Caractéristiques et critères de sélection des puits thermométriques

Les puits thermométriques protègent les capteurs de température (thermocouples, thermistors et thermomètres bimétalliques) de la pression excessive, de la vélocité de la matière et de la corrosion. Ils prolongent la vie du capteur, permettent le remplacement du capteur sans vidanger le système et réduisent le risque de pollution. Les puits thermométriques conçus pour des applications à haute pression sont en général fabriqués en barre pour en garantir l'intégrité. Les puits thermométriques conçus pour des environnements à faible pression peuvent être fabriqués en tube dont une extrémité est fermée par une soudure.

Les puits thermométriques sont classifiés selon la conception de la tige. Un puits thermométrique droit affiche le même diamètre sur toute la longueur d'insertion et offre une protection contre la corrosion et l'érosion. Les puits thermométriques à épaulement ont un diamètre de ¾" sur la partie supérieure et de ½" près de l'extrémité. La surface réduite offre aux appareils de mesure une meilleure réaction aux variations de vélocité et de température. Les puits thermométriques coniques présentent un diamètre qui se réduit progressivement sur toute la longueur de l'insertion. Ils offrent une résistance supérieure et un temps de réaction réduit aux changements de température. Les puits thermométriques sont le plus souvent utilisés dans les applications à haute vitesse. Les études de cas réalisés sur les puits thermométriques droits et coniques utilisés dans les conduites de gaz naturel ont déterminé que les thermocouples droits sont moins résistants lorsqu'ils sont exposés à des vibrations induites par le débit.

Les puits thermométriques peuvent être raccordés à un RTD, un thermistor ou un thermocouple au moyen de différents types de raccordement. Les plus courants sont :

Les raccords filetés sont fabriqués en matériaux pouvant être soudés ou brasés et offrent une résistance accrue. Les raccords soudés sont couramment rencontrés dans les procédés où la contamination par les filetages doit être évitée, par ex. les industries alimentaires et pharmaceutiques. Les raccordements par joint torique assurent l'étanchéité par l'insertion d'un joint torique dans un manchon soudé à un réservoir. La conception à soudure double des joints du puits thermométrique à bride ANSI B16.5 se caractérise par la soudure de joints ouverts en interne et en externe pour éviter la pénétration dans les aspérités de substances corrosives.

Si le processus autorise l'utilisation de plusieurs types d'appareil de mesure, choisir un diamètre d'alésage standard offre une plus grande souplesse. Un seul puits thermométrique peut ainsi être utilisé pour un thermocouple, un RTD, un thermomètre bimétallique ou un thermomètre de tests. Les diamètres d'alésage standards sont compatibles avec la plupart des appareils de mesure de température. Ce sont :

Diamètre d'alésage 0,26" :
thermomètres bimétalliques tige ¼"
Thermomètre à liquide en verre non blindé autres appareils de diamètre max de 0,25"

Diamètre d'alésage 0,385" :
Thermocouples à gauge #14 Thermomètre à liquide en verre non blindé autres appareils de diamètre max. 0,35"

Un matériau adapté est essentiel à la longévité d'un puits thermométrique. Le produit chimique, la température et le débit auquel le puits themométrique sera exposé doivent être pris en compte pour déterminer le matériau. Les effets corrosifs des produits chimiques sont accrus à des concentrations et températures élevées. Par ailleurs, les particules en suspension dans le liquide peuvent causer des érosions. Les matériaux suivants sont le plus fréquemment utilisés pour la fabrication des puits thermométriques :

Les aciers au carbone sont moins résistants aux substances corrosives et sont limités aux applications de faibles températures et pressions. L'acier inoxydable est le matériau le plus utilisé pour les puits thermométriques. Un puits thermométrique en acier inoxydable est économique et hautement résistant à la chaleur et à la corrosion. L'acier chrome/molybdenum, hautement résistant, est employé pour les récipients sous pression. L'ajout de molybdenum renforce sa résistance à la corrosion. L'alliage Haynes se compose de cobalt, de nickel, de chrome et de tungstène. Il est souvent utilisé dans les environnements à teneur en soufre, carbure et chlore.

La longueur d'insertion est la distance entre le point de connexion du puits thermométrique et l'extrémité. Pour une précision optimale, la longueur d'insertion doit être suffisamment longue pour que la partie sensible à la température de l'appareil de mesure pénètre le milieu à mesurer. Pour mesurer la température des liquides au moyen d'un capteur de température, la longueur de la partie sensible à la température de l'appareil plus 2,54 cm (un pouce) au moins doit être immergée dans la solution. Pour le gaz ou l'air, la longueur du segment sensible à la température plus 7,62 cm (trois pouces) doit être immergée. La partie sensible à la température d'un thermocouple ou d'un thermistor est courte ; un puits thermométrique dont la longueur d'insertion est plus courte peut aussi être utilisé. La partie sensible à la température des thermomètres bimétalliques, des RTD et des thermomètres à liquides en verre, mesure entre 1 et 2" et doit ête immergée dans au moins 2½" de liquide pour garantir une précision acceptable.

L'exposition de tous les appareils de mesure de la température au débit, à la chaleur et à la pression les détériore. Au fil du temps, l'environnement extrême peut nuire aux performances et à l'intégrité structurelle du capteur. Par exemple, les métaux servant à la fabrication d'une sonde d'un thermocouple sont vulnérables aux environnements corrosifs. Par ailleurs, le fil du thermocouple, de diamètre compris entre 0,10 et 0,20", subira des changements métallurgiques après une exposition prolongée à la chaleur. Les puits thermométriques protègent le capteur de mesure des effets dommageables de l'environnement du procédé, pour éviter les erreurs de mesure. Toutes les données de températures des procédés critiques doivent être consignées par des enregistreurs, comme des contrôleurs de température. Il est tout aussi important d'étalonner régulièrement les capteurs de température de ces processus pour vérifier la précision. Des fours d'étalonnage offrent un étalonnage traçable NIST pour les sondes de thermistor, de thermocouple et de RTD. L'équipement sans contact (caméras thermiques et pyromètres, appareil d'étalonnage à corps noir) offre une précision d'un pourcent, mais est hautement reproductible. Bien que les étalonnages puissent être réalisés en interne, un laboratoire de certification accrédité AS17025 garantira la traçabilité NIST des méthodes utilisées.