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Submitted on 1 Jan 1952
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Influence de la pression sur la résistivité d’une
thermistance
Paul Tavernier, Pierre Prache
To cite this version:
423
du tableau D’ doivent être substitués à ceux du
tableau D.
On notera sur la
figure
8 et surtout sur lafigure
6,l’apparition
d’un réseau de courbes un peuétrange,
liée à la variation relativement
régulière
deZ*A,
et
analytique
deZm,
en fonction de A.Il serait tentant de
corriger
localement l’une destrois courbes Zm
(A),
ZA
(A)
ouZ*
(A)
de manièreà satisfaire
plus, complètement
aux critères mis enoeuvre ici. Il faudrait alors examiner si de telles corrections modifieraient
beaucoup
lescourbes,
etsi elles introduiraient des résultats
incompatibles
avec
l’expérience.
Manuscrit reçu le 22 mars 1952.
BIBLIOGRAPHIE.
[1] Voir, notamment :
WEIZSACKER C. F. v. - Z.
Physik, I935, 96, 43I.
BETHE H. A. et BACHER R. F. - Rev. Mod.
Physics, I936, 8, 82.
CURIE Mme I. - J.
Physique Rad., I945, 6, 209. ALLARD G. - J.
Physique Rad., I947, 8, 65. FEENBERG E. 2014 Rev. Mod. Physics, I947, 19, 239.
STERN M. O. 2014 Rev. Mod. Physics, I949, 21, 3I6. FERMI E. - Nuclear
Physics, The University of Chicago
Press, I950.
[2] Voir FERMI, op. cit., p. 7.
[3]
MATTAUCH J. - NuclearPhysics Tables, Interscience
Publishers, New-York, I946; National Bureau of
Standards, Nuclear Data, Washington, I950 et Suppl. 1,
I95I.
[4] BOHR N. et WHEELER J. A. - Phys. Rev.,
I939, 56, 426. [5] GAMOW G. - Atomic Nuclei and Nuclear
Transforma-tions, Oxford University Press, New-York, I937.
INFLUENCE DE LA PRESSION SUR LA
RÉSISTIVITÉ
D’UNE THERMISTANCEPar PAUL TAVERNIER,
Ingénieur en Chef des Poudres.
et PIERRE
PRACHE,
Ingénieur militaire des Poudres.Sommaire. - On a déterminé les variations de résistivité d’une thermistance maintenue à une
température constante et
soumise
à des pressions variables pouvant aller jusqu’à 5.000 kg/cm2.La diminution relative de la
résistivité
correspondant à une variation donnée de pression estprati-quement indépendante de la température (dans le domaine exploré de 30 à 70° C) et se représente
jusqu’à 5.000 kg/cm2 par la formule linéaire
0394R/R0=-4,6.I0-6P.
LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM. TOME
13,
jUILLET-AOUT-SEPT’EMBRE1952,
1. Introduction. -
Étudiant
lespossibilités
demesure directe de la
température
à l’intérieur d’une chambred’expérience
à hautepression,
nous avonsété conduit à
envisager,
dans cebut,
l’emploi
de thermistances. On sait que l’ondésigne
sous ce nom des semi-conducteurs à coefficient detempé-rature
négatif
élevé(1).
A latempérature
ordinaire,
parexemple,
une variation de I0 C conduit à unediminution relative de la résistivité de l’ordre de
o,05,
plus
de 1 o foissupérieure
àl’augmenta-tion de la résistivité du
platine
dans les mêmes(1) Les thermistances sont des mélanges complexes d’oxydes métalliques moulés sous pression et frittés.
conditions. La thermistance devant être soumise à des
pressions
hydrostatiques
considérables,
suscep-tibles d’influer elles-mêmes d’unemanière
nonnégli-geable
sur larésistivité,
il était nécessaire d’étudierles corrections à
apporter
à latempérature indiquée
par lathermistance,
du fait de lapression qu’elle
supporte.
Laprésente
Note rendcompte
des essais effectués dans ce sens au’ Laboratoire deBalistique.
2. Généralités sur les
expériences.
-L’échan-tillon de thermistance
examiné, provenant
de laCompagnie
Générale de T. S.F.,
seprésentait
sousla forme d’un
disque
plat
de iomm de diamètreet /,
mmd’épaisseur.
Sa résistivité à 250 C était del’ordre de I000 Q.
Deux séries
d’expériences, qui
se sont révéléeslongues
etdélicates,
ont été effectuées à 3o et70° C
environ. L’influence de la
pression
sur la résistivité des thermistances étant relativement faible(de
l’ordre de 2 pour 10o à4.000
kg
jcm2),
il futnéces-saire,
pour obtenir uneprécision
convenable,
demesurer la résistance à une fraction d’ohm
près.
Ce
problème, qui
est loin deprésenter
desdiffi-cultés
techniques
considérableslorsqu’il
s’agit
derésistances,
normales,
devientpassablement
ardu dans le casprésent.
Eneffet,
le fort coefficient detempérature
des thermistancesexige
que latempé-rature
à’
l’intérieur de la bombe soit maintenueconstante au
I /Iooe
dedegré près pendant
toute la durée ducycle d’expériences
àpression
variable. Cecycle ’lui-même
est d’autrepart
trèslong :
l’inertiethermique
de la chambred’expérience
àparois
trèsépaisses
est telle quel’égalité
detempérature
entre l’intérieur de la chambre et le thermostat à bain d’huile dans
lequel
elle se trouveplongée
nepeut
être réalisée àquelques
centièmes dedegré
près qu’au
bout de 6 ou 7 h. D’autrepart,
l’équilibre
thermique
ne se trouve établi avec la mêmepréci-sion
qu’au
bout deplus
d’une heureaprès
toutchangement
depression.
Dans de tellesconditions,
un
cycle d’expériences
peut
durerplusieurs jours.
3. Mode
opératoire.
- Sur chacune des facesmétallisées du
disque
constituant la thermistance étudiée(repérée
1000 B aulaboratoire),
était soudé un fil de cuivre et le tout était recouvert d’un enduit siliconé. Lathermistance,
enfermée dans une chambreà haute
pression
remplie
d’huile,
était reliée à l’exté-rieur par un bouchon àquatre
électrodes dont deux seulement furent utilisées. La chambre étaitplongée
dans un thermostata
bain d’huile muni d’unagita-teur et d’un
chauffage
électrique, piloté
lui-même par une seconde thermistance.(Pour
le détail del’installation
thermostatique,
voirl’Annexe.)
Latempérature
du bain était lue sur un thermomètre àmercure de
précision
gradué
enI /ioe
dedegré,
lapression
sur un manomètretype Bourdon,
cons-truit et étalonné au laboratoire. ,
On a
songé
tout d’abord à mesurer la résistance étudiée par la méthodepotentiométrique,
qui
consiste à relever le
rapport
des tensionsdéveloppées
aux bornes de la thermistance et d’une résistance
étalon,
parcourues par un même courant. On aconstaté
rapidement
que cette méthode n’était pasà conseiller pour de tels essais. En
effet,
la résisti-vité de la thermistanceprésente
une tellesensibilité
à la
température
que l’échauffement dû au passagedu moindre courant
permanent
risque
de fausser la mesure de la résistance d’une manièreappréciable.
Compte
tenu de cesconstatations,
nous avonsfinalement
adopté,
pour la mesure de larésistance,
un
montage
enpont
deWheatstone,
qui,
bien quemains
précis,
présente
sur leprécédent
l’avantage
de ne
nécessiter
le passage d’un courant à traversla résistance à mesurer que
pendant
letemps
trèsbref nécessaire à l’observation de
l’équilibre
dupont.
Un
premier cycle d’expériences
a été effectué à unetempérature
de l’ordre de 3I° C et l’autre aux, environs de
70°
C. Bien que latempérature
duther-mostat
présente
des fluctuationspériodiques
de l’ordre de3/Ioe
dedegré,
latempérature
intérieure de labombe peut
êtrecalculée
très exactement.On
peut considérer,
’eneffet,
que lesparois
de la bombe constituent uneimpédance
thermique
aug-mentant avec lafréquence
des oscillations detempé-rature. Cette
impédance
est telle que seules lacomposante
continue et la fondamentale de ladécomposition
en série de Fourier des oscillationsde
température
du thermostat se font sentir àl’intérieur de la bombe. On vérifie effectivement que la
température
interne subit de trèslégères
oscillations à caractèresinusoïdal,
bien que letemps
de
chauffage
du thermostat ne soit que de l’ordrede
1,5
mn, le refroidissement durant environ 1o mn.La
température
à l’intérieur de la bombepeut
donc être
prise égale
à lacomposante
continue de latempérature
du thermostat. Nousn’avons,
dansdans le
casprésent,
nullement besoin de connaître avec exactitude cettetempérature,
mais seulementd’être assurés
qu’elle
est bien fixe. ,4. Résultats obtenus. - Les
premiers
essaisont été effectués à une
température
de l’ordrede 3I°
C,
latempérature
du thermostat oscillantentre
31,15
et3Io,4o
(température
lue,
sans aucunecorrection,
sur le thermomètre deprécision plongé
dans le baind’huile).
Lesessais,
qui
ontporté
surdes
pressions
allantjusqu’à
4
500 kg/cm2,
sontconsignés
dans le tableau I. ,TABLEAU 1.
Dans la seconde série
(tableau
II),
latempérature
oscillait entre690,5
et690,8.
425
5.
Interprétation
etcritique
des résultats.-Les
points expérimentaux
ontété
reportés
sur legraphique
no1,
surlequel
onpeut
remarquer queFig. I. 2013 Variation de la
résistivité d’une thermistance
(thermistance 1000 B).
les deux séries
d’expériences
sereprésentent
conve-nablement par la même droite
d’équation
b.R-
RO =_ 4,6. P.
(1)
).
On en déduit que la
variation
relative de résis-tivité d’une thermistance est une fonction linéairede la
pression, pratiquement indépendante
de latempérature,
tout au -moins entre 20 et goo C etFig. 2. - Résistance électrique de deux thermistances.
dans un domaine de
pression
assez
large
(jus-qu’à
5.oookg/cm2
aumoins).
’
Faisons observer que la
précision
excellente desrésultats est
probablement
due,
au moinspartielle-ment,
à un heureux hasard. Une variation de1/100e
de
degré
çonduit,
eneffet,
à 30°C,
à une variationde résistance de l’ordre de
0,5 a
(2),
c’est-à-dire,
à 1 200
kg/cm2 par
exemple,
à une erreur de l’ordre due 10 pour 10oo sur le coefficient depression.
Il estpeu vraisemblable que les moyens assez sommaires mis en oeuvre pour la
régulation
nous aientpermis
de maintenir
pendant plusieurs jours
latempérait
ture de l’intérieur dela
bombe à une valeur fixeà I/Iooe
dedegré près.
D’autrepart,
le passage du courant à travers la thermistancependant
lesmesures n’est pas sans influencer la résistivité de
celle-ci bien
qu’il
soit très bref.Compte,
tenu dufait que l’erreur due aux variations de
température
n’estplus
que de 2 pour 10o parI /Iooe de
degré
à
5000 kg/cm2
et, aussi,
de l’heureuse concordancedes
séries
d’essais,
nous pensons que l’erreur surle coefficient de
pression
ne doit pasdépasser
5pour oo.. , B
Il est
probable
que la valeur de ce coefficient depression
doit varier dans desproportions
notables d’une thermistance àl’autre,
étant donné leurcons-titution et leur fabrication. Il sera donc
prudent
de déterminer le coeflicient depression
dechaque
thermistance particulière
avant del’employer
commethermomètre sous
pression. Remarquons
enfin que,’si la résistivité d’une
thermistance
présente
enfonction de la
température
une loi trèsparticulière,
ses variations en fonction de lapression
restenttout’ à fait normales et du même ordre de
grandeur
que pour les métaux(deux
fois_plus
fortes environ que pour leplatine).
6. Conclusion. - Les thermistances
paraissent
pouvoir
rendre degrands
services pour la mesuredes
températures
sous, hautepression.
Leur sensi-bilitéautorise,
eneffet,
l’utilisation d’undispositif
simple
de mesure, cequi
permet
d’introduire lathermistance dans l’enceinte à l’aide d’une seule électrode
(l’autre
extrémité due la thermistance étant reliée à la masse dubouchon).
La mesure dela
température
par un thermomètre à résistance de ,platine
nécessiterait par contrequatre
électrodes. Cetavantage
de la thermistance est loin d’êtrenégligeable,
car tous lestechniciens
qui
ont eu à .étudier des
appareillages
travaillant sous haùtepression
connaissent les grossessujétions
imposées
par le nombre d’électrodes à sortir de l’enceinte.En
résumé,
nous avonsmontré
que le coefficientde
pression
d’une thermistance est constantjus-qu’à 5.000 kg/cm2
etindépendant
de latempé-rature dans le domaine de nos essais
(30-70’0
C).
La ,correction à
apporter
aux indications brutesd’une thermistance est
de
l’ordre de -I/I00e
dedegré
pour 1 oo
kg /cm2
depression
entre 20 et 80° C.(2) Voir sur le graphique II les courbes de résistance en
ANNEXE.
Régulation thermostatique
par
thermistance. Le thermostat utilisé pour lesexpériences
décrites dans cette Note était constitué par un bain d’huileimmergeant complètement
la chambred’expérience
et muni d’un
agitateur
et d’une résistanceélec-trique
dechauffage
dont le circuit était ouvert ou fermé par ledispositif
derégulation.
Ledispo-sitif de
régulation
comporte
essentiellement :un
pont
de Wheatstone dont l’une des branches est constituée par l’élémentsensible,
qui
est unethermistance
plongée
dans le baind’huile;
un relais
galvanométrique
dont l’enroulement ducadre mobile constitue la
diagonale
de mesure- du
pont
deWheatstone;
deux relais secondaires montés en bascule
électro-mécanique ;
’le relais de
puissance,
commandé lui-même parle
système
des relais secondaires.Le but
poursuivi
dans l’étude de cemontage
était la réalisation d’un
dispositif simple
et robuste.Nous avons écarté toute solution
comportant
des tubesélectroniques,
ceux-ci nécessitant uneali-mentation continue haute tension. Le
montage
réalisé
(voir schéma)
fonctionne avec uneunique
batterie de 6 V.
On
peut
suivre clairement sur le schéma le fonc-tionnement dumontage.
Lespalettes
des relais 1et 2 sont attirées vers l’enroulement
lorsque
celui-ciest excité
et
chacun d’eux nepeut
fonctionnerque si la résistance de Io kQ
placée
en série aveclui est court-circuitée.
L’un des deux relais 1 et 2 et un
seul,
est excitéà tout instant. Dès que la
palette
du micro-relaisFig. 3. -
Régulation thermostatique par thermistance. Erratum : Il y a contact entre les conducteurs au-dessus de
la batterie de 6 V et à gauche de la résistance de 10 k Q.
touche l’un des deux
contacts,
lesystème
des deux relais secondaireschange
d’état et nepeut
basculerà nouveau que
si
lapalette
du micro-relais touche le second contact. Cemontage
évite les vibrationsqui,
sinon,
mettraientrapidement
hors de service le micro-relais. Latempérature
de fonctionnementse
règle
par la résistance variable dupont
deWheatstone. Un tel
système permet
trèsfacile-ment de réduire les
