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Thermocouples

Qu'est-ce qu'une sonde thermocouple?

Un capteur thermocouple est un capteur qui mesure la température. Il se compose de deux métaux de nature différente reliés à une extrémité. Quand la jonction des deux métaux est chauffée ou refroidie, une tension se produit qui peut être transcrite en température. Les alliages de thermocouple sont généralement disponibles sous forme de fil.

Connus pour leur polyvalence en tant que capteurs de température, les thermocouples sont fabriqués dans une variété de styles, tels que des sondes à thermocouple, thermocouples universels à isolement minéral, sondes à jonction, thermocouples à infrarouge, thermocouples isolés et à fils nus ou même des fils et câbles pour thermocouple.

Ils sont couramment utilisés dans un large éventail d'applications. En raison de leur large gamme de modèles et de spécifications techniques, il est extrêmement important de comprendre la structure, la fonctionnalité, les différentes gammes afin de mieux déterminer le bon type et le matériau du thermocouple pour une certaine application.

Thermocouple

Apprendre plus sur les thermocouples

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.

Comment fonctionne un thermocouple?

Lorsque deux fils composés de métaux dissemblables sont réunis aux deux extrémités et qu'une des extrémités est chauffée, il y a un courant continu qui circule dans le circuit thermoélectrique. Si ce circuit est rompu au centre, la tension nette du circuit ouvert (la tension de Seebeck) est fonction de la température de jonction et de la composition des deux métaux. Ce qui signifie que lorsque la jonction des deux métaux est chauffée, ou refroidie, une tension est produite qui peut être corrélée à la température.

Qu’est-ce que le temps de réponse?

Une constante de temps a été définie comme le temps requis par un capteur pour atteindre 63,2 % du changement progressif de température conformément à un ensemble de conditions spécifiées. Cinq constantes de temps sont nécessaires pour que le capteur approche 100 % de la valeur du changement progressif. Un thermocouple à jonction exposée offre le temps de réponse le plus rapide. En outre, plus le diamètre de la gaine de la sonde est petit, plus la réponse est rapide, mais la température maximale peut être réduite. Soyez conscient, toutefois, que parfois la gaine de la sonde ne peut pas résister à la plage de températures complète du type de thermocouple.

Découvrez les différents types thermocouples

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.

Common Thermocouple Temperature Ranges
Calibration Temperature
Range
Standard Limits
of Error
Special Limits
of Error
J 0° to 750°C
(32° to 1382°F)
Greater of 2.2°C
or 0.75%
Greater of 1.1°C
or 0.4%
K -200° to 1250°C
(-328° to 2282°F)
Greater of 2.2°C
or 0.75%
Greater of 1.1°C
or 0.4%
E -200° to 900°C
(-328° to 1652°F)
Greater of 1.7°C
or 0.5%
Greater of 1.0°C
or 0.4%
T -250° to 350°C
(-328° to 662°F)
Greater of 1.0°C
or 0.75%
Greater of 0.5°C
or 0.4%
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.

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. Evaluer 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).



Types de thermocouples

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Picture - Beaded Wire Thermocouple Thermocouple à fil perlé
Un thermocouple à fil perlé est la forme la plus simple du thermocouple. Il se compose de deux morceaux de fil à thermocouple joint par une perle soudée. La perle étant exposée, de nombreuses conditions d’utilisation doivent être respectées. Le thermocouple à fil perlé ne doit pas être utilisé avec les liquides qui pourraient corroder ou oxyder son alliage. Les revêtements métalliques peuvent également poser problème. Des revêtements métalliques sont souvent 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 règle générale, les thermocouples à fil perlé sont un bon choix pour mesurer la température des gaz. Comme ils peuvent être très petits, ils assurent également un temps de réponse très rapide.
Thermocouple Probe Sonde thermocouple
Une sonde thermocouple consiste en un fil à thermocouple logé à l’intérieur d’un tube métallique. La paroi du tube est appelée gaine de la sonde. Les matériaux de gaine usuels sont l’acier inoxydable et l’Inconel. L’Inconel tolère des températures plus élevées que l’acier inoxydable, mais ce dernier 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. Consultez notre gamme de sondes thermocouples exotiques hautes températures.

Trois modèles différents d’extrémité de sondes thermocouples sont disponibles : mise à la terre, isolée et exposée. Avec une extrémité mise à la terre, le thermocouple est en contact avec la paroi de la gaine. Cette jonction offre un temps de réponse rapide, mais elle est la plus sensible aux boucles de masse électriques. Avec les jonctions isolées, le thermocouple est séparé de la paroi de la gaine par une couche isolante. Avec une jonction exposée, l’extrémité du thermocouple dépasse hors de la paroi de la gaine. Les thermocouples à jonction exposée sont les plus adaptés à la mesure de l’air.
Surface Probe 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, la partie entière de mesure du capteur doit être en contact avec la surface. Ceci est difficile à mettre en œuvre avec un capteur et une surface rigides. Comme les thermocouples sont fabriqués à partir de métaux malléables, la jonction peut être aplatie et amincie pour fournir un contact maximal avec une surface solide et rigide. Ces thermocouples sont un excellent choix pour les mesures de surface. Ils peuvent même être fabriqués avec un mécanisme qui tourne afin de pouvoir mesurer la température de surfaces en mouvement. Le modèle K est de type Chromega - Alomega.

Questions fréquemment posées

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Quelles sont les plages de température des différents thermocouples?

Vous pouvez en savoir plus sur la précision des thermocouples et les plages de température sur cette table de codes de couleurs thermocouples. La précision et la portée dépendent de l'alliage des thermocouples, de la température mesurée, de la construction du capteur, du matériau de la gaine, du support à mesurer, de l'état du support (liquide, solide , Ou le gaz) et le diamètre du fil du thermocouple (s'il est exposé) ou du diamètre de la gaine (si le fil du thermocouple n'est pas exposé mais est gainé).

Puis-je utiliser un multimètre pour mesurer la température avec des thermocouples?

L'amplitude de la tension thermoélectrique dépend de l'extrémité fermée (détection) ainsi que de l'extrémité ouverte (mesure) des fils d'alliage de thermocouple particuliers. Les instruments de mesure de la température qui utilisent des thermocouples tiennent compte de la température de l'extrémité de mesure pour déterminer la température à l'extrémité de détection. La plupart des millivoltmètres ne possèdent pas cette capacité, et ils n'ont pas non plus la capacité de faire une mise à l'échelle non linéaire pour convertir une mesure de millivoltage en une valeur de température. Il est possible d'utiliser des tableaux de consultation pour corriger une lecture en millivoltage particulière et calculer la température détectée. Cependant, la valeur de correction doit être recalculée en continu, car elle n'est généralement pas constante dans le temps. De petits changements de température à l'instrument de mesure et à l'extrémité de détection modifient la valeur de correction.

Comment choisir entre thermocouples, sondes RTD, thermistances et dispositifs infrarouges?

Vous devez tenir compte des caractéristiques et des coûts des différents capteurs ainsi que de l'instrumentation disponible. En outre, les thermocouples peuvent généralement mesurer des températures sur de larges plages de températures, peu coûteuses et très robustes, mais ils ne sont pas aussi précis et stables que les thermorétracteurs. Les RTD sont stables et ont une plage de températures assez large, mais ne sont pas aussi robustes et peu coûteux que les thermocouples. Comme ils nécessitent l'utilisation de courant électrique pour effectuer des mesures, les RTD sont soumis à des imprécisions de l'auto-échauffement. Thermistors ont tendance à être plus précis que RTD ou thermocouples, mais ils ont une gamme de température beaucoup plus limitée. Ils sont également sujets à l'auto-échauffement. Les capteurs infrarouges peuvent être utilisés pour mesurer des températures plus élevées que n'importe lequel des autres dispositifs Et le faire sans contact direct avec les surfaces à mesurer. Cependant, ils ne sont généralement pas aussi précis et sont sensibles à l'efficacité de rayonnement de surface (ou plus précisément à l'émissivité de surface). En utilisant des câbles à fibres optiques, ils peuvent mesurer des surfaces qui ne sont pas dans une ligne de vue directe.

Tableaux de référence des thermocouples

Les thermocouples produisent une tension de sortie qui peut être corrélée à la température que le thermocouple mesure. Les documents cités dans le tableau ci-dessous fournissent la tension thermoélectrique et la température correspondante pour chaque type de thermocouple. La plupart des documents fournissent également la plage de températures du thermocouple, les erreurs maximales tolérées et les considérations environnementales.

Thermocouple de Type B(° C) Thermocouple de Type B(° F) Thermocouple de Type C(° C) Thermocouple de Type C(° F) Thermocouple de Type E(° C) Thermocouple de Type E(° F) Thermocouple de Type J(° C) Thermocouple de Type J(° F) Thermocouple de Type K(° C) Thermocouple de Type K(° F) Thermocouple de Type N(° C) Thermocouple de Type N(° F) Thermocouple de Type R(° C) Thermocouple de Type R(° F) Thermocouple de Type S(° C) Thermocouple de Type S(° F) Thermocouple de Type T(° C) Thermocouple de Type T(° F) • Tungstène et tungstène/
Rhenium
CHROMEGA™ vs. Or-0.07
% atomique de fer