Capteur de température thermocouple

Comment choisir un thermocouple ?

Les thermocouples sont les capteurs de température très répandus. Ils sont peu coûteux, interchangeables, robustes et peuvent mesurer une large gamme de température. 

Les sondes de mesure thermocouples se composent essentiellement de deux métaux / alliages dissemblables. Lors de la jonction, ils généreront un faible signal s'il existe une différence de température entre la jonction chaude (jonction de mesure) et la jonction froide ou la jonction de référence. 

Le signal dépend uniquement de la différence de température. Et, en tant que tel, une sonde  thermocouple ne peut pas être testée correctement si les deux jonctions sont à la même température. 

Bien que presque tous les types de métal puissent être utilisés pour réaliser un capteur de température, un certain nombre de types standard sont utilisés, car ils possèdent des tensions de sortie prévisibles et de grands gradients de température.

Il est essentiel que le câblage (jonction froide) à l’appareil de mesure soit en matériau de compensation ou d'extension du même calibrage que le thermocouple. L'utilisation de fils de cuivre ou d'autres matériaux entraînera une perte de CEM et donc une erreur. 

La loi des métaux intermédiaires indique qu'un troisième métal, inséré entre les deux métaux dissemblables d'une jonction de thermocouple n'aura aucun effet à condition que les deux jonctions soient à la même température. 

Cette loi est également importante dans la construction des jonctions. Il est acceptable de réaliser une jonction en soudant les deux métaux, car la soudure n'affectera pas la prise de température. En pratique, les jonctions thermocouples sont réalisées en soudant ensemble les deux métaux. Cela garantit que la performance de mesure de la température ne soit pas limitée par le point de fusion de la soudure.

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Qu'est-ce qu'un thermocouple ?

Les capteurs sont disponibles sous forme de thermocouples "nus" peu coûteux et qui offrent une réponse rapide. Ils sont intégrés dans des sondes de température ou des tubes métalliques isolés minéralement. 

Une grande variété de capteurs sont disponibles, adaptés à différentes applications de mesure (industrielles, scientifiques, température alimentaire, recherche médicale, etc.). Lors du choix d'un thermocouple, il faut tenir compte du type de capteur, de l'isolation et de la construction de la sonde thermique. Tout cela aura un effet sur la gamme de température mesurable, la précision de mesure et la fiabilité de la lecture de la température.

Courbe thermocouple


Thermocouple type K (Chromel / Alumel)

Le type K est le thermocouple «à usage général». Il est peu coûteux et, en raison de sa popularité, il est disponible dans une grande variété de sondes. 

Les thermocouples sont disponibles avec une plage de température de -200 à + 1200 degrés celsius. 

La sensibilité est d'environ 41uV / ° C. 

Utilisez le type K, sauf si vous avez une bonne raison de ne pas le faire.

Matériau + Chromel / - Alumel

Couleur + Jaune / - Rouge

Thermocouple type J (Iron / Constantan)

La plage de mesure limitée (-40 à + 750 ° C) rend ce type de sonde moins populaire que le type K. 

L'application principale de cette sonde de température est avec un équipement ancien qui ne peut pas accepter des thermocouples «modernes». Les types J ne doivent pas être utilisés au-dessus de 760 ° C, car une transformation magnétique abrupte entraînera une décalibration permanente.

Matériau + Fer / - Constantan

Couleur Blanc / Rouge

Thermocouple type N (Nicrosil / Nisil)

La haute stabilité et la résistance à l'oxydation rendent le type N adapté aux mesures à haute température sans le coût des types de platine (B, R, S). Conçue pour être une sonde de mesure thermocouple «K» amélioré, elle devient de plus en plus populaire.

Matériau + Nicrosil /

Couleur du Nil + Orange / - Rouge

Les types B, R et S sont tous des thermocouples métalliques "nobles" et présentent des caractéristiques similaires. 

Ces instruments de mesure sont les plus stables de tous les thermocouples. Mais en raison de leur faible sensibilité (environ 10uV / 0C), ils ne sont généralement utilisés que pour des mesures à haute température (> 600 ° C). Ces capteurs de température métalliques nobles nécessitent tous des gaines de protection en céramique de haute pureté destinées à être utilisées dans des applications industrielles.

Thermocouple type B (Platine / Rhodium)

Adapté aux mesures à haute température jusqu'à 1800 ° C.

Thermocouple type R (platine / rhodium)

Ce capteur de température thermocouple est adapté aux mesures à haute température jusqu'à 1600 ° C. Cependant, il présente une faible sensibilité (10uV / ° C) et  un coût élevé.

Thermocouple type S (platine / rhodium)

Cette sonde de température est adaptée aux mesures à haute température jusqu'à 1600 ° C. En raison de sa stabilité élevée, le type S est utilisé comme étalon pour le point de fusion de l'or (1064,43 ° C).

Instructions d'utilisation

Précautions et considérations relatives à l'utilisation de thermocouples

La plupart des problèmes de mesure des températures et des erreurs sont dus à un manque de compréhension de la façon dont les thermocouples fonctionnent. 

Ces indicateurs de température peuvent souffrir de vieillissement et la précision peut varier en conséquence, surtout après une exposition prolongée aux températures aux extrémités de leur aire de fonctionnement utile. Voici quelques-uns des problèmes les plus courants à prendre en compte.

Problèmes de connexion des appareils de mesure thermocouple

De nombreuses erreurs de mesure sont causées par des jonctions non intentionnelles. Toute jonction de deux métaux différents entraînera une jonction. Si vous devez augmenter la longueur des conducteurs de votre appareil de mesure, vous devez utiliser le type de câble d'extension (p. Ex. Type K pour les thermocouples de type K). 

L'utilisation d'un autre type de fil présentera une jonction de capteur thermocouple. Les connecteurs utilisés doivent être constitués d'un matériau correct et une polarité correcte doit être respectée. Tout court-circuit des fils dans la tête ou le connecteur de la borne créera une autre jonction et l'instrument lira cette température et non la température de jonction à chaud.

Résistance au plomb

Pour améliorer les temps de réponse, les thermocouples sont constitués d'un fil mince (dans le cas des types de platine, le coût est également une considération). Cela peut entraîner une résistance élevée du système de mesure qui peut le rendre sensible au bruit et peut également provoquer des erreurs en raison de l'impédance d'entrée de l'instrument de mesure. 

Un capteur de température à jonction exposée typique avec un fil 32AWG (0,25 mm de diamètre) aura une résistance d'environ 15 ohms / mètre. Si des thermocouples avec des fils minces ou des câbles longs sont nécessaires, il vaut la peine de garder les fils courts, puis d'utiliser un fil d'extension (ce qui est beaucoup plus épais, donc une résistance inférieure) pour fonctionner entre le thermocouple et l'instrument de mesure.

Interférences

La sortie d'un thermocouple est un faible signal, de sorte qu'il est sujet aux interférences électriques. Si votre capteur se trouve dans un environnement bruyant (par exemple, près d'un moteur électrique), il est recommandé d'utiliser un câble d'extension blindé. Si le capteur de bruit est soupçonné, éteignez tout l'équipement suspect et vérifiez si la lecture change.

Il n'y a aucune fonction de maintenance possible sur un thermocouple, mais des contrôles d'étalonnage programmés sont recommandés.

  • Les thermocouples dérivent dans l'étalonnage, mais le taux de dérive dépend du temps et de la température.
  • Dans une source de température connue, vérifier la sortie du thermocouple avec les degrés Thermocouple C du tableau.
  • Les thermocouples ou leur câblage peuvent faire court-circuit ou circuit ouvert, provoquant des signaux d'erreur. Une autre condition de défaut pour les enregistreurs de données ou les émetteurs est une faible résistance d'isolation entre les conducteurs et la terre, ce qui entraîne une mise à la terre de la boucle du thermocouple.

Si le thermocouple montre l'une des 3 conditions de défaut, il devra être remplacé.

Plus d'informations sur thermocouples ci-dessous !

Plage de température Table de conversion (T°/mV)