QCM : Mesure des températures de surface (17 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Que représente la température de surface d’un matériau ?

La température moyenne de tout le matériau situé à proximité de la frontière extérieure
La température de l’air adjacent au matériau, mesurée à distance de la frontière
La température d’une surface géométrique sans épaisseur séparant le matériau de l’extérieur
La température d’un petit élément de matière situé juste sous la frontière avec l’extérieur

La température d’un petit élément de matière situé juste sous la frontière avec l’extérieur

Explication

La température de surface correspond à celle d’un petit élément matériel immédiatement sous-jacent à l’élément d’aire dSdS. Elle ne désigne donc pas une surface géométrique immatérielle, qui constitue la confusion la plus fréquente.

2. Quand l’élément d’aire dSdS est beaucoup plus grand que la distance entre les rugosités, que représente généralement la mesure ?

Une température moyenne sur l’élément d’aire considéré
La température de l’ensemble du matériau jusqu’à sa face opposée
La température de l’espace extérieur immédiatement adjacent à la surface
La température ponctuelle d’une seule rugosité de la surface

Une température moyenne sur l’élément d’aire considéré

Explication

Lorsque la taille de dSdS dépasse fortement l’espacement des rugosités, la mesure intègre les variations locales et fournit généralement une température moyenne. Elle ne correspond donc pas à la température ponctuelle d’une seule rugosité.

3. Quelle distinction caractérise une méthode de mesure par contact par rapport à une méthode sans contact ?

Le capteur sans contact atteint un équilibre thermique avec la surface mesurée
Le capteur par contact atteint un équilibre thermique avec la surface mesurée
Le capteur par contact déduit la température à partir du rayonnement de la surface
Le capteur sans contact doit être placé directement dans la matière superficielle

Le capteur par contact atteint un équilibre thermique avec la surface mesurée

Explication

Une méthode par contact exige que le capteur et la surface atteignent un équilibre thermique. Une méthode sans contact mesure plutôt une grandeur physique liée à l’état thermique, comme le rayonnement, sans atteindre cet équilibre.

4. Sur quelle grandeur repose le fonctionnement d’un thermomètre à résistance ?

La variation de la résistance électrique avec la température
Le rayonnement thermique émis par la surface observée
La force électromotrice produite par l’effet Seebeck
La propagation d’une onde mécanique dans le matériau mesuré

La variation de la résistance électrique avec la température

Explication

Un thermomètre à résistance déduit la température de la variation de la résistance électrique du capteur. La force électromotrice de Seebeck constitue, elle, le principe de fonctionnement d’un thermocouple.

5. Quelle caractéristique associe correctement un thermocouple à son principe de mesure ?

Il relie la température à une force électromotrice de Seebeck et permet des mesures plus ponctuelles
Il relie la température à une résistance électrique et fournit une sensibilité généralement plus élevée
Il relie la température au rayonnement infrarouge et exige un équilibre thermique avec la surface
Il relie la température à une épaisseur traversée et mesure le champ thermique par extrapolation

Il relie la température à une force électromotrice de Seebeck et permet des mesures plus ponctuelles

Explication

Un thermocouple exploite la force électromotrice de Seebeck et permet des mesures plus ponctuelles, malgré une sensibilité inférieure à celle des thermomètres à résistance. La résistance électrique caractérise plutôt le thermomètre à résistance.

6. Comment une mesure inverse détermine-t-elle la température à la surface ?

Elle place un capteur directement sur la surface et relève sa température après équilibre thermique
Elle mesure le rayonnement de la surface puis convertit directement cette émission en température
Elle mesure des températures à plusieurs profondeurs, reconstruit le champ thermique puis l’extrapole jusqu’à la surface
Elle mesure la résistance d’un capteur superficiel et associe sa variation à la température locale

Elle mesure des températures à plusieurs profondeurs, reconstruit le champ thermique puis l’extrapole jusqu’à la surface

Explication

La mesure inverse utilise des températures internes à différentes profondeurs, reconstruit l’évolution du champ thermique selon la normale, puis l’extrapole jusqu’à la surface. La mise en place directe d’un capteur sur la surface relève d’une mesure directe.

7. Quels éléments doivent guider le choix d’une méthode de mesure de la température de surface ?

La nature du champ thermique, le type et le but de la mesure, l’accessibilité et l’environnement
La puissance du dispositif, la distance d’observation, le coût du capteur et sa fréquence d’étalonnage
La profondeur du matériau, sa conductivité, sa densité et la température moyenne du laboratoire
La couleur de la surface, la forme de la pièce, sa masse et la durée prévue de l’expérience

La nature du champ thermique, le type et le but de la mesure, l’accessibilité et l’environnement

Explication

Le choix dépend de la nature du champ thermique, du type et de l’objectif de la mesure, de l’accessibilité de la surface et de l’agressivité de l’environnement. Les autres ensembles regroupent des paramètres qui ne constituent pas les critères principaux énoncés.

8. Dans quelles situations l’environnement peut-il rendre une méthode de mesure inutilisable ?

Lorsqu’il nécessite une comparaison entre plusieurs capteurs placés sur des zones voisines
Lorsqu’il impose des contraintes thermiques, mécaniques, chimiques ou électriques incompatibles avec la méthode
Lorsqu’il présente une température uniforme, une surface accessible et une sollicitation mécanique modérée
Lorsqu’il entraîne une variation mesurable du signal dans un capteur correctement protégé

Lorsqu’il impose des contraintes thermiques, mécaniques, chimiques ou électriques incompatibles avec la méthode

Explication

L’environnement peut être agressif sur les plans thermique, mécanique, chimique ou électrique, ce qui peut rendre certaines méthodes inutilisables. Une variation mesurable du signal n’est pas en elle-même une incompatibilité avec la méthode.

9. Pour un élément de surface soumis à la convection, quelle expression donne le flux convectif échangé ?

Φc=ϵσ(T4−Tf4)dS\Phi_c=\epsilon\sigma(T^4-T_f^4)dS
Φc=hc(T+Tf)dS\Phi_c=h_c(T+T_f)dS
Φc=hc(T−Tf)dS\Phi_c=h_c(T-T_f)dS
Φc=hr(T−Tpe)dS\Phi_c=h_r(T-T_{pe})dS

$$\Phi_c=h_c(T-T_f)dS$$

Explication

Le flux convectif dépend du coefficient de convection, de l’écart entre la température de surface et celle du fluide, ainsi que de l’élément de surface. L’expression radiative fait intervenir des températures à la puissance quatre et des températures radiatives des parois.

10. Quelle expression représente le flux radiatif échangé par une surface avec son environnement radiatif ?

Φr=ϵσF(T−Tpe)dS\Phi_r=\epsilon\sigma F(T-T_{pe})dS
Φr=ϵσF′(T4−Tpe′4)dS+ϵσF(T4−Tpe4)dS\Phi_r=\epsilon\sigma F'(T^4-T_{pe'}^4)dS+\epsilon\sigma F(T^4-T_{pe}^4)dS
Φr=hc(T−Tf)dS\Phi_r=h_c(T-T_f)dS
Φr=hr(Tf−T)dS\Phi_r=h_r(T_f-T)dS

$$\Phi_r=\epsilon\sigma F'(T^4-T_{pe'}^4)dS+\epsilon\sigma F(T^4-T_{pe}^4)dS$$

Explication

Le flux radiatif tient compte des échanges avec les deux environnements radiatifs pondérés par les facteurs de forme correspondants. Le flux convectif, lui, est proportionnel à l’écart entre la surface et le fluide.

11. Comment définit-on la température équivalente extérieure ressentie par une surface ?

TE=hcTf+hrTpe+φ′hT_E=\frac{h_cT_f+h_rT_{pe}+\varphi'}{h} avec h=hc+hrh=h_c+h_r
TE=hcTpe+hrTfhc−hrT_E=\frac{h_cT_{pe}+h_rT_f}{h_c-h_r}
TE=hc+hrTf+Tpe+φ′T_E=\frac{h_c+h_r}{T_f+T_{pe}+\varphi'}
TE=Tf+Tpe2+φ′hT_E=\frac{T_f+T_{pe}}{2}+\varphi' h

$$T_E=\frac{h_cT_f+h_rT_{pe}+\varphi'}{h}$$ avec $$h=h_c+h_r$$

Explication

La température équivalente combine les contributions convective, radiative et surfacique, rapportées au coefficient total h=hc+hrh=h_c+h_r. Une simple moyenne des températures ne tient pas compte des coefficients d’échange ni du terme φ′\varphi'.

12. Dans une mesure perturbée par des transferts parasites, quelles relations entre températures sont correctes ?

Les trois températures TT, TpT_p et θ\theta sont identiques lorsque le système est permanent.
La température réelle TT diffère de TpT_p, et la température mesurée θ\theta peut aussi différer de TpT_p.
La température mesurée θ\theta est identique à TpT_p, tandis que TT diffère de cette valeur.
La température réelle TT est identique à TpT_p, tandis que θ\theta diffère de TpT_p.

La température réelle $$T$$ diffère de $$T_p$$, et la température mesurée $$\theta$$ peut aussi différer de $$T_p$$.

Explication

Les transferts parasites modifient localement le champ thermique : la température perturbée TpT_p se distingue de la température réelle TT, et le thermomètre peut indiquer une valeur différente. Le régime permanent ne supprime donc pas les écarts liés à la perturbation.

13. Un capteur circulaire de contact isotherme possède un rayon de contact yy dans un milieu de conductivité λ\lambda. Quelle résistance représente la macroconstriction ?

rM=14πyλr_M=\frac{1}{4\pi y\lambda}
rM=4yλr_M=4y\lambda
rM=14yλr_M=\frac{1}{4y\lambda}
rM=y4λr_M=\frac{y}{4\lambda}

$$r_M=\frac{1}{4y\lambda}$$

Explication

Pour un cercle de contact isotherme, la macroconstriction est caractérisée par rM=14yλr_M=\frac{1}{4y\lambda} et relie T−TpT-T_p au flux. La résistance de contact concerne une autre zone : l’interface entre le capteur et la surface.

14. Quelle relation décrit la chute de température à travers la résistance de contact entre la surface perturbée et le thermomètre ?

Tp−θ=rcΦT_p-\theta=r_c\Phi
Tp−TE=rEΦT_p-T_E=r_E\Phi
T−θ=rMΦT-\theta=r_M\Phi
θ−TE=rcΦ\theta-T_E=r_c\Phi

$$T_p-\theta=r_c\Phi$$

Explication

La résistance de contact relie directement la température perturbée TpT_p à la température mesurée θ\theta selon Tp−θ=rcΦT_p-\theta=r_c\Phi. La relation avec T−TpT-T_p correspond à la macroconstriction, tandis que l’effet ailette relie θ\theta à TET_E.

15. Quelle expression donne le flux et l’erreur de mesure en régime permanent ?

Φ=T+TErM+rc+rE\Phi=\frac{T+T_E}{r_M+r_c+r_E} et δθ=K(T−TE)\delta\theta=K(T-T_E) avec K=rM+rErcK=\frac{r_M+r_E}{r_c}
Φ=T−TErM+rc+rE\Phi=\frac{T-T_E}{r_M+r_c+r_E} et δθ=K(T−TE)\delta\theta=K(T-T_E) avec K=rM+rcrM+rc+rEK=\frac{r_M+r_c}{r_M+r_c+r_E}
Φ=T−TErM+rc\Phi=\frac{T-T_E}{r_M+r_c} et δθ=K(T−TE)\delta\theta=K(T-T_E) avec K=rErM+rc+rEK=\frac{r_E}{r_M+r_c+r_E}
Φ=TE−TrM+rc−rE\Phi=\frac{T_E-T}{r_M+r_c-r_E} et δθ=K(T+TE)\delta\theta=K(T+T_E) avec K=rErM+rcK=\frac{r_E}{r_M+r_c}

$$\Phi=\frac{T-T_E}{r_M+r_c+r_E}$$ et $$\delta\theta=K(T-T_E)$$ avec $$K=\frac{r_M+r_c}{r_M+r_c+r_E}$$

Explication

Le flux traverse les trois résistances en série, d’où le dénominateur rM+rc+rEr_M+r_c+r_E, tandis que l’erreur dépend de la part formée par rM+rcr_M+r_c. Une expression qui omet une résistance ne représente pas l’ensemble du chemin thermique.

16. Lorsque les transferts superficiels initiaux ne sont pas négligeables, quelle expression décrit l’erreur de mesure ?

δθ=K(T−TE)−rMrErM+rc+rEϕ0\delta\theta=K(T-T_E)-\frac{r_Mr_E}{r_M+r_c+r_E}\phi_0 avec ϕ0=h0(T−T0)πy2\phi_0=h_0(T-T_0)\pi y^2
δθ=K(T−TE)−rM+rErcϕ0\delta\theta=K(T-T_E)-\frac{r_M+r_E}{r_c}\phi_0 avec ϕ0=h0(T−T0)πy2\phi_0=h_0(T-T_0)\pi y^2
δθ=K(T−TE)+rMrcrM+rc+rEϕ0\delta\theta=K(T-T_E)+\frac{r_Mr_c}{r_M+r_c+r_E}\phi_0 avec ϕ0=h0(T+T0)πy2\phi_0=h_0(T+T_0)\pi y^2
δθ=K(TE−T)−rcrErM+rc+rEϕ0\delta\theta=K(T_E-T)-\frac{r_cr_E}{r_M+r_c+r_E}\phi_0 avec ϕ0=h0(T−T0)2πy\phi_0=h_0(T-T_0)2\pi y

$$\delta\theta=K(T-T_E)-\frac{r_Mr_E}{r_M+r_c+r_E}\phi_0$$ avec $$\phi_0=h_0(T-T_0)\pi y^2$$

Explication

Le flux initial vaut ϕ0=h0(T−T0)πy2\phi_0=h_0(T-T_0)\pi y^2 et ajoute à l’expression permanente un terme correctif proportionnel à rMrEr_Mr_E. Le terme correctif ne fait donc pas intervenir rcr_c au numérateur.

17. Lorsqu’un thermomètre est utilisé en régime variable, quels paramètres influencent particulièrement la mesure ?

Les seuls coefficients radiatifs des parois environnantes.
Les seules résistances thermiques entre le capteur et la surface.
Les capacités thermiques du thermomètre et du milieu, ainsi que leurs températures initiales.
La seule différence entre les températures finales du capteur et du milieu.

Les capacités thermiques du thermomètre et du milieu, ainsi que leurs températures initiales.

Explication

En régime variable, l’évolution temporelle dépend des capacités thermiques et des températures initiales du thermomètre et du milieu. Les résistances thermiques décrivent surtout les échanges dans le modèle en régime permanent.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 31 flashcards sur Mesure des températures de surface.

Qu'est-ce que la température de surface représente exactement ?

La température d’un petit élément de matière sous-jacent à l’élément d’aire dS à la frontière.

Que signifie une dimension d’élément d’aire dS très supérieure à la distance entre rugosités ?

La mesure correspond à une température moyenne sur cet élément.

Quelle différence caractérise une méthode par contact d'une méthode sans contact ?

La méthode par contact met le capteur en équilibre thermique avec la surface.

Voir les flashcards →

Approfondir avec la fiche

Consultez la fiche de révision complète sur Mesure des températures de surface.

Voir la fiche →

Cours similaires

De l’ADN à la protéine

Alimentation des petits rongeurs

Cellule vivante et microscopie

SVT

Biologie moléculaire et génétique

SVT

Théorème de Pythagore

Mathématiques

Statique des corps indéformables

Physique

Crée tes propres QCM

Importe ton cours et l'IA génère des QCM avec corrections en 30 secondes.

Générateur de QCM