Capteur de température thermocouple

Un thermocouple, ou couple thermoélectrique, se compose de deux fils en métaux conducteurs différents. Les fils sont reliés par deux types de soudures, le point chaud et le point froid, aussi appelé jonction de référence. Lorsque la jonction chaude est exposée à un changement de température, une tension électrique se crée. On va alors mesurer la différence de potentiel électrique entre la soudure chaude et la soudure froide pour mesurer la température. C’est ce que l’on appelle l’effet thermoélectrique Seebeck, nommé d’après le physicien allemand Thomas Johann Seebeck qui théorise ce phénomène en 1821.

La tension générée dans les fils de métaux conducteurs en fonction de la variation de température est mesurée par un voltmètre. On calcule la différence de potentiel (force électro-motrice) entre la soudure chaude et la soudure froide, puis cette donnée est convertie en degrés Celsius par un transmetteur de température. La conversion de la tension en température est faite grâce à une table de référence et dépend des types de métaux qui composent le thermocouple. En effet, la sensibilité thermoélectrique de chaque métal est différente. Un coefficient de Seebeck a été attribué à chaque matériau en fonction de cette sensibilité.

Pour que la sonde thermocouple fournisse des informations de haute précision, la soudure froide doit être à une température stable ou mesurable. Il faut savoir que cette jonction de référence est en réalité généralement composée de deux métaux différents.

Lorsque la distance entre le point de mesure et l’appareil de mesure est importante, il peut être nécessaire d’ajouter une extension. Le matériau de ce câble doit être d’un calibrage identique au type de thermocouple afin d’éviter les fausses mesures. Une solution est d’utiliser directement le même matériau, ce qui peut être coûteux, il s’agit alors d’un câble d’extension. Il est aussi possible d’avoir recours à un câble de compensation, fabriqué à partir de métaux différents de ceux du thermocouple.

Les capteurs thermocouples peuvent être conçus à partir de toutes sortes de métaux, mais 8 types de thermocouples sont principalement utilisés. Il s’agit des types de thermocouples couverts par la norme européenne CEI 60584.1. Cette norme répertorie les thermocouples en les désignant par une lettre et un nom dans lequel l’élément positif est cité en premier.

Les types de thermocouples les plus utilisés

·         Le type K (Chromel (alliage Nickel-Chrome) / Alumel (alliage Nickel-Aluminium)) est le thermocouple le plus largement utilisé dans l’industrie. Il couvre en effet une large plage de mesure de température, de -200 à 1200 °C. Son prix est peu élevé et sa sensibilité est d'environ 41 uV / ° C.

·         Le thermocouple type J (Fer / Constantan (alliage Cuivre-Nickel)) peut être utilisé en milieu réducteur. Il mesure la température sur une plage de -40 à 750 °C. Il ne doit pas être utilisé au-delà de 760 °C, au risque de provoquer une transformation magnétique entraînant une décalibration permanente. La présence du fer le rendant sensible à l’oxydation, il est souvent proposé avec une gaine en inox.

·         Le type T (Cuivre / Constantan (alliage Cuivre-Nickel)) est principalement utilisé en laboratoire sur une plage -185 à 300°C. Il est très stable sur des mesures de basse température et la cryogénie.

·         Le type E (Chromel (alliage Nickel-Chrome) / Constantan (Alliage Cuivre-Nickel)) est adapté pour des mesures de température entre -40 et 800 °C. Il est recommandé pour une utilisation dans un milieu sous vide, gaz inerte, modérément oxydant ou réducteur.

Types de thermocouples réservés aux hautes températures

·         Le type N (Nicrosil (alliage Nickel-Chrome-Silicium) / Nisil (alliage Nickel-Silicium)) bénéficie d’une haute stabilité et d’une résistance à l’oxydation. Il peut être utilisé pour mesurer des températures élevées, jusqu’à plus de 1 280 °C sur de courtes périodes. Il présente l’avantage d’être disponible à un prix plus modéré que d’autres types de thermocouples adaptés aux hautes températures, les B, R ou S, qui contiennent du platine.

·         Les types S (Platine Rhodié 10 % / Platine) et R (Platine Rhodié 13 % / Platine) ont des caractéristiques proches. Ils s’utilisent pour la mesure de hautes températures, c’est-à-dire au-dessus de 1 000 °C et jusqu’à 1 600 °C.  En raison de sa stabilité élevée, le type S est utilisé comme étalon pour le point de fusion de l'or (1 064,43 °C).

·         Le thermocouple type B (Platine Rhodié 30 % / Platine Rhodié 6 %) est prévu pour une mesure de la température jusqu’à 1 600 °C en continu et 1 800 °C en pointe.

Le choix d’une sonde de température ne se limite pas au type de thermocouple, les autres éléments qui la constituent doivent également répondre au mieux à vos besoins. Les conseillers GUILCOR SENSORS sont à votre écoute pour vous conseiller sur le type de sonde adaptée à votre activité. Ils conçoivent aussi avec vous la sonde sur mesure qui correspond le mieux à votre application.