Fils de thermocouple 101 Types, applications et propriétés

Les thermocouples sont parmi les capteurs de température les plus utilisés dans les applications industrielles, scientifiques et domestiques, car ils offrent une large gamme de mesures de température. Au cœur de ces dispositifs se trouvent les fils de thermocouple, qui sont essentiels à la détection et à la mesure de la température. Cet article présente les principes de base des fils de thermocouple, notamment leurs types, leurs applications et leurs principales propriétés.

Comprendre les fils de thermocouple

Un thermocouple est constitué de deux fils métalliques différents reliés à une extrémité, appelée jonction de mesure. Lorsque la jonction de mesure est chauffée ou refroidie, elle génère une tension thermoélectrique qui peut être corrélée à la température. L'autre extrémité, où les fils ne sont pas reliés, est connectée à l'instrumentation qui lit cette tension. La différence de température entre la jonction de mesure et le point de référence (généralement l'instrument) est utilisée pour déterminer la température réelle à la jonction de mesure.

Quels sont les fils utilisés dans les thermocouples ?

Les fils de thermocouple sont classés par catégories en fonction des alliages métalliques utilisés pour les fils. Chaque type est désigné par une lettre et possède des plages de température et des environnements spécifiques dans lesquels il est le plus performant.

Type K (Chromel-Alumel):

Le thermocouple le plus courant, adapté à une utilisation générale dans des atmosphères oxydantes ou inertes, avec une plage de température de -200°C à +1260°C.

Plomb positif : Chromel (alliage de nickel et de chrome)

Plomb négatif : Alumel (alliage nickel-aluminium)

Type J (Fer-Constantan):

Préféré pour les atmosphères sous vide, réductrices ou inertes, avec une plage de -40°C à +750°C.

Plomb positif : Fer

Plomb négatif : Constantan (alliage cuivre-nickel)

Type T (Cuivre-Constantan):

Idéal pour les applications à basse température dans des atmosphères oxydantes, réductrices ou inertes, fonctionnant de -200°C à +350°C.

Fil positif : Cuivre

Plomb négatif : Constantan (alliage cuivre-nickel)

Type E (Chromel-Constantan):

Offre un rendement élevé et une plage de température de -50°C à +900°C, convenant à divers environnements.

Plomb positif : Chromel (alliage nickel-chrome)

Plomb négatif : Constantan (alliage cuivre-nickel)

Type N (Nicrosil-Nisil):

Similaire au type K mais plus stable et plus résistant à l'oxydation à haute température, convient pour des températures de -270°C à +1300°C.

Plomb positif : Nicrosil (alliage nickel-chrome-silicium)

Plomb négatif : Nisil (alliage nickel-silicium)

Types S, R et B (platine rhodié):

Ces types sont utilisés pour des applications à haute température, offrant stabilité et résistance à l'oxydation à des températures allant jusqu'à +1700°C pour les types S et R, et jusqu'à +1800°C pour le type B.

Plomb positif pour les types S et R : alliage platine-rhodium (le type S contient 10 % de rhodium, le type R 13 % de rhodium).

Plombnégatif pour les types S et R : platine

Conducteur positif pour le typeB : Platine-30% Rhodium

Plomb négatif pour letype B : Platine-6% de rhodium

Ce tableau donne un aperçu rapide des types de thermocouples les plus courants, en mettant en évidence leur composition, leur plage de température et leurs utilisations typiques. Le choix du thermocouple dépend des exigences spécifiques de l'application, y compris la plage de température, l'environnement et la précision souhaitée.

Applications des fils de thermocouple

Les fils de thermocouple trouvent des applications dans diverses industries en raison de leur polyvalence et de leur large gamme de températures :

Fabrication industrielle : Pour surveiller les températures des fours, les températures des métaux fondus et d'autres processus industriels.

Produits pharmaceutiques : Dans les autoclaves et autres équipements nécessitant un contrôle précis de la température.

Industrie alimentaire : Pour les fours, les grils et les équipements de réfrigération.

Aérospatiale et automobile : Dans les tests de composants et de systèmes soumis à des températures extrêmes.

Secteur de l'énergie : Dans les centrales électriques pour la surveillance de la température des chaudières et des turbines.

Principales propriétés des fils de thermocouple

Lors du choix d'un fil de thermocouple, plusieurs propriétés et considérations sont essentielles :

Plage de température : Choisissez un type de thermocouple adapté à la plage de température de votre application.

Environnement : Tenez compte de l'atmosphère (oxydante, réductrice, inerte ou corrosive) dans laquelle le thermocouple fonctionnera.

Précision et stabilité : Les différents types de thermocouple offrent divers degrés de précision et de stabilité. Les types en platine (S, R, B) sont plus stables et plus précis, mais aussi plus chers.

Durabilité : La durée de vie d'un fil de thermocouple dans des environnements difficiles est un facteur important.

Le coût : Le coût peut varier considérablement en fonction du type de thermocouple et des exigences spécifiques de l'application.

Normes des fils de thermocouple

Les fils de thermocouple et leur utilisation sont régis par diverses normes qui spécifient les matériaux, les configurations, les tolérances et les plages de température pour les différents types de thermocouples. Ces normes garantissent que les thermocouples sont fabriqués et utilisés de manière à fournir des mesures de température précises et fiables dans diverses applications. Les principales normes associées aux fils de thermocouple sont les suivantes :

Normes internationales

CEI 60584 : il s'agit de la norme de la Commission électrotechnique internationale qui spécifie les tensions thermoélectriques et les relations de température pour tous les thermocouples normalisés. La partie 1 de cette norme couvre les plages de température et les classes de tolérance pour les thermocouples, tandis que la partie 2 fournit les tolérances des câbles d'extension et de compensation.

ASTM E230/E230M : Publiée par l'American Society for Testing and Materials, cette norme fournit des tableaux température-force électromotrice (emf) pour les types de thermocouples standard selon le système coutumier américain. Elle couvre également la désignation des lettres, les tolérances et d'autres caractéristiques essentielles des thermocouples.

Normes nationales

ANSI MC96.1 : La norme de l'American National Standards Institute pour les capteurs de température, y compris les thermocouples. Elle fournit des lignes directrices pour l'utilisation, les performances et les limites d'erreur des thermocouples.

BS EN 60584 : adoption par la British Standards Institution de la norme IEC 60584, qui définit la tension thermoélectrique, la relation entre la température et les tolérances pour les thermocouples.

DIN EN 60584 : la version allemande de la norme CEI, adoptée par le Deutsches Institut für Normung.

Normes japonaises

JIS C 1602 : Il s'agit de la norme industrielle japonaise pour les thermocouples, qui définit les spécifications de la tension thermoélectrique et de la plage de température des thermocouples utilisés au Japon.

Autres considérations

Outre ces normes, les fils de thermocouple doivent également respecter des directives spécifiques concernant l'isolation, la taille du fil et l'environnement d'utilisation (plage de température et atmosphère, par exemple). Ces facteurs peuvent affecter la précision, le temps de réponse et la longévité du thermocouple.

Matériau d'isolation : En fonction de l'environnement d'utilisation, les fils de thermocouple sont isolés avec des matériaux tels que la fibre de verre, le PTFE ou la céramique pour les protéger contre les dommages physiques, les interférences électriques et la corrosion chimique.

Calibre du fil : La taille du fil du thermocouple peut affecter son temps de réponse et sa résistance. Les normes peuvent recommander des calibres de fils en fonction des besoins spécifiques de l'application.

Normes relatives aux connecteurs et aux bornes : Les connecteurs et les bornes utilisés avec les fils de thermocouple doivent également répondre à des normes spécifiques pour assurer la compatibilité et maintenir la précision des mesures de température.

Conclusion

Les fils de thermocouple sont des outils indispensables pour la mesure de la température, avec différents types disponibles pour répondre à presque toutes les applications. Comprendre les types, les applications et les propriétés de ces fils peut aider les utilisateurs à choisir le thermocouple adapté à leurs besoins, garantissant ainsi des mesures de température précises et fiables dans n'importe quel environnement. Que vous soyez impliqué dans la fabrication industrielle, les produits pharmaceutiques, la transformation des aliments ou tout autre domaine nécessitant un contrôle précis de la température, il existe un fil de thermocouple qui répond à vos besoins.