Endress+Hauser iTHERM TrustSens

Cette année, l'iTHERM TrustSens a remporté le prix Hermes de la Hannover Messe ainsi que le prix AMA de l'innovation dans le cadre de Sensor+Test 2018. Son développement a intégré le savoir-faire d'Endress+Hauser Wetzer, de l'Innovative Sensor Technology IST AG appartenant au groupe Endress+Hauser, ainsi que de l'Université Technique d'Ilmenau. C'est là que le Dr Marc Schalles, responsable du groupe de travail sur la technologie de mesure de la température, a développé le principe de fonctionnement du TrustSens. 

M. Schalles, l'équipe du projet a réussi à intégrer une calibration sur un point fixe basé sur la température de Curie dans un thermomètre. Comment avez-vous eu cette idée ?

Marc Schalles : Les thermomètres sont toujours calibrés directement ou à l'aide de thermomètres de comparaison dans une chaîne traçable à des points fixes. Ce sont des températures auxquelles des substances pures subissent une transformation de phase ; elles fondent, se solidifient ou ont leur point triple. Pour la calibration, on utilise notamment des cellules à point fixe contenant la substance correspondante. Ici, à l'Université de Ilmenau, nous avons commencé il y a déjà 25 ans à miniaturiser ces cellules pour les intégrer dans des thermomètres afin de pouvoir les calibrer en ligne. Mais il y avait des inconvénients : avec un point fixe métallique, il faut maintenir la fusion. De plus, à chaque transformation de phase, de la chaleur est libérée — ainsi, le capteur mesure la température de transformation de phase et non plus celle du processus. J'ai donc cherché des alternatives et j'en ai trouvé. Cela a lancé le processus, permettant de développer dans cette collaboration un thermomètre industriel intégrant la calibration basée sur la température de Curie.

Et vous êtes alors tombé sur la température de Curie. Qu'est-ce qui la rend si pratique pour la calibration ?

Schalles : À la température de Curie, une transformation de phase a également lieu, analogiquement aux matériaux classiques à point fixe. C'est la température spécifique à la substance, au-dessus de laquelle les matériaux ferromagnétiques ou ferroélectriques perdent leurs propriétés. Pendant la transformation de phase à la température de Curie, ces matériaux restent dans la phase solide, qu'ils soient polarisés ou non, ce qui les rend très adaptés à l'intégration dans un thermomètre. De plus, le passage de phase peut être détecté et reproduit très précisément par voie électrique. Les collègues d'Endress+Hauser ont ensuite analysé, avec les exploitants d'installations, à quelle température une telle transformation de phase devrait se produire pour pouvoir être utilisée dans les processus de l'industrie agroalimentaire et des sciences de la vie. Ensuite, nous avons examiné quel matériau fonctionne dans cette gamme — dans sa sélection et sa manipulation, comme pour les cellules à point fixe classiques, il y a beaucoup de savoir-faire.

Quels ont été les défis pour la mise en œuvre de l'iTHERM TrustSens dans un produit ?

Schalles : Le plus grand défi était le peu d'espace disponible. Les plus petites unités de mesure TrustSens ont un diamètre extérieur de trois millimètres. Il fallait y intégrer le capteur de température principal, le capteur de référence avec le matériau spécial, ainsi que les méthodes de mesure électriques pour détecter la transformation de phase. Endress+Hauser, grâce à son expertise technologique, a conçu la forme du capteur et du thermomètre de manière à assurer une transformation de phase stable sur le long terme. La connaissance approfondie du spécialiste en capteurs IST, appartenant au groupe Endress+Hauser, a également été déterminante. 

Quelle est la fiabilité de cette nouvelle méthode de calibration par rapport aux calibrations classiques, par exemple à l'aide de roues de calibration ?

Schalles : Les calibrations comparatives avec des roues de calibration font partie des méthodes de calibration stationnaires. On insère le thermomètre à tester et le thermomètre de comparaison, puis on attend que l'équilibre thermique soit atteint, c'est-à-dire que les deux thermomètres soient statiquement à la même température. Avec l'iTHERM TrustSens, la calibration se fait en revanche de manière dynamique. Grâce à la conception adaptée de l'ITHERM TrustSens, nous assurons que la variation de température due au milieu du processus est également détectée par le capteur de référence et le capteur de processus. Nous avons dimensionné thermiquement le thermomètre et optimisé le transport thermique à l'intérieur.

La mise au point du capteur a-t-elle été quelque chose de particulier pour vous ?

Schalles : Absolument. J'ai trouvé remarquable que Endress+Hauser ait laissé beaucoup de liberté dans le développement d'un thermomètre de processus auto-calibrant — surtout parce que la recherche était ouverte quant aux résultats. L'entreprise a montré qu'elle comprenait les processus de ses clients. Je trouve admirable la culture d'innovation qui est vécue. Cela ne s'est pas limité à une simple idée — c'est pour moi un bel exemple de développement réussi et d'un partenariat fructueux entre la recherche et l'industrie.