Conception et réalisation de capteurs prototypes à effets Peltier et Seebeck pour la mesure in situ de faibles débits d'air

par Hervé Stachowiak

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur. Génie civil

Sous la direction de Stéphane Lassue.

Soutenue en 2002

à l'Artois .


  • Résumé

    Ce manuscrit rend compte de nos travaux relatifs à la mesure de faibles débits d'air effectuée au moyen de capteurs fondés sur les effets thermo-électriques. Tout d'abord, nous exposons une synthèse des connaissances nécessaires requises dans ce domaine : thermo-électricité, transferts conductif et convectif, aéraulique. Ensuite, nous présentons un bilan exhaustif des techniques métrologiques employées à l'heure actuelle, lequel révèle que les instruments disponibles perturbent les écoulements, en particulier du fait des pertes de charge qu'ils engendrent ou encore de l'apparition de convection naturelle qu'ils provoquent. Nous décrivons alors le fonctionnement de plusieurs bancs d'étalonnage, puis relatons la conception, la fabrication et l'utilisation de prototypes de capteurs "discrets et froids", sensibles à de faibles variations du flux d'air. Un premier capteur unifilaire, associant thermopile et source de chaleur Peltier, mettant en œuvre le couple constantan-cuivre, a conduit à constater qu'une forte dépendance en température existait. Celle-ci est désormais corrigée en recourant notamment aux propriétés compensatrices du couple fer-nickel. Un second capteur, à géométrie planaire, de type bi-piste, permet de simplifier l'instrumentation en dissociant émission et réception. Notre démarche s'achève avec la conception de débitmètres planaires fondés sur le seul effet Seebeck, pour lesquels la source de chaleur est produite par une résistance chauffante interne qui sollicite une thermopile en contact avec le flux d'air. Les résultats obtenus permettent d'envisager le développement de ces prototypes à des fins industrielles

  • Titre traduit

    Designing and creating prototype Peltier and Seebeck effect sensors for the measurement of low air flows


  • Résumé

    The manuscript is an account of the work we've done concerning the measurement of low air flows carried out with thermoelectric-effect sensors. In the first place we give a summary of the knowledge required in that field, namely thermoelectricity, conductive and convective transfers, air handling. An exhaustive assessment of the metrological techniques used today shows the available instruments disrupt air flows, particularly because of the charge losses they generate or through the natural convection they cause. After describing the operation of several testing stands, we describe how "small-size and cold" prototype sensors, sensitive to weak variations in the air flow, are designed, made and used. At first generation single-wire, which associates a thermopile and a Peltier heat source, made use of the constantan-copper couple, but a strong dependency on the temperature was noticed in the course of previous research. The latter is henceforth put right by resorting in particular to the compensatory properties of the iron-nickel couple. Another, planar geometry, two-track sensor, allows the simplification of instrumentation by separating emission and reception. There follows the design of planar flowmeters based only on the Seebeck effect, for which the heat source is produced by an internal heater element acting upon a thermopile in contact with the air flow. The results allow us to consider the development of these industrial purposes.

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Informations

  • Détails : 231 f.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 211-223

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université d'Artois (Béthune, Pas-de-Calais). Bibliothèque de Sciences appliquées.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2002ARTO0203
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