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Mesurer la température sur pièces tournantes avec des thermocouples et un collecteur tournant en bout d’arbre

  • Température de palier
  • Température de compresseur
  • Température de disque de frein
  • Température de la roue
Monospace blanc avec un collecteur tournant sur la roue avant et son blocage de stator fixé sur l’aile
Kit de température de roue sur la roue avant d’un monospace. Photo Michigan Scientific.

En bref

Les thermocouples sont fixés sur la pièce tournante et reliés à un collecteur tournant monté en bout d’arbre. Le rotor du collecteur tournant reçoit les fils des capteurs, le stator va vers l’enregistreur. Un amplificateur côté tournant convertit le signal en millivolts en 10 mV/°C avant le passage des contacts. L’essai se déroule sur un banc dynamométrique moteur ou sur le véhicule : paliers de vilebrequin en charge, compresseur de climatisation en fonctionnement, disques de frein pendant le freinage.

4 à 36
voies sur les collecteurs tournants en bout d’arbre des séries S et SR
12 000 tr/min
vitesse standard de la série S
10 mV/°C
sortie des amplificateurs AMP-TC-M1 et AMP-TCN-X2 sur le rotor

Chaîne de mesure

Un thermocouple sur une pièce tournante tourne avec elle, et ses fils ne peuvent pas aller directement vers un enregistreur. Un collecteur tournant assure la liaison : son rotor tourne avec l’arbre et porte les fils des capteurs, des balais fixés dans le stator frottent sur ses pistes, et le stator transmet les signaux au système d’acquisition. Les fils des capteurs passent à la surface de l’arbre ou à l’intérieur, par une gorge usinée en travers du bout d’arbre ou par un adaptateur.

Un signal de thermocouple non amplifié est de l’ordre du millivolt, et les pistes et les balais ne sont pas en alliages de thermocouple : un gradient de température aux contacts ajoute une erreur. Un amplificateur côté tournant, entre les thermocouples et le collecteur tournant, assure la compensation de soudure froide et envoie une tension de haut niveau à travers les contacts, que le gradient et les perturbations ne peuvent pas affecter.

Avant d’un moteur sur un banc dynamométrique, avec un collecteur tournant en bout d’arbre sur le nez du vilebrequin et des connecteurs de thermocouples
Collecteur tournant en bout d’arbre sur le nez de vilebrequin d’un moteur sur banc dynamométrique, avec ses fils de thermocouples. Photo Michigan Scientific.

Instrumentation

Collecteur tournant, 4 à 10 voiesSérie S en bout d’arbre, deux vis, 12 000 tr/min en standard, 20 000 tr/min en option, 500 mA par voie, −40 à 121 °C
Quand l’espace axial est limitéSérie S courte, 4 à 10 voies, à partir de 22,15 mm de long, 12 000 tr/min ; certains modèles embarquent les amplificateurs de thermocouples dans le rotor
Collecteur tournant, 10 à 36 voiesSérie SR, 500 mA par voie, 250 mA sur le SR36 ; 12 000 tr/min sur le SR10M, 4 000 tr/min sur le SR20M, 2 400 tr/min sur le SR36M ; versions étanches W ou B
Amplificateur sur la pièceAMP-TC-M1, 1 à 3 thermocouples de type E, J, K ou T, 10 mV/°C, ± 10 V, collé, enrobé ou attaché
Amplificateur sur le rotorAMP-TCN-X2, 1 à 9 voies par module, avec compensation de soudure froide, 10 mV/°C, se monte sur le rotor d’un collecteur tournant de série SR
Contactspistes et balais en métaux précieux, bruit de crête de 0,1 Ω ; bornes à souder repérées par couleur ; roulements lubrifiés à vie

Procédure

  1. 01

    Fixer les thermocouples sur la pièce

    Aux points à surveiller, près d’un palier, sur le compresseur ou sur le disque de frein.

  2. 02

    Acheminer les fils vers le collecteur tournant

    Sur la surface de l’arbre ou par son alésage, jusqu’aux bornes du rotor du collecteur tournant monté en bout d’arbre.

    Collecteurs tournants en bout d’arbre série S
  3. 03

    Amplifier côté tournant

    Un AMP-TC-M1 fixé à la pièce, ou un AMP-TCN-X2 sur le rotor d’un collecteur tournant de série SR, entre les thermocouples et les pistes.

    Amplificateur pour thermocouple AMP-TC-M1
  4. 04

    Enregistrer depuis le stator

    Le stator est raccordé au système d’acquisition de données. Le signal est transmis pendant que la pièce tourne en charge.

Vilebrequin, compresseur, freins

Sur un banc dynamométrique moteur, le collecteur tournant est monté sur le nez du vilebrequin et les fils des thermocouples sont acheminés depuis les paliers du vilebrequin jusqu’à lui. La mesure montre si les paliers surchauffent sous forte charge moteur.

Sur un compresseur de climatisation, les thermocouples sont acheminés vers un collecteur tournant en bout d’arbre monté sur la poulie du compresseur. Le compresseur est entraîné par le moteur ; la mesure est donc effectuée moteur tournant, sur le banc dynamométrique ou en roulage normal.

Pour les freins, les thermocouples sont fixés sur le disque ou le moyeu et acheminés vers un collecteur tournant monté vers l’extérieur de la roue du véhicule, où les connexions restent facilement accessibles.

Compresseur de climatisation avec un collecteur tournant en bout d’arbre monté sur sa poulie, avec les fils de thermocouples et le câble du stator
Un collecteur tournant en bout d’arbre sur la poulie d’un compresseur de climatisation, avec ses fils de thermocouples. Photo Michigan Scientific.

Résultat

La température de la pièce tournante elle-même, enregistrée pendant qu’elle fonctionne : un palier sous charge moteur, un compresseur en marche, un disque pendant le freinage. Le même collecteur tournant et le même amplificateur servent sur le banc dynamométrique et sur le véhicule ; la série SR existe en versions étanches pour la route.

Questions fréquentes

Comment raccorder un thermocouple sur un arbre tournant à un enregistreur ?

Par un collecteur tournant en bout d’arbre. Les fils du thermocouple vont à ses bornes de rotor, et le stator est raccordé au système d’acquisition de données.

Faut-il amplifier un signal de thermocouple avant le collecteur tournant ?

Un amplificateur côté tournant le convertit en 10 mV/°C avant qu’il ne traverse les contacts, ce qui supprime l’erreur due au gradient de température à travers le collecteur tournant ainsi que les perturbations.

Combien de thermocouples peut-on amplifier côté tournant ?

Un à trois avec un AMP-TC-M1 fixé à la pièce, un à neuf par module avec un AMP-TCN-X2 sur le rotor d’un collecteur tournant de série SR.

Comment mesurer la température d’un disque de frein sur le véhicule ?

Les thermocouples sont fixés sur le disque ou le moyeu et acheminés vers un collecteur tournant monté vers l’extérieur de la roue du véhicule.

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