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Thermocouple

Qu'est-ce qu'une sonde thermocouple?

Un thermocouple est un capteur qui mesure la température. Il se compose de deux métaux de natures différentes reliés à une extrémité. Quand la jonction des métaux est chauffée ou réfrigérée, une tension variable est produite, qui peut être ensuite transcrite en température. Les alliages thermocouple sont généralement disponibles en fils.
Assemblage avec deux fils thermocouples

Apprendre plus sur les thermocouple

L'effet Seebeck

En 1821, Thomas Seebeck a découvert le passage du courant continu dans le circuit thermoélectrique lorsque deux fils de métaux différents sont reliés aux extrémités et l'une des extrémités est chauffée.

Thermocouples : Quels sont les différents types?


Les sondes thermocouples sont disponibles dans différentes combinaisons de métaux ou de calibrages pour accommoder diverses utilisations. Les trois calibrages les plus communs sont les sondes thermocouples types K, T et J; le type K étant le plus populaire grâce à sa large palette de températures et son prix peu élevé. Il est composé d'un conducteur positif Nickel-Chrome et d'un conducteur négatif Nickel-Aluminium. Il existe aussi des calibrages à hautes températures, R, S, B, G, C, et D qui offrent une performance jusqu'à 2320°C. Ceux-ci sont fabriqués à partir de métaux précieux tels que le platine/rhodium et le tungstène/rhénium qui sont par conséquent relativement chers.

Table - Types de thermocouples avec  leurs erreurs and plage de température
Chaque calibrage a une palette de températures différente et un environnement d'application propre. Bien que le calibrage du capteur thermocouple dicte cette palette, elle est limitée par le diamètre du fil de thermocouple. Ainsi, un thermocouple très fin peut ne pas couvrir la palette de températures complète. Notre Guide de température maximale des thermocouples montre les températures maximales pour chaque modèle de thermocouple et chaque diamètre de fil. Ce guide fournit également les températures maximales des sondes thermocouples à gaine de diamètre courant isolées par minerai.

Choisir le bon thermocouple

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Thermocouple à fil perlé Thermocouple à fil perlé
Un thermocouple à fil perlé est la forme la plus simple d'une sonde thermocouple. Il se compose de deux morceaux de fils de thermocouple joints par une perle soudée. La perle étant à découvert, il y a de nombreuses conditions d'utilisation à respecter. Le thermocouple perlé ne doit pas être utilisé avec les liquides qui pourraient corroder ou oxyder l'alliage. Les revêtements métalliques peuvent également être problématiques. Souvent des revêtements métalliques sont utilisés, particulièrement pour les conduits destinés à enterrer les systèmes électriques. Le raccordement indirect à un système électrique peut modifier la mesure des thermocouples. En revanche, les thermocouples à fil perlé sont un bon choix pour mesurer la température de gaz. Leur petite taille assure un temps de réponse rapide.
Sonde Thermocouple Sonde Thermocouple
Une sonde de thermocouple se compose d'un thermocouple logé à l'intérieur d'un tube métallique. La paroi du tube est appelée gaine de la sonde. Les matériaux de gaine les plus courants sont l'acier inoxydable et l'Inconel. l'Inconel tolère des températures plus élevées que l'acier inoxydable. Cependant, l'acier inoxydable est plus souvent utilisé en raison de sa compatibilité chimique plus importante. Pour les températures très élevées, d'autres matériaux exotiques de gaine sont également disponibles.

Cliquez ici pour plus d'information sur les Sondes exotiques de hautes températures.

Les extrémités des sondes de thermocouple sont disponibles dans trois modèles différents : jonction fondée, isolée et exposée. Avec une jonction fondée, le thermocouple est en contact avec la paroi de la gaine. Cette version offre un temps de réponse rapide mais elle est la plus sensible aux champs électriques. Pour les jonctions isolées, le thermocouple est séparé de la paroi de la gaine par une couche d'isolant. Le thermocouple à jonction exposée dépasse hors de la gaine. Ceux sont les plus adaptés pour les mesures concernant l'air.
Sonde de surface Sonde de surface
Mesurer la température d'une surface solide est difficile pour la plupart des capteurs de température. Afin d'assurer une mesure précise, le secteur entier de mesure du capteur doit être en contact avec la surface. Chose difficile à mettre en oeuvre lorsque l'on travaille avec un capteur et une surface rigide. Vu que les thermocouples sont fabriqués de métaux malléables, la jonction peut-être adaptée (plate et mince) afin de fournir un contact maximal avec une surface rigide. Ces thermocouples sont un excellent choix pour des mesures de surface. Ils peuvent même être fabriqués avec un mécanisme qui tourne afin de pouvoir mesurer des surfaces en mouvement.
Enregistreur sans fil Bluetooth pour thermocouple Thermocouples sans fil
Transmetteurs sans fil Bluetooth qui se connectent avec des smartphones ou des tablettes pour surveiller les mesures de température. Ces transmetteurs mesurent les entrées des différents capteurs, y compris la température, le pH, la RTD, l'humidité relative entre autres. La transmission des données est réalisée via la technologie sans fil Bluetooth à un smartphone ou à une tablette avec l'application installée. Celle-ci permettra au smartphone de pairer avec plusieurs transmetteurs.

Questions fréquemment posées

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Comment choisir un thermocouple

  1. Déterminez l'application dans laquelle le capteur de thermocouple sera utilisé
  2. Analyser la plage de température à laquelle la sonde thermocouple sera exposée
  3. Examiner toute résistance chimique nécessaire pour le thermocouple ou matériau de la gaine
  4. évaluer la nécessité d'abrasion et de résistance aux vibrations
  5. Liste des exigences d'installation

Comment choisir un Thermocouple?


Comme les thermocouples peuvent être utilisés dans de larges palettes de températures et peuvent être relativement solides, ils sont employés très souvent dans l'industrie. Les critères suivants sont pris en compte dans leur sélection:
  • Palette de températures
  • Résistance chimique du thermocouple ou de la gaine
  • Résistance aux abrasions et vibrations
  • Conditions requises d'installation (compatibilité avec les équipements existants: par exemple les trous existants peuvent déterminer le diamètre des sondes...)

Quel type de jonction choisir?


Les sondes de thermocouple gainées sont disponibles avec un choix de trois types de jonctions: fondée, isolée ou exposée (voir schéma ci-dessous : « Modèles d'extrémité de thermocouple »). A l'extrémité d'une sonde de jonction fondée, les fils de thermocouple sont physiquement attachés à l'intérieur de la paroi de la sonde. Ceci favorise le transfert de chaleur de l'extérieur de la paroi de la sonde à la jonction du thermocouple. Dans une sonde isolée, la jonction de thermocouple est détachée et isolée de la paroi de la sonde. Le temps de réponse est donc plus lent que celui de la sonde fondée, mais l'isolation est aussi une isolation électrique (voir tableau ci-dessous).

Résistance d'isolation à la température ambiante. Thermocouple à jonction isolée
Diamètre nominal de gaine Tension/min appliquée Résistance d'isolation min
Moins de 0.90mm (0.03in.) 50V 100M Ohms
0.80-1.5mm (0.030 to 0.059in.) 50V 500M Ohms
Plus de 1.5mm (0.059in.) 500V 1000M Ohms

Le thermocouple à jonction exposée sort de la gaine et est exposé à l'air libre. Ce modèle offre le meilleur temps de réponse, mais son utilisation est limitée à des applications sèches, non corrosives et non pressurisées.

Qu'est-ce-que le temps de réponse?


Un temps constant a été défini comme le temps requis pour qu'un capteur atteigne 63.2% de la température de l'étape d'altération dans des conditions spécifiques. Cinq temps constants sont nécessaires pour que le capteur approche 100% de la valeur de l'étape d'altération. Un thermocouple à jonction exposée a le temps de réponse le plus rapide. En outre, plus le diamètre de la gaine de la sonde est petit, plus le temps de réponse est rapide, mais la température maximale peut être amoindrie. Cependant, soyez conscient que, parfois, la gaine de la sonde ne peut pas résister à la même gamme de température que celle du thermocouple selon les modèles.

Matière Température Maximale Conditions atmosphériques
Oxydation Hydrogène Vide Inerte
304 SS 00°C (1650°F) Très Bon Bon Très Bon Très Bon
Inconel 600 1148°C (2100°F) Très Bon Bon Très Bon Très Bon

Gammes de Thermocouples et Tolérances


Les caractéristiques de précisions IEC & ANSI et les palettes de températures sont répertoriées pour les modèles de thermocouples les plus communs dans notre Guide de tolerance de thermocouples.

Tableau de référence des thermocouples


Les thermocouples produisent une tension qui peut être corrélée avec la température mesurée. Les documents dans le tableau ci-dessous fournissent la tension thermoélectrique et la température correspondante pour chaque modèle. La plupart des documents fournissent également la palette de températures de chaque thermocouple, leur marge d'erreur et les conditions du milieu à prendre en compte.