Thermocouple

Le thermocouple est un capteur de température aux nombreuses applications utilisé pour la mesure de température de contact. C’est un des éléments constitutifs de la sonde de température thermocouple, un appareil de mesure dont les éléments principaux sont le capteur et un dispositif de lecture des données, disposant généralement d’un écran à cristaux liquides. Le thermocouple est l’un des capteurs les plus utilisés, aux côtés des RTD (Pt100, Pt100, Pt1000 etc.) et de la thermistance, dont la résistance dépend de la température. Les atouts du thermocouple sont sa robustesse, son prix abordable, sa vitesse de réaction et sa capacité à mesurer sur de larges gammes de température.

Comment fonctionne un capteur thermocouple ?

Le fonctionnement du thermocouple se base sur un phénomène appelé effet thermoélectrique Seebeck. Ce phénomène se manifeste par l’apparition d’une tension électrique au sein d’un circuit ouvert composé de deux matériaux conducteurs de natures différentes lors d’une variation de température. La tension obtenue est convertie en température grâce au coefficient Seebeck en fonction du type de thermocouple. Les précautions à prendre pour un fonctionnement optimal des thermocouples sont le choix du type adéquat selon l'application, le type de jonction et la prise en compte des perturbations électromagnétiques.

Comment le thermocouple permet de mesurer de température ?

Le capteur thermocouple est formé de deux fils de métaux conducteurs différents reliés ensemble par une jonction appelée point chaud. Leur autre extrémité, le point froid, est reliée à l’appareil de mesure. Lorsque le point chaud est exposé à la chaleur ou au froid, la densité électronique de chaque fil métallique est modifiée. Le courant électrique qui parcourt le capteur apparaît grâce à la différence de température qu’il existe entre le point chaud et le point froid. Pour mesurer la température avec un thermocouple de manière précise, il faut soit maintenir le point froid à zéro degrés Celsius, soit mettre en place ce que l’on appelle la compensation de la soudure froide.

Quels sont les types de thermocouple ?

Il existe plusieurs sortes de thermocouples qui offrent différentes plages de mesure de température et s’adaptent à plusieurs types d’applications. La sélection du type de sonde thermocouple appropriée dépend de l’environnement dans lequel elle sera utilisée et du budget alloué à l’achat. Les 8 types de capteurs thermocouples principalement utilisés sont couverts par la norme européenne CEI 60584.1. Certains types sont constitués de métaux communs et sont donc peu coûteux. Les types B, R et S sont conçus à partir de métaux précieux tel que le platine, ce qui rend leur prix plus élevé.

Qu’est-ce qui influe sur le temps de réponse du thermocouple ?

Le temps de réponse des thermocouples varie selon leur conception plutôt que leur type. Les caractéristiques qui influent sur la vitesse de réaction de ces capteurs sont multiples : la protection de la sonde, la méthode de jonction ou encore le câble de raccordement. Plus le contact avec le milieu dont on souhaite mesurer la température est direct, plus la réponse apportée par les sondes de mesure est rapide. Un thermocouple sans boitier métallique ou gaine de protection donne donc une réponse rapide. Les fils à nu peuvent être sujets à la corrosion selon leur matière et l’environnement, il faut donc choisir chaque caractéristique avec attention.

À quoi sert une table de conversion pour thermocouple ?

Un tableau ou table de conversion de thermocouple est un outil utilisé pour convertir une force électro-motrice (fem) en une température en degrés Celsius ou Fahrenheit. Il permet également l'étalonnage de la sonde thermique en comparant la tension obtenue avec la température attendue. Pour lire des tables de conversion de thermocouple , il faut connaître le type de thermocouple utilisé, chaque type ayant son propre coefficient Seebeck. Pour lire la table, on fait correspondre la différence de potentiel relevée avec la température en degrés Celsius ou Fahrenheit.

Qu'est ce que les courbes de thermocouples ?

Une alternative à la présentation du rapport tension/température sous forme de table est le graphique. La température se trouve en abscisse et la tension en ordonnée, le lien entre les deux n’étant pas linéaire, il forme une courbe. Chaque type de thermocouple a une courbe distincte qui permet d’apprécier visuellement les variations entre les deux données. Les courbes de thermocouples , comme les tables, sont basées sur la tension relevée sur le capteur lorsque le point froid est à 0 °C. Il faut donc maintenir cette soudure dans un bain d’eau glacée agitée ou effectuer une compensation. Cette technique consiste à laisser le point froid à température ambiante, à mesurer cette température et à la convertir en tension afin d’ajouter un coefficient correctif au calcul final.

Quelle est la plage de mesure d'un thermocouple ?

Si le thermocouple est le type de capteur le plus répandu dans l’industrie, c’est en grande partie parce qu’il permet de mesurer une grande amplitude de températures. Selon les types, il peut mesurer des températures de -200 °C à 1 800 °C. Les thermocouples capables de mesurer de très basses températures sont les types K, J, T et N. Pour les hautes températures, on utilise les types N, S, R et B. Pour choisir un thermocouple adapté à une application précise, il faut que la plage de température à mesurer et la plage de mesure du type de thermocouple coïncident.

Comment étalonner un thermocouple ?

Ce que l’on appelle étalonnage ou calibrage du thermocouple est une procédure consistant à vérifier que la tension indiquée sur le voltmètre de la sonde thermique correspond à la bonne température dans la table de conversion. Pour cela, le point de mesure doit être à une température connue avec certitude. Les tests permettant de vérifier l’exactitude de la sonde sont réalisés sur différents points de sa plage de mesure. Si les résultats indiquent un décalage entre la tension et la température correspondante dans la table de conversion, un coefficient correctif doit être ajouté lors des utilisations du capteur. Des valeurs erronées peuvent signifier qu’un élément de la sonde est endommagé, comme le capteur lui-même, le connecteur ou l’enregistreur.

Comment réaliser des tests sur un thermocouple ?

Le test est l’une des étapes essentielles de l’étalonnage. Il est recommandé de tester un thermocouple lorsque la sonde connaît un changement d’affectation, de manière régulière en fonction de l’intensité de son utilisation ou encore en cas de suspicion d’erreur. Les procédures généralement appliquées pour tester un thermocouple suivent les recommandations de L'ASTM (American Society for Testing and Materials) pour le calibrage des thermocouples. Deux options sont possibles, l’étalonnage par comparaison ou en point fixe. En comparaison, on effectue une mesure de la température avec la sonde à tester ainsi qu’avec un capteur de référence, que l’on sait fiable. En points fixes, le capteur est exposé à la température du point triple de l’eau.

Quel est le temps de réponse des thermocouples ?

 Le temps de réponse est le temps mis par le capteur pour atteindre 66,6 % de la lecture finale et est le moyen standard de l'industrie pour mesurer les temps de réponse des sondes. Cinq fois le temps de réponse cité est le chiffre normalement requis pour obtenir 100 % de la lecture. Les temps de réponse dépendent de la substance mesurée et, dans le cas d'un liquide ou d'un gaz, du degré d'agitation. Il est donc difficile de citer un temps de réponse précis sans connaissance de l'application.

Les résultats présentés dans ce catalogue ont été obtenus dans un bain d'huile agité et peuvent différer de ceux obtenus dans d'autres conditions mais peuvent être utilisés comme guide général lors du choix des sondes.

Quels est la différence entre les différentes poignées proposées ?

Le cas échéant, chaque sonde est fournie avec une poignée hexagonale, petite ronde, nervurée pour charges lourdes ou en forme de T. Pour réduire la croissance bactérienne, les poignées de la sonde contiennent un additif antibactérien « Biomaster ».

Quels types de câble sont disponibles ?

Le cordon droit en PVC est un cordon à usage général et disponible en longueurs jusqu'à 100 mètres. En standard et le cas échéant, chaque sonde est livrée avec un cordon PVC droit d'un mètre et un connecteur. Comme alternative, un câble PU spiralé d'un mètre est disponible pour les sondes à thermocouple standard, portables, de type K ou T, remplacez le premier chiffre (1) du code de commande par le chiffre 3. La température maximale pour le PVC et le PU est de 80 °C.

Certaines sondes industrielles et haute température sont disponibles avec un câble sur-tressé isolé en acier inoxydable et fibre de verre. En standard et le cas échéant, chaque sonde est fournie avec un câble et un connecteur en acier inoxydable de deux mètres. Température maximale de 350 °C.

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