Les thermocouples sont des types de capteurs de température très répandus dans l’industrie. Ils sont robustes, offrent une réponse rapide et peuvent mesurer de hautes températures. Le thermocouple est un capteur qui entre en contact avec l’environnement à mesurer, contrairement au thermomètre infrarouge par exemple. Le capteur de température thermocouple peut être en immersion dans un milieu qui peut être liquide ou gazeux et relié à un enregistreur. Pour comprendre la méthode de mesure thermique utilisée par le thermocouple, il faut tout d’abord s’intéresser à sa composition. Nous verrons ensuite comment la température est déduite de la mesure d’un courant électrique. Certaines pratiques sont impératives pour s’assurer que la mesure de température par thermocouple est précise.
La sonde thermocouple utilise la force électro-motrice
Le capteur de température thermocouple contient de deux fils de métaux ou d’alliages de métaux conducteurs. Ces fils sont reliés à une extrémité, c’est au niveau de cette jonction que la température se mesure. On la désigne généralement sous le terme de soudure chaude. Leur autre extrémité est reliée au boîtier de mesure de température via ce que l’on appelle la soudure ou jonction froide.
Lorsque la soudure chaude a un changement de température, un faible courant électrique se crée. Cette force électro-motrice (ou fém) est proportionnelle à la température en degrés Celsius du point de mesure. On utilise des tables de conversion de thermocouples pour établir une correspondance entre le courant mesuré et la température.
Comment choisir les matériaux qui constituent une sonde thermocouple ?
La plage de mesure de température des capteurs thermocouples varie selon les métaux utilisés pour leur fabrication. Cette différence est fonction de la conductivité des alliages qui constituent les fils du couple. Ces associations de deux types d’alliages sont dans un classement selon ce que l‘on appelle les types de thermocouples.
Des câbles de raccordement sont généralement entre les fils du thermocouple et les appareils de mesure, sans fausser les résultats. Ceci est possible grâce à la loi des métaux intermédiaires. Selon ce principe, même si un troisième conducteur homogène intègre un circuit, la force électro-motrice existante n’aura aucune modification.
Comment s’assurer de la précision de mesure de température du thermocouple ?
Pour utiliser correctement un thermocouple, il faut prêter attention à deux éléments essentiels. Si la soudure chaude est la partie de la sonde qui semble la plus importante pour le relevé de température, il faut savoir que le principe fonctionne avant tout grâce à la différence entre les tensions mesurables aux deux extrémités des fils. Il faut donc procéder à ce que l’on appelle la compensation de la soudure froide. Il faut par ailleurs s’assurer de la fiabilité du système de mesure en effectuant un étalonnage à différentes étapes de la vie de la sonde de température.
La compensation de soudure froide
Le courant électrique mesuré résulte en réalité de la différence de température entre la soudure chaude et la soudure froide. Il existe plusieurs méthodes de compensation de la soudure froide. La plus fiable est celle qui consiste à maintenir la soudure froide à une température de 0°C en la plaçant dans un bain d’eau glacée. Si cette méthode est facilement applicable dans un laboratoire, elle convient assez peu à un environnement industriel.
Une seconde méthode est de placer la soudure froide dans un four d’étalonnage, qui maintient la soudure à une température connue grâce à une thermostat. Il est aussi possible de laisser la soudure froide à température ambiante et de mesurer la température au niveau de cette jonction. Lorsqu’on choisit l’une de ces deux dernières méthodes, il faut effectuer un calcul différentiel pour déduire la température de la soudure chaude. En effet, les tableaux de conversion commence à partir d’une température de 0°C. La mesure de tension obtenue est ensuite convertie en degrés Celsius en fonction du type de thermocouple dont il s’agit. Il existe des instruments de mesure capables d’effectuer directement le calcul de compensation à partir de paramètres personnalisables.
Étalonner la sonde thermocouple
La calibation du thermocouple se fait juste après sa fabrication, avant d’être mis en vente. Il y a une autre calibration à chaque fois qu’il change d’affectation. Il est également recommandé d’étalonner une sonde thermocouple dès qu’un dysfonctionnement est soupçonné.
Deux principales méthodes d’étalonnage pour un capteur thermocouple existent. Lorsqu’on procède à l’étalonnage par comparaison, la mesure de température du thermocouple est comparée à celle effectuée par une autre sonde de mesure thermique. La technique en points fixes consiste à exposer la sonde thermocouple à une température précise. Il s’agit de 0,01 °C, température obtenue lorsque l’eau est à parts égales sous ses trois formes.
La mesure thermique dans l’industrie
Quel que soit le secteur d’activité, de nombreux processus industriels nécessitent l’utilisation d’un détecteur pour mesurer la température. Le thermocouple fait partie des dispositifs les plus utilisés. Son temps de réponse est court, il est bon marché et il peut mesurer de hautes températures. Les capteurs à thermistance sont aussi très présents dans l’industrie. Ce type de sonde mesure la température en fonction de la modification de la résistance des matériaux. Enfin, les thermomètres à dilatation de gaz ou de liquide (huile ou glycérine) offrent une grande précision. Leur plage de mesure est cependant moindre que celle d’une sonde thermocouple ou à résistance.
Aller plus loin sur les thermocouples :
- Catégorie de sondes thermocouples
- Quels sont les différents types de thermocouples
- Étalonnage d'un thermocouple
- Temps de réponse des thermocouples par type
- Les courbes des thermocouples par type
- Comment tester un thermocouple ?
- Plage de mesure des thermocouples
- Table de conversion des thermocouples
- Comment fonctionne un thermocouple ?
- Les Thermocouples
