Thermocouples - Choix de la sonde 

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Choix du thermocouple

Les thermocouples sont les capteurs de température très répandus. Ils sont peu coûteux, interchangeables, robustes et peuvent mesurer une large gamme de températures. 


Les thermocouples se composent essentiellement de deux métaux / alliages dissemblables qui, lors de la jonction, généreront un faible signal s'il existe une différence de température entre la jonction chaude (jonction de mesure) et la jonction froide ou la jonction de référence. 
Le signal dépend uniquement de la différence de température et, en tant que tel, un thermocouple ne peut pas être testé correctement si les deux jonctions sont à la même température. 

Bien que presque tous les types de métal puissent être utilisés pour réaliser un thermocouple, un certain nombre de types standard sont utilisés car ils possèdent des tensions de sortie prévisibles et de grands gradients de température. 

Il est essentiel que le câblage du thermocouple (jonction froide) à l'instrument de mesure soit en matériau de compensation ou d'extension du même calibrage que le thermocouple. L'utilisation de fils de cuivre ou d'autres matériaux entraînera une perte de CEM et donc une erreurs. 

La loi des métaux intermédiaires indique qu'un troisième métal, inséré entre les deux métaux dissemblables d'une jonction de thermocouple n'aura aucun effet à condition que les deux jonctions soient à la même température. Cette loi est également importante dans la construction des jonctions thermocouples. Il est acceptable de réaliser une jonction thermocouple en soudant les deux métaux, car la soudure n'affectera pas la lecture. En pratique, les jonctions thermocouples sont réalisées en soudant ensemble les deux métaux; Cela garantit que la performance n'est pas limitée par le point de fusion de la soudure. 

Les thermocouples sont disponibles sous forme de thermocouples "nues" peu coûteux et qui offrent des temps de réponse rapides, intégrés dans des sondes ou des capteurs de gaines métalliques isolées minéralement.
Une grande variété de sondes sont disponibles, adaptées à différentes applications de mesure (industrielles, scientifiques, température alimentaire, recherche médicale, etc.). 

Lors du choix d'un thermocouple, il faut tenir compte du type de thermocouple, de l'isolation et de la construction de la sonde. Tout cela aura un effet sur la gamme de températures mesurable, la précision et la fiabilité des lectures. Une grande variété de sondes sont disponibles, adaptées à différentes applications de mesure (industrielles, scientifiques, température alimentaire, recherche médicale, etc.).

Type K (Chromel / Alumel)

Le type K est le thermocouple «à usage général». Il est peu coûteux et, en raison de sa popularité, il est disponible dans une grande variété de sondes. Les thermocouples sont disponibles dans la gamme -200 ° C à + 1200 ° C. La sensibilité est d'environ 41uV / ° C. Utilisez le type K, sauf si vous avez une bonne raison de ne pas le faire. 

Type "K" EMF dans mV Ansi MC96.1 1975 IEC 584-3 
(Référence Junction 0C) 

Matériau + Chromel / - Alumel 
Couleur + Jaune / - Rouge

Type J (Iron / Constantan)

La gamme limitée (-40 à + 750 ° C) rend le type J moins populaire que le type K. L'application principale est avec un équipement ancien qui ne peut pas accepter des thermocouples «modernes». Les types J ne doivent pas être utilisés au-dessus de 760 ° C, car une transformation magnétique abrupte entraînera une décalibration permanente. 

Type "J" EMF en mV MC96.1 1975 IEC 584-3 (Jonction de référence 0 ° C) 
Matériau + Fer / - Constantan 
Couleur Blanc / Rouge

Type N (Nicrosil / Nisil)

La haute stabilité et la résistance à l'oxydation à haute température rendent le type N adapté aux mesures à haute température sans le coût des types de platine (B, R, S). Conçu pour être «K» amélioré, il devient de plus en plus populaire. 

Type "N" EMF dans mV Ansi MC96.1 1975 IEC 584-3 (Jonction de référence 0 ° C) 
Matériau + Nicrosil / 
Couleur du Nil + Orange / - Rouge

Les types de thermocouple B, R et S sont tous des thermocouples métalliques "nobles" et présentent des caractéristiques similaires. Ils sont le plus stable de tous les thermocouples, mais en raison de leur faible sensibilité (environ 10uV / 0C), ils ne sont généralement utilisés que pour des mesures à haute température (> 600 ° C). Ces thermocouples métalliques nobles nécessitent tous des gaines de protection en céramique de haute pureté destinées à être utilisées dans des applications industrielles.

Type B (Platine / Rhodium)

Adapté aux mesures à haute température jusqu'à 1800 ° C. 

Type R (platine / rhodium)

Adapté aux mesures à haute température jusqu'à 1600 ° C. Faible sensibilité (10uV / ° C) et coût élevé.

Type S (platine / rhodium)

Adapté aux mesures à haute température jusqu'à 1600 ° C. En raison de sa stabilité élevée, le type S est utilisé comme étalon pour le point de fusion de l'or (1064,43 ° C).

Instructions d'utilisation

Précautions et considérations relatives à l'utilisation de thermocouples

La plupart des problèmes de mesure et des erreurs avec les thermocouples sont dues à un manque de compréhension de la façon dont les thermocouples fonctionnent. Les thermocouples peuvent souffrir de vieillissement et la précision peut varier en conséquence, surtout après une exposition prolongée aux températures aux extrémités de leur aire de fonctionnement utile. Voici quelques-uns des problèmes les plus courants à prendre en compte.

Problèmes de connexion

De nombreuses erreurs de mesure sont causées par des jonctions thermocouples non intentionnelles. Toute jonction de deux métaux différents entraînera une jonction. Si vous devez augmenter la longueur des conducteurs de votre thermocouple, vous devez utiliser le type de câble d'extension de thermocouple (p. Ex. Type K pour les thermocouples de type K). L'utilisation d'un autre type de fil présentera une jonction de thermocouple. Les connecteurs utilisés doivent être constitués d'un matériau de thermocouple correct et une polarité correcte doit être respectée. Tout court-circuit des fils thermocouples dans la tête ou le connecteur de la borne créera une autre jonction et l'instrument lira cette température et non la température de jonction à chaud.

Résistance au plomb

Pour améliorer les temps de réponse, les thermocouples sont constitués d'un fil mince (dans le cas des types de platine, le coût est également une considération). Cela peut entraîner une résistance élevée du thermocouple qui peut le rendre sensible au bruit et peut également provoquer des erreurs en raison de l'impédance d'entrée de l'instrument de mesure. Un thermocouple à jonction exposée typique avec un fil 32AWG (0,25 mm de diamètre) aura une résistance d'environ 15 ohms / mètre. Si des thermocouples avec des fils minces ou des câbles longs sont nécessaires, il vaut la peine de garder les fils thermocouples courts, puis d'utiliser un fil d'extension de thermocouple (ce qui est beaucoup plus épais, donc une résistance inférieure) pour fonctionner entre le thermocouple et l'instrument de mesure.

Interférences

La sortie d'un thermocouple est un faible signal, de sorte qu'il est sujet aux interférences électrique. Si votre capteur se trouve dans un environnement bruyant (par exemple, près d'un moteur électrique), il est recommandé d'utiliser un câble d'extension blindé. Si le capteur de bruit est soupçonné, éteignez tout l'équipement suspect et vérifiez si la lecture change. 
Il n'y a aucune fonction de maintenance possible sur un thermocouple, mais des contrôles d'étalonnage programmés sont recommandés.

Les thermocouples dérivent dans l'étalonnage, mais le taux de dérive dépend du temps et de la température. 
Dans une source de température connue, vérifier la sortie du thermocouple avec les degrés Thermocouple C du tableau.
Les thermocouples ou leur câblage peuvent faire court-circuit ou circuit ouvert provoquant des signaux d'erreur. Une autre condition de défaut pour les enregistreurs de données ou les émetteurs est une faible résistance d'isolation entre les conducteurs et la terre, ce qui entraîne une mise à la terre de la boucle du thermocouple. 

Si le thermocouple montre l'une des 3 conditions de défaut, il devra être remplacé.

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