Le fil thermocouple expliqué : Principe, pièces, types et sélection

Qu'est-ce qu'un fil thermocouple ?

Le fil thermocouple est un capteur de température fabriqué en reliant deux métaux différents. Lorsque ces métaux sont chauffés ou refroidis, ils génèrent une petite tension, connue sous le nom d'effet thermoélectrique, qui est directement liée à la différence de température entre les deux jonctions. Cette tension peut ensuite être mesurée et convertie en température.

Les fils de thermocouple sont largement utilisés dans les applications industrielles, scientifiques et commerciales où une surveillance précise de la température est cruciale. Ils sont particulièrement populaires dans les processus qui nécessitent un contrôle de la température élevée, comme dans les fours, les étuves et les moteurs. Différents types de thermocouples sont utilisés en fonction de la plage de température et des besoins spécifiques de l'application - un sujet que nous explorerons plus en détail ultérieurement.

Principe de fonctionnement du fil thermocouple

Le principe de base du fonctionnement du fil thermocouple est l'effet Seebeck, un phénomène par lequel une tension est générée lorsque deux métaux différents sont réunis à deux jonctions exposées à des températures différentes. Ce processus peut être décomposé en quatre étapes clés, de la création des jonctions à la lecture de la température finale, comme indiqué ci-dessous :

1. Jonctions chaudes et froides : Une jonction du fil du thermocouple est placée au point de mesure (la jonction chaude) et l'autre extrémité est placée à une température de référence (la jonction froide ou "jonction de référence").
2. Génération de tension : Lorsque les deux métaux dissemblables sont soumis à des différences de température, une petite tension est générée à la jonction. Cette tension est directement liée à la différence de température entre les deux extrémités du fil.
3. Mesure de la tension : Cette tension est ensuite mesurée par un dispositif (par exemple, un voltmètre ou un thermocouplemètre), et la température de la jonction chaude est calculée sur la base de cette tension.
4. Sortie : La tension générée varie en fonction des types de métaux utilisés et sert à déterminer la température de la jonction chaude.

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Pour en savoir plus : Positif ou négatif ? Guide d'identification des fils de thermocouple pour les débutants

Explication des éléments d'un fil de thermocouple

Un fil de thermocouple typique se compose de plusieurs éléments clés :

1. Fils conducteurs : Les fils eux-mêmes sont fabriqués à partir de deux métaux différents choisis pour leurs propriétés thermoélectriques. Les matériaux les plus courants sont les suivants :
• le cuivre (pour les thermocouples de type T)
• le nickel-chrome et le nickel-aluminium (pour les thermocouples de type K)
• Platine et Rhodium (pour les thermocouples de type R, S et B)
2. Les jonctions : Il y a deux jonctions dans un circuit de thermocouple :
• Jonction chaude : L'extrémité de mesure où la température est mesurée.
• Jonction froide (ou jonction de référence) : L'extrémité du thermocouple qui est maintenue à une température de référence connue.
3. Isolation : Pour protéger les fils et éviter les courts-circuits, les fils de thermocouple sont souvent isolés avec des matériaux tels que la fibre de verre, le téflon ou des revêtements céramiques. L'isolation garantit également la précision des mesures en empêchant les fils d'entrer en contact les uns avec les autres.
4. Gaine protectrice : certains fils de thermocouple sont entourés d'une gaine protectrice faite de matériaux tels que l'acier inoxydable pour les protéger contre les dommages physiques et l'exposition aux produits chimiques, ce qui garantit que le fil reste intact dans les environnements difficiles.

Types de thermocouple

Les fils de thermocouple sont spécifiquement conçus pour correspondre au type de thermocouple avec lequel ils sont utilisés, car chaque type correspond à une combinaison unique de métaux et de plages de température. Les types les plus courants sont les suivants

1. Type K (Chromel-Alumel) : Il s'agit du type de thermocouple le plus utilisé, connu pour sa polyvalence et sa fiabilité. Il possède une large plage de température, généralement comprise entre -270°C et 1372°C, et est couramment utilisé dans les applications industrielles.
2. Type J (fer constant) : Les thermocouples de type J conviennent pour des températures allant de -40°C à 750°C et sont couramment utilisés pour les mesures de température à usage général.
3. Type T (Cuivre-Constantan) : Ces thermocouples sont idéaux pour les mesures à basse température, avec une plage allant de -200°C à 350°C. Ils sont souvent utilisés dans les applications cryogéniques. Ils sont souvent utilisés dans les secteurs de la cryogénie et de l'agroalimentaire.
4. Type R (Platine-Rhodium) : Les thermocouples de type R sont utilisés pour les mesures à haute température, typiquement entre 0°C et 1600°C. Ils sont très précis et sont généralement utilisés dans les applications scientifiques.
5. Type S (Platine-Rhodium) : Semblable au type R, mais avec des proportions différentes de platine et de rhodium. Ils sont utilisés pour des mesures de haute précision dans les laboratoires.
6. Type B (Platine-Rhodium) : Connu pour mesurer des températures très élevées, avec une gamme allant jusqu'à 1700°C. Le type B est couramment utilisé dans les applications industrielles à haute température, telles que la surveillance des fours.
7. Type E (Chromel-Constantan) : Avec un rendement élevé, les thermocouples de type E sont utiles pour les mesures à basse température, et leur plage s'étend de -200°C à 900°C.
8. Type N (Nicrosil-Nisil) : Ce type de thermocouple présente une stabilité et une résistance à l'oxydation améliorées, ce qui le rend adapté aux applications industrielles de haute précision. Sa plage de température s'étend de -200°C à 1300°C.

Comment choisir un fil thermocouple

Lors de l'achat d'un fil de thermocouple, il est important de sélectionner le bon type pour votre application spécifique. Que vous travailliez dans l'industrie, la recherche ou le laboratoire, le choix d'un fil de thermocouple de haute qualité garantit la précision et la longévité des mesures de température.

• Plage de température : Assurez-vous que le fil de thermocouple que vous achetez possède la plage de température appropriée à vos besoins spécifiques.
• Matériau : Choisissez un fil de thermocouple fabriqué dans des matériaux adaptés à l'environnement dans lequel il sera utilisé. Par exemple, pour les environnements à haute température, choisissez un thermocouple de type K ou de type S.
• Isolation et gaine : selon les conditions (par exemple, exposition à des produits chimiques, à une humidité élevée ou à des températures extrêmes), choisissez l'isolation et la gaine de protection appropriées.
• Précision : Veillez à ce que le fil corresponde au niveau de précision requis pour votre application.

En sélectionnant soigneusement les fils de thermocouple qui répondent aux exigences spécifiques de votre application, vous pouvez garantir des mesures de température fiables et précises dans n'importe quel environnement. Stanford Advanced Materials (SAM) offre une sélection complète de fils de thermocouple de première qualité, y compris des fils de thermocouple en alliage de platine-rhodium (Pt-Rh), de type J, de type K et de tungstène-rhénium. Pour obtenir des informations détaillées sur nos offres et spécifications de fils de thermocouple, veuillez consulter notre catalogue de produits complet.

Référence :

[1] Litteaur, Raymond. (2018). Techniques de vérification in situ des thermocouples multipoints dans les appareils à pression. 10.13140/RG.2.2.20703.30885.