature maximale autorise sur le botier. Les capillaires et en particulier les jonctions capillaire/bulbe sont des organes fragiles, et il faut veiller ne pas les cintrer avec un rayon infrieur 5 mm ou prs du bulbe. La rupture du capillaire la suite dun pliage trop vif annule toute garantie sur ce matriel. Les surchauffes sur les bulbes ou les capillaires provoquent lbullition du liquide lintrieur et la destruction dfinitive du thermostat. Toute coupure ou perage du capillaire provoque larrt du fonctionnement du mcanisme, et le thermostat ne coupe plus lorsque la temprature monte ; Si ce paramtre est primordial dans votre application, veillez utiliser des thermostats scurit positive.


7.6 LES PROTECTEURS DE BOBINAGELes protecteurs de bobinages doivent tre installs de manire mesurer au plus vite llvation de temprature du bobinage. Ils ne doivent pas tre dforms lors de leur insertion. Sils sont incorpors avant des oprations de vernissage ou dimprgna-tion, vrifiez que ces appareils supportent ces oprations. Notre bureau dtudes est votre disposition pour vous conseiller. Attention aux tempratures dtalonnage : les protecteurs thermiques sont talonns courant nul. ils sont sensibles au courant. Dans votre application, en fonction du courant nominal de votre appareil, leur temprature relle de dclenchement sera dcale vers le bas. Utilisez les courbes de drive thermique pour bien dfinir les tempratures. Beaucoup de protecteurs thermiques ont des botiers mtalliques sous tension. Veillez les installer sans quils puissent tre en contact avec des pices accessibles. Il existe aussi, pour ces appareils, des gaines isolantes correspondant aux classes disolation 1 et 2.

7.7 LES FUSIBLES THERMIQUESLes fusibles thermiques sont les composants les plus sensibles aux mauvaises installations. Leurs fils sont conducteurs de la chaleur : toute opration de soudure sur ceux-ci peut amener le dclenchement du fusible par conductibilit thermique des fils. En rgle gnrale, aucune soudure ltain ne peut se faire moins de 15mm du botier. La dure de la soudure ne doit pas dpasser 3 secondes. Les fils sont aussi sensibles la traction et la torsion. Veillez ne pas y appliquer defforts importants (1,3N maxi). Courber les fils en utilisant de prfrence une machine plier les fils de composants. Ne pas plier moins de 5mm du corps. Ne pas craser le corps. Sensibilit la temprature : les fusibles thermiques ne doivent pas rester exposs en permanence des tempratures trop proches de leur temprature de coupure. Un cart minimum est recommand, vrifiez le dans les fiches techniques. Ils sont aussi sensibles au courant, et peuvent dclencher par effet Joule si celui-ci est trop important.

7.8 LES THERMOSTATS BULBE ET CAPILLAIRE TENSION DE VAPEURCes thermostats sont particulirement sensibles la position du capillaire ou du bulbe par rapport au botier du thermostat. Veiller respecter cette position indique sur les fiches techniques de chaque appareil.

7.9 APPAREILS ANTIDFLAGRANTSLes appareils antidflagrants demandent des soins particuliers lors de leur montage. Une notice de montage particulire est fournie avec chaque appareil. Botiers antidflagrants : ces botiers sont conus pour rsister une explosion intervenant lintrieur du botier. Il importe donc de soigner particulirement le serrage des vis du couvercle (ces vis ne doivent pas tre remplaces par dautres), de veiller la propret des portes de joint, de ne pas percer de trous dans les botiers, de ne pas remplacer les presse toupes dorigine par dautres, de serrer correctement les presse toupes, en veillant ce que leur garniture soit adapte au diamtre du cble utilis. Microrupteurs antidflagrants : dans les thermostats utilisant ce systme, seule la partie lectrique du mcanisme est dans un botier antidflagrant. Le botier extrieur du thermostat nassure pas de protection antidflagrante, mais seulement une protection IP65. Les raccordements lectriques se font sur le cble sortant de lappareil, hors zone dangereuse ou dans un botier de raccordement appropri.

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Introduction à la technologie des thermostats - ultimheat.com Content/university/technical... · La mesure de la température a été précédée d’une longue période, ... du