QU’EST-CE QU’UN THERMOCOUPLE, QUELS SONT LES TYPES DE THERMOCOUPLES ET À QUOI SERVENT-ILS ?

Un thermocouple est un type de capteur de température constitué de deux fils ou alliages de métaux différents qui sont reliés à une extrémité pour former une jonction de mesure. Il produit une tension proportionnelle à la différence de température entre la jonction de mesure et une jonction de référence (souvent à une température connue) lorsqu’il est soumis à un gradient de température. Dans plusieurs applications industrielles, scientifiques et commerciales, cette tension est utilisée pour détecter et contrôler la température.

Comment fonctionne un thermocouple ?

Un thermocouple est créé en joignant deux métaux distincts. Après avoir été connectés, les métaux forment deux jonctions qui sont soumises à différentes températures. Le champ électromagnétique de Peltier est généré dans le circuit par la différence de température entre les jonctions.

Les températures aux deux jonctions doivent être différentes car des températures égales entraînent des courants nets zéro circulant dans le circuit. Le champ électromagnétique généré dans le circuit est déterminé par les métaux utilisés pour fabriquer le thermocouple.

Le thermocouple est connecté à un dispositif qui mesure le champ électromagnétique/le courant passant dans le circuit. Il contrôle le flux de courant causé par l’écart de température entre les deux métaux du thermocouple. La température de la jonction de référence est connue, tandis que la température de l’autre connexion est inconnue. 

La sortie du circuit est calibrée par rapport à la jonction de température inconnue. Enfin, le thermocouple est utilisé pour déterminer la température de la connexion inconnue. 

Le champ électromagnétique généré dans le circuit étant très faible, des capteurs très sensibles sont utilisés pour détecter le courant. Les potentiomètres d’équilibrage de tension et les galvanomètres sont les dispositifs les plus régulièrement utilisés. 

Types de thermocouples

L’effet Seebeck, qui produit une tension lorsqu’il y a une différence de température entre deux métaux ou alliages dissemblables, est la base du fonctionnement des thermocouples, qui sont des capteurs de température. Les thermocouples sont disponibles dans une grande diversité de variétés, chacune présentant des caractéristiques uniques et des plages de température qui lui sont propres. Les différents types de thermocouples sont les suivants :

Type K (Chromel/Alumel) :

• Plage de température : Environ -200°C à 1 372°C (-328°F à 2 502°F)
• En raison de sa large plage de températures et de sa précision, il est largement utilisé pour des applications à usage général.

Type J (Fer/Constantan) :

• Plage de température : Environ -40°C à 760°C (-40°F à 1 400°F)
• Il présente une bonne sensibilité et convient aux applications requérant des températures plus basses. 

Type T (Cuivre/Constantan) :

• Plage de température : Environ -200°C à 350°C (-328°F à 662°F)
• Il est fréquemment utilisé dans les applications cryogéniques et biologiques en raison de sa haute sensibilité.

Type E (Chromel/Constantan) :

• Plage de température : Environ -270°C à 1 000°C (-454°F à 1 832°F)
• Il convient à une variété de processus, notamment la cryogénie et les processus à température modérée.

Type N (Nicrosil/Nisil) :

• Plage de température : Environ -200°C à 1300°C (-328°F à 2 372°F)
• Il assure une grande précision et une grande stabilité, ce qui le rend approprié pour une variété d’applications industrielles.

Type S (Platine/Rhodium – 10%/90%) :

• Plage de température : Environ 0°C à 1 600°C (32°F à 2 912°F)
• Utilisé fréquemment dans les opérations industrielles à haute température et dans les laboratoires en raison de sa grande précision et de sa stabilité.

Type R (Platine/Rhodium – 13%/87%) :

• Plage de température : Environ 0°C à 1 600°C (32°F à 2 912°F)
• Également utilisé pour les essais à haute température, bien que la composition du matériau soit quelque peu différente de celle du Type-S.

Type B (Platine/Rhodium 30%/70%) :

• Plage de température : Environ 0°C à 1 700°C (32°F à 3 092°F)
• Convient aux applications exigeant des températures extrêmement élevées, telles que celles rencontrées dans le secteur métallurgique.

Chaque type de thermocouple a une composition matérielle, une plage de température et une sensibilité distinctes qui le rendent adapté à une variété d’applications particulières.

Pour garantir des mesures de température précises et fiables, il est essentiel de prendre en compte des éléments tels que la plage de température nécessaire, la précision et les conditions environnementales lors du choix d’un thermocouple pour une application donnée. 

Lire aussi : Thermistance ou thermocouple.

Où le thermocouple est-il utilisé dans le chauffage industriel ?

Les thermocouples sont largement utilisés pour mesurer et contrôler la température dans les applications de chauffage industriel. Ils fournissent des informations en temps réel sur les conditions de température, ce qui est essentiel pour préserver la sécurité, la qualité et l’efficacité des processus de production. La liste suivante comprend quelques applications typiques de chauffage industriel pour les thermocouples :

• Fourneaux et étuves

La température à l’intérieur des étuves et des fourneaux utilisés dans des secteurs tels que la métallurgie, la céramique, la fabrication du verre et le traitement thermique doit être surveillée et contrôlée par des thermocouples.

• Fours industriels

Les fours industriels sont utilisés pour une variété de processus, notamment la cuisson, le séchage, le durcissement et le recuit. Les thermocouples sont utilisés pour réguler et maintenir des températures précises dans ces fours. 

• Traitement chimique

La température des cuves de réaction, des colonnes de distillation et d’autres équipements est contrôlée par des thermocouples dans les installations de fabrication et de traitement de produits chimiques afin de vérifier que les réactions chimiques se déroulent comme prévu.

• Raffineries de pétrole et de gaz

Dans les raffineries, les thermocouples sont utilisés pour mesurer la température des équipements de gaz et de liquides afin d’améliorer les opérations et de garantir la sécurité.

• Production d’électricité

En surveillant la température de la vapeur, des gaz et de nombreux composants, les thermocouples jouent un rôle crucial dans les centrales électriques, assurant un fonctionnement sûr des équipements et une production énergétique rentable.

• Transformation des matières plastiques

Les thermocouples contribuent à maintenir une qualité constante des produits en régulant la température des composants chauffants et des moules utilisés pour l’extrusion, le moulage par injection et d’autres opérations de transformation des matières plastiques.

• Industrie agroalimentaire

Les thermocouples sont utilisés pour réguler et contrôler la température dans les fours industriels, les appareils de stérilisation et les équipements de transformation des aliments afin de garantir la qualité et la sécurité des aliments produits.

• Industrie pharmaceutique

Au cours des étapes de séchage, de mélange et de granulation du processus de production pharmaceutique, les thermocouples sont utilisés pour maintenir un contrôle précis de la température. 

Avantages et inconvénients de l’utilisation des thermocouples

En raison de leurs avantages, les thermocouples servent souvent de capteurs de température dans divers domaines et applications, mais ils présentent également certains inconvénients. Les avantages et les inconvénients des thermocouples sont les suivants : 

Avantages :

• Large plage de températures

Les thermocouples sont excellents pour une variété d’applications parce qu’ils peuvent mesurer une large plage de températures, des températures cryogéniques aux températures extrêmement élevées.

• Temps de réponse rapide

Ils sont utiles dans les situations où des variations rapides de température doivent être contrôlées ou régulées en raison de leur temps de réponse rapide.

• Durabilité 

Ils sont solides et résistants aux contraintes mécaniques et aux vibrations, ce qui en fait d’excellents produits pour les applications industrielles et automobiles.

• Conception simple

Leur conception est simple avec seulement deux fils, ce qui facilite leur installation et leur réparation en cas de besoin.

• Rentabilité 

Plus abordables que d’autres capteurs de température, ils constituent une option populaire pour les applications à budget serré.

• Compatibilité

Ils sont compatibles avec divers matériaux et substances, notamment les liquides, les gaz et les solides, ce qui les rend utiles dans différents secteurs d’activité. 

Inconvénients :

• Précision

La précision du thermocouple est relativement inférieure à celle des thermistances et des RTD (détecteurs de température à résistance), qui sont d’autres types de capteurs de température. Le type de thermocouple, son âge et le climat peuvent avoir une incidence sur la précision.

• Non-linéarité

La relation entre la tension de sortie et la température d’un thermocouple n’est pas linéaire, ce qui rend les lectures de température plus difficiles et nécessitent un étalonnage et une correction plus complexes. 

• Compensation de soudure froide

Les thermocouples doivent être compensés pour la soudure froide afin de tenir compte de l’écart de température entre le point de mesure et la jonction de référence, qui est souvent l’instrument. Cela peut rendre le système de mesure plus complexe. 

• Sensibilité limitée

Par rapport à d’autres capteurs comme les thermistances, la sensibilité limitée d’un thermocouple peut être un inconvénient lorsqu’une haute précision est requise.

• Résolution limitée

En raison de leur sensibilité réduite, ils peuvent ne pas offrir le niveau de résolution requis pour des mesures de température extrêmement précises. 

• Interférences et bruit

La précision des mesures de température peut se voir affectée par les interférences et le bruit, car les thermocouples sont sujets aux interférences et aux bruits électromagnétiques, en particulier dans les environnements industriels contenant des équipements électriques.

Conclusion

Les thermocouples sont des capteurs de température fiables qui sont fréquemment utilisés en raison de leur durabilité et de leur adaptabilité. Pour mesurer la température dans une large plage, allant des températures cryogéniques aux températures extrêmement élevées, ils fonctionnent sur le principe de générer une tension lorsqu’ils sont exposés à des fluctuations de température.

Un étalonnage doit être effectué fréquemment pour maintenir le haut niveau de précision. Les différents types de thermocouple répondent à des plages de température et à des utilisations différentes. Ils sont largement utilisés dans les contextes industriels et scientifiques en raison de leur fiabilité et de leur temps de réponse rapide, ce qui en fait des outils essentiels pour le contrôle et la gestion de la température.

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