Dans de nombreux secteurs d’activité, les entreprises ont besoin de réaliser un contrôle précis de la température dans leurs processus de production. Pour réaliser le relevé d’une température de surface et prévenir les erreurs de mesure, il est essentiel de comprendre le fonctionnement de la sonde thermique. Dans le cas du thermocouple, la valeur de la température se calcule à partir d’un courant électrique. Ce calcul nécessite notamment l’utilisation de courbes de thermocouple. Nous vous expliquons ici ce que sont précisément ces courbes de conversion et comment elles sont exploitées.
Comment se calcule la température avec un thermocouple ?
Pour comprendre le rôle des courbes de thermocouple, commençons par un rappel des bases du fonctionnement du thermocouple.
Qu’appelle-t-on un thermocouple ?
Ce que l’on appelle le thermocouple est un type de capteur de température largement utilisé dans l’industrie. Par extension, la sonde, c’est-à-dire l’appareil complet de mesure de température, s’appelle une sonde thermocouple. La sonde de température est composée de plusieurs éléments dont le capteur, qui se trouve au contact de l’environnement à mesurer. Le boîtier de mesure sert à récupérer les informations relevées voire à le retranscrire en température en degrés Celsius sur l’afficheur. Pour des raisons pratiques, il est souvent nécessaire de placer des câbles d’extension entre le capteur et l’instrumentation de mesure. Le thermocouple mesure la température de contact, contrairement à des sondes qui mesure la température à distance, comme la sonde à rayonnement infrarouge.
Si la sonde thermocouple est si largement utilisée, c’est grâce à son faible coût, provenant des prix des matériaux utilisés pour fabriquer les types de thermocouples les plus communs. Elle est aussi simple d’utilisation, durable et permet de prendre la température sur de larges plages de température. De plus, il offre une réponse rapide en cas de variations de la température.
Comment convertir la tension d’un thermocouple en température ?
Une sonde thermocouple permet d’effectuer des mesures de température d’un milieu donné grâce à un phénomène appelé effet Seebeck. Lorsque des métaux conducteurs de nature distincte sont reliés entre eux et que leurs extrémités sont exposées à des températures différentes, un léger courant électrique se crée. Il est alors nécessaire de mesurer et de convertir ce signal électrique pour obtenir la température en degrés Celsius.
Le capteur thermocouple fonctionne grâce à l’existence de deux soudures, ou jonctions, distinctes entre les deux fils d’alliages métalliques qui le composent. La soudure chaude est celle qui se trouve en contact avec l’environnement à mesurer. La jonction froide est reliée à l’appareil de mesure du voltage.
Chaque type possède son propre coefficient Seebeck, qui permet d’effectuer la conversion de l’intervalle de température qu’il existe entre la soudure chaude et la soudure froide. C’est à ce moment-là qu’interviennent les courbes de thermocouples, qui sont des outils d’aide à la conversion.
Les courbes de conversion par type de thermocouple
Comment utiliser une courbe de conversion de thermocouple ?
Les courbes de conversion de tension sont des outils indispensables pour parvenir à la lecture de la température en degrés Celsius à partir d’une force électro-motrice (fem). En effet, les liens entre tension et température des thermocouples ne sont pas linéaires. Le rapport entre la tension captée et la température est aussi souvent représenté sous forme de table de conversion de thermocouple affichant les millivolts et les températures correspondantes. La représentation sous forme de courbe permet d’apprécier la variation du rapport millivolt/température. Ces courbes sont définies par types, c’est-à-dire selon le type de métaux utilisés dans la confection du capteur thermocouple.
Pour pouvoir utiliser la courbe, il faut commencer par définir la tension qui résulte de l’exposition du capteur à une température donnée. Dans les courbes de thermocouple, cette tension correspond à celle que l’on obtient lorsque la jonction froide est à 0°C. Le plus simple, en théorie, est donc de maintenir cette jonction à 0°C. Lorsque c’est impossible, on procède à la compensation de la soudure froide. On va alors utiliser un autre système de mesure pour connaître la température de la soudure froide puis effectuer un calcul différentiel.
Attention, pour s’assurer de la précision de lecture de la température, il est nécessaire de procéder à l’étalonnage du thermocouple. Le calibrage se fait de plusieurs manières, la plus fiable étant d’observer le résultat du capteur exposé à la température du triple point de l’eau. On peut aussi le comparer au point d’ébullition de l’eau ou alors le placer dans un four d’étalonnage. Il faut contrôler la température du capteur sur l’ensemble de sa plage de mesure pour s’assurer de sa fiabilité.
Qu’est-ce qui différencie les types de thermocouples ?
Ce qui différencie les thermocouples est la nature des métaux utilisés pour fabriquer les fils conducteurs. Chaque métal présente une résistance à la température spécifique. En combinant deux alliages de métaux pour fabriquer un capteur de thermocouple, on obtient un capteur aux caractéristiques spécifiques.
Une norme européenne répertorie les thermocouples les plus communs, ce sont les types de thermocouples. Ils sont désignés par une lettre et sont au nombre de 8. Les types K, J, T et E sont les plus utilisés, également les plus abordables niveau prix. Les types N, S, R et B permettent la mesure de températures élevées. Les S, R et B étant composés de platine, leur prix est plus haut.
La principale caractéristique différencient les types de thermocouples est leur plage de mesure de températures. Certains peuvent mesurer le zéro absolu et d’autres de très hautes températures. Des types sont adaptés à des applications particulières, comme le T, recommandé pour les températures basses et la cryogénie. Au-delà de la question des grandeurs de températures, certains matériaux sont plus résistants que d’autres à l’oxydation dans certains milieux. Notons également que le niveau de précision de mesure varie selon le type.
Les conseillers de Thermometre.fr sont disponibles pour répondre à vos questions et vous aider à choisir le type de sonde de mesure le plus adapté à vos besoins.
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