Les appareils thermostatiques

1. LES THERMOSTATS A BILAME

C’est actuellement la famille de thermostats où les quantités sont les plus importantes. De très nombreuses configurations sont présentes, et l’évolution actuelle est vers une recherche de simplification et de réduction de volume.

1.1 LES BILAMES A TEMPÉRATURE FIXE

Les bilames à température fixe sont des appareils dont les températures d’étalonnage sont fixées en usine, et qui ne possèdent aucun système de réglage accessible par l’utilisateur. Ils sont utilisés, selon les modèles, comme appareils de régulation ou de sécurité. Les contacts peuvent être à rupture lente ou brusque, de régulation ou à réarmement, à ouverture, fermeture, ou inverseur. Quasiment toutes les options de contact ci-dessus sont réalisables.
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 réglage sont de 20 à 180°C. Cependant des modèles avec boîtier céramique peuvent être réalisés jusqu’à 450°C, et des modèles étanches jusqu’à -30°C.

1.2 LES BILAMES A TEMPÉRATURE RÉGLABLE

Ils sont réglables par tournevis ou par axe. Leurs principales applications sont dans le petit électroménager (friteuses, fer à repasser).
Ce sont toujours des appareils de régulation, utilisant une lame bimétallique. Les plages courantes de température vont de 20 à 300°C.
Ils sont sensibles ou insensibles au courant selon les modèles.
Des modèles avec bilame sensible au courant, ou réchauffés par une résistance, sont utilisés dans les doseurs d’énergie.

1.3 LES SPIRALES

Les spirales bimétalliques ont été largement utilisées pour la réalisation de thermostats d’ambiance.
Ce système est maintenant abandonné par les constructeurs européens, car il obligeait à utiliser un contact à ampoule de mercure, ou un contact à rupture lente. Seuls subsistent encore quelques constructeurs aux USA, pour des applications en 110V.
Ces spirales bimétalliques sont encore utilisées dans certains thermostats de veine d’air (dits airstats).

2. LES THERMOSTATS A DILATATION BIMÉTALLIQUE

2.1 LES THERMOSTATS CARTOUCHE

Ces appareils de régulation, réglable, à rupture lente, ont une très grande précision, et la plus faible différentielle possible sur un thermostat mécanique : inférieure à 1/10°C. Ils se montent dans un alésage de dia 15.8mm en général.
Cependant en raison de leur rupture lente, génératrice de parasites en 230V, leur utilisation en Europe est marginale, limitée à des utilisations dans des plaques chauffantes de laboratoire.
Les plages courantes de température vont de 20 à 300°C.

2.2 LES THERMOSTATS DE CONTACT

Ces appareils de régulation, réglables, à rupture lente, ont une très grande précision, et une faible différentielle : inférieure à 1°C. Ils se montent à plat sur une paroi, fixés par 2 vis. Cependant en raison de leur rupture lente, génératrice de parasites en 230V, leur utilisation en Europe est marginale, limitée à des utilisations de laboratoire ou lorsque des différentielles faibles sont recherchées.

Les plages courantes de température vont de 20 à 250°C.

2.3 LES THERMOSTATS A CANNE BIMÉTALLIQUE

C’est actuellement la principale application des systèmes bimétalliques. La canne bimétallique actionne un système de contact.
Le réglage peut être fixe, ou par manette graduée. Les contacts sont des contacts de régulation ou à réarmement manuel ou mixtes.
Les principales applications se trouvent :
• Dans les chauffe-eau domestiques. Les appareils sont alors à réglage par tournevis, à coupure unipolaire sur la phase de régulation et à coupure omnipolaire (par disque bimétallique mesurant la température de la partie du mécanisme en contact avec le fond de la cuve), pour le contact à réarmement manuel. Ils sont nus, sans boîtier de protection, car montés sous le capot du chauffe-eau.
• Dans les réchauffeurs d’eau et les réservoirs industriels. Les appareils sont alors différents : un pour la régulation et un pour la sécurité. Ils sont montés sous boîtiers étanches IP65.
• Dans les systèmes hydrauliques, comme système de contrôle de la température de l’huile. Les appareils sont alors à 1,2 ou 3 contacts étagés assurant les différents niveaux d’alerte et de sécurité.
Les plages courantes de température vont de -50 à 400°C. Cependant certains modèles spéciaux peuvent atteindre 800°C.

3. LES THERMOSTATS A DILATATION DE LIQUIDE

3.1 LES TUBES VERRE A DILATATION DE MERCURE

C’est un des premiers systèmes de thermostats, dérivé des thermomètres à mercure. Un fil est introduit dans le tube en verre. Lorsque le mercure touche ce fil, le contact s’établit. Ce type de thermomètre a longtemps été l’appareil de référence et de régulation de précision. Il n’a plus d’applications de série actuellement.

3.2 LES THERMOSTATS A BULBE ET CAPILLAIRE

C’est la famille la plus courante pour la mesure et la régulation de température à distance. Les longueurs de capillaire peuvent aller jusqu’à 3 mètres , mais avec une dérive notable due à la quantité de liquide comprise dans le capillaire.
Dans cette série, la sécurité positive peut être réalisée en cas de rupture du train thermostatique.

Les plages courantes de température vont de -50°C à 400°C, exceptionnellement jusqu’à 760°C.

3.3 LES THERMOSTATS A CANNE A REMPLISSAGE LIQUIDE

Ce modèle est une variante du thermostat à canne à dilatation bimétallique. Il s’en différencie par une meilleure résistance aux vibrations mais un temps de réponse plus long. Les applications sont identiques.

Les plages courantes de température vont de -50°C à 400°C, exceptionnellement jusqu’à 760°C.

3.4 LES THERMOSTATS D’APPLIQUE

Ces thermostats utilisent un mécanisme de thermostat à bulbe et capillaire mais avec un capillaire très court et un bulbe situé sous le boîtier. Le boîtier possède un système de fixation permettant de le plaquer sur une tuyauterie.

Les plages habituelles de réglage de ces appareils sont comprises entre 0 et 120°C.

3.5 LES THERMOSTATS D’AMBIANCE

Ces thermostats utilisent un mécanisme de thermostat à bulbe et capillaire mais avec un capillaire très court et un bulbe situé sur le côté ou sur l’arrière du boîtier. Ce système est particulièrement utilisé pour les appareils professionnels et industriels.

Les plages courantes de température vont de -40°C à 120°C.

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

4.1 LES THERMOSTATS A BULBE ET CAPILLAIRE D’AMBIANCE

Ces appareils à tension de vapeur sont principalement utilisés dans les thermostats d’ambiance incorporés dans les convecteurs électriques, en raison de leur faible différentielle et de leur faible inertie thermique.

Plage courante : 4 à 40°C.

4.2 LES THERMOSTATS A MEMBRANE

Ce sont actuellement des dérivés des thermostats de couveuse utilisés dans l’élevage depuis des dizaines d’années. La partie sensible est une capsule de type barométrique (capsule de Vidie) à tension de vapeur. Ils sont fortement utilisés dans les thermostats d’ambiance domestiques.

Plage courante:4 à 40°C

4.3 LES THERMOSTATS A CAPILLAIRE

Ces thermostats sont utilisés dans le contrôle de la température de systèmes frigorifiques. La faible inertie thermique du système à capillaire, et la possibilité d’obtenir des différentielles importantes est la principale particularité de ces appareils à tension de vapeur.

4.4. LES THERMOSTATS A BULBE ET CAPILLAIRE

Ils sont surtout utilisés dans les applications industrielles, car la tension de vapeur permet de réaliser assez facilement des appareils à différentielle réglable.

4.5 LES THERMOSTATS A DÉPLACEMENT D’AIR

Ces appareils faisaient appel à un système de réchauffage d’une ampoule en verre remplie partiellement d’air, et contenant du mercure qui, poussé par l’air se dilatant, passait par un tube dans un compartiment contenant une électrode avec laquelle il établissait un contact électrique. Ce système, couplé avec un bilame à rupture lente permettait une temporisation du contact, de très faibles différentielles et un fort pouvoir de coupure. Ce système, très précis, très fiable a complètement disparu.

4.6 LES THERMOMÈTRES

Les thermomètres à dilatation de gaz sont utilisés en applications industrielles, ils ont une faible inertie thermique et peuvent monter à des températures élevées.

5. LES THERMOSTATS A CHANGEMENT D’ETAT

 5.1 LES «CALORSTATS»

Ils utilisent la fusion de cire. Peu d’utilisation dans des systèmes actionnant un contact électrique, mais souvent utilisés pour obtenir des mouvements mécaniques (thermostat automobiles, thermostats de radiateurs, verrouillage de portes, commande de vannes).

Ce système actionne soit un contact électrique, soit une soupape permettant la circulation d’eau lorsque la température monte.

Plages courantes : de 30 à 150°C.

5.2 LES FUSIBLES THERMIQUES

C’est le principal système des protecteurs thermiques fusibles. Des millions de ces appareils sont actuellement produits dans le monde. C’est un système particulièrement fiable, dont le fonctionnement est sûr. Les contacts sont soit à coupure par fusion du conducteur (pouvoir de coupure limité à 4A en général), soit à coupure par fusion d’une pastille libérant un contact à ressort (pouvoir de coupure jusqu’à 25A). Plages courantes : de 60 à 300°C. La pastille fusible est en métal ou en plastique. Ce système, appelé aussi TCO (pour thermal cut-off), est le système de sécurité ultime par excellence. Il est de plus peu coûteux. Une variante de ces systèmes est aussi utilisée dans des appareils non électriques, pour libérer un mécanisme, en particulier dans les appareils de détection d’incendie.

5.3 THERMOSTATS A EBULLITION

Le thermostat le plus courant de ce type est le limiteur à capillaire à réarmement manuel à sécurité positive.

Dans ce système, on mesure l’ébullition d’un liquide compris dans un capillaire ou dans un bulbe à l’extrémité du capillaire. Une ébullition locale sur +/-300 mm de capillaire est nécessaire pour actionner le contact. Pour cette raison, les modèles à capillaire ont souvent leur extrémité enroulée dans des dimensions similaires à un bulbe. Ces appareils sont toujours à température fixe, en général dans des plages comprises de 50 à 170°C, et des longueurs de capillaire limitées à +/-900 mm pour des raisons de transmission de la surpression due à l’ébullition ou de la dépression due à la rupture du capillaire

6. APPLICATIONS

Principe Famille Sous famille Application
 

 

 

Bilames

 

T°fixe

 

Sensibles au courant

Protection de bobinages, Petit électroménager, Automobile, Batteries rechargeables
T°fixe Insensibles au courant Petit électroménager, chauffage et conditionnement,  froid
T° réglable Fers à repasser, grills, crêpières, mini fours, électroménager
Spirale Thermomètres,  airstats
 

 

 

Bimétalliques

Cartouche

Contact de surface

Plateaux chauffants, résistances plates, médical
 

 

Canne

Nus Chauffe-eau domestiques
Professionnels Ventilation, conditionnement d’air
Industriels Réservoirs, hydraulique, Réchauffeurs
ADF Industrie chimique
 

 

 

 

Dilatation liquide

Verre Laboratoire Variées
 

Bulbe et capillaire à

incorporer

Constructeurs d’équipements domestiques Fours, cuisinières, machines à laver, lave-vaisselle, chaudières
Semi

professionnel

Grandes cuisines, machines diverses
Bulbe et capillaire sous

boitier

Semi

professionnel

Constructeurs de machines électrothermiques, fours, étuves, aérothermes
Bulbe et capillaire sous

boitier métallique

Industriel et/ou ADF, construction lourde Usines, maintenance, traçage
 

Tension de vapeur

Bulbe et capillaire Convecteurs électriques, thermostats de frigo
Membrane Thermostats d’ambiance domestiques
Dépl. air Plus d’application
 

 

 

Changement d’état

Cire Automobile, chauffage central
Fusion

d’alliage

Fusion du conducteur Petit électroménager, bobinage, batteries, électronique
Fusion de pastille Electroménager,  chauffage électrique,

moteurs

Ebullition Capillaire Aérothermes, batterie de chauffage électrique, pompes à chaleur
Ampoule verre Conditionnement d’air, détection d’incendie