Étalonnage d'un thermocouple

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Étalonnage d'un thermocouple

Quel que soit leur domaine d’application, les dispositifs de mesure de température ont besoin d’être calibrés afin d’offrir une bonne précision. La sonde thermocouple est utile pour relever la température sur de larges gammes de mesure dans l’industrie, l’agro-alimentaire ou encore le transport. L’étalonnage des appareils de mesure à thermocouple se réalise en suivant différentes étapes afin de s’assurer de la concordance entre le signal émis et la température mesurée. Vous souhaitez savoir quand et comment procéder à l’étalonnage des appareils thermocouples que vous utilisez ? Voici les principes de mesure ainsi que les techniques permettant de tester les calibres de tout type de sonde thermocouple. 

À quoi sert l’étalonnage d’un thermocouple ?

Pour aborder la question de l’étalonnage, il est nécessaire de rappeler le fonctionnement du thermocouple. Ce type de capteur de température contient de deux fils de métaux conducteurs de natures dissemblables. L’une de leurs extrémités est reliée, généralement grâce à une soudure. Le nom de cette jonction est point chaud. Lorsque le point chaud est exposé à une variation de température, une tension se crée au sein des fils. L’autre extrémité des fils, le point froid, est reliée à un instrument de mesure qui va permettre de calculer la température à partir de cette tension (ou force électro-motrice). Les thermocouples sont très utiles dans l’industrie grâce à leur prix raisonnable et à la large gamme de température qu’ils couvrent.

L’étalonnage d’un appareil de mesure consiste à s’assurer qu’il donne des indications de température précises et à éventuellement corriger les erreurs relevées. De nombreux facteurs liés à l’environnement dans lequel le capteur se trouve provoquent de l’usure. Les milieux oxydants ou pressurisés, par exemples, peuvent décalibrer le thermocouple. La vérification de la sonde passe aussi par un test de l’appareil de mesure. Il s’agit d’un voltmètre qui retranscrit le courant généré par l’exposition de la sonde à une variation de température soit en volts soit directement en degrés Celsius. Enfin, il est parfois possible que les câbles de raccordement altèrent les valeurs de mesure. Tester l’ensemble des éléments constitutifs de la sonde thermocouple ainsi que la qualité de leur connexion est une recommandation.

Quand procéder à l’étalonnage d’un thermocouple ?

Les thermocouples sont calibrés une première fois par le fabricant. L’étalonnage des instruments est ensuite nécessaire :

  • Lorsque la sonde de température est affectée à un nouveau milieu à mesurer ;
  • Lors du changement d’affectation de la sonde de mesure ;
  • En cas de suspicion de résultats inexacts ;
  • Régulièrement, à une fréquence qui dépend de l’usure induite par son environnement.

Comment étalonner un capteur thermocouple ?

La procédure d'étalonnage d’un thermocouple se fait en exposant la jonction chaude du capteur à une température connue afin d’effectuer des mesures de contrôle. Si les températures relevées ne sont pas correctes, il faudra ajuster le calcul de température en ajoutant un coefficient correctif. 

Pour procéder à l’étalonnage du thermocouple, il faut tout d’abord s’assurer que la sonde n’est pas endommagée ou souillée. Des dégradations peuvent avoir des effets sur la précision de la sonde. Il est également nécessaire de disposer du matériel nécessaire pour procéder à l’étalonnage. Pour cette raison, l’étalonnage peut être effectué en interne comme être confié à un prestataire spécialisé. Dans la mesure où il est nécessaire d’étalonner les sondes de manière régulière, il peut être avantageux financièrement de s’équiper de matériel d’étalonnage.

Deux techniques principales permettent de générer une température test afin de calibrer une sonde thermocouple. L’étalonnage par comparaison est une technique répandue dans l’industrie et l’étalonnage en points fixes permet de mesurer avec exactitude.

L’étalonnage par comparaison

Cette technique est largement utilisée dans le milieu industriel. L’étalonnage par comparaison consiste à placer la sonde à étalonner et un autre type de sonde qui sert d’étalon dans un milieu où la température est stable et homogène. Le type de sonde choisie comme étalon doit offrir une plus grande précision que les thermocouples. Le milieu chauffé en question est généralement un puits sec, un bain, ou un four à tubes.

L’étalonnage en points fixes

La technique en points fixes consiste à exposer la soudure chaude du thermocouple à un milieu dont on connaît la température avec certitude. Le principe utilisé est celui du point triple selon l’Échelle Internationale de Température de 1990. Le point triple de l’eau survient lorsque l’eau se trouve à parts égales sous trois formes : liquide, gazeuse et solide. La température est alors de 0,01 °C très précisément. Le processus permettant d‘atteindre cet état spécifique est complexe et donc généralement réalisé par un laboratoire spécialisé. Une fois le point triple de l’eau atteint, la température de l’eau reste stable durant une longue durée. Cette stabilité en fait une technique permettant de réaliser une mesure très précise.

L’interprétation des données d’étalonnage

L'ASTM (American Society for Testing and Materials) a émis des recommandations concernant l’étalonnage des thermocouples afin d’uniformiser la mesure de contrôle. Lors des tests d’étalonnage, il faut ainsi calculer les erreurs à partir de la tension de sortie des thermocouples grâce à des tables standard. L’étalonnage est un processus long puisqu’en suivant ces directives, il faut réitérer le processus d’étalonnage à différentes températures jusqu’à tester la sonde sur toute sa plage de mesure.

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