Thermocouple

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En physique, les thermocouples sont utilisés pour la mesure de température. Ils sont bon marché et permettent la mesure dans une grande gamme de températures. Leur principal défaut est leur précision : il est relativement difficile d'obtenir des mesures avec une erreur inférieure à 0,1-0,2°C. La mesure de température par des thermocouples est basée sur l'effet Seebeck.

[modifier] Principes de la mesure

schéma de principe d'un thermocouple

Le schéma ci-contre présente le principe de la mesure de température par thermocouples. Les deux métaux a et b, de natures différentes, sont reliés par deux jonctions (formant ainsi un thermocouple) aux températures T₁ et T₂. Par effet Seebeck, le thermocouple génère une différence de potentiel qui dépend de la différence de température entre les jonctions, T₁-T₂. Notons que les thermocouples ne mesurent pas à proprement parler une température mais une différence de température. Pour mesurer une température inconnue, l'une des deux jonctions doit être maintenue à une température connue, par exemple celle de la glace fondante (0°C). Il est également possible que cette température de référence soit mesurée par un capteur (température ambiante, par exemple). La mesure de température est donc une mesure indirecte, puisque les thermocouples mesurent en fait une différence de potentiel électrique. Il est donc nécessaire de connaître la réponse du thermocouple utilisé en fonction de la température pour pouvoir relier la différence de potentiel électrique à la différence de température. La mesure passant par la détermination d'une différence de potentiel, sa précision dépend fortement du voltmètre utilisé.

Prenons par exemple un thermocouple cuivre / constantant avec respectivement, selon le schéma "a": du constantant et "b": du cuivre. En instrumentation industrielle, on appelle la jonction des deux métaux "soudure chaude" (cuivre et constantant); c'est celle qui sera exposée à la T° à mesurer. L'autre, appelée "soudure froide", n'est autre que la connexion de la sonde thermocouple avec le module de traitement ou un bornier d'armoire intermédiaire (liaison du conducteur en constantant de la sonde et du fil de raccordement avec le module de calcul; généralement du cuivre en électricité). C'est en fait un thermocouple "parasite" dont la différence de potentiel se soustrait à celle de la soudure chaude. Par construction, on placera cette soudure froide dans un milieu calorifugé et surtout équipé d'une régulation de température. La T° étant connue, on corrigera le signal de sortie du module de traitement des signaux.

Pour faire simple:

T1 la soudure chaude mesure 100°C
T2 la soudure froide est exposée à 20°

Alors: -le signal non corrigé sera de 80°.

-si on prend en compte la T° de soudure froide , on ajoutera 20°C aux 80°C calculés initialement.

Pour finir, il existe plusieurs types de thermocouples différents. Tous sont utilisés pour une gamme précise de température de quelques degrés à quelques milliers de degrés. Les signaux électriques de ces sondes sont de l'ordre du microvolt au millivolt et non linéaires. Les signaux sont traités par des modules électroniques intégrants une fonction adaptée au thermocouple qui linéarise le signal et le corrige avec la soudure froide. l'avantage du thermocouple est la fiabilité, encombrement, mise en œuvre.

[modifier] Différents types de thermocouples

Il existe différents types de thermocouples, correspondant chacun à une gamme de température ou à une plus ou moins grande précision. Leurs propriétés peuvent également dépendre du type d'isolation (gaine) utilisée pour les fils métalliques. La liste suivante, non exhaustive, donne les références de quelques-uns de ces thermocouples (il est possible de trouver plus d'informations sur les sites web des fabricants).

Type K : Chromel (alliage nickel + chrome) / Alumel (alliage nickel + aluminium)

Le thermocouple de type K est le plus standard. Il permet une mesure dans une gamme de température large : -200°C à 1200°C. Il est également bon marché.

Type E : Chromel / Constantan (alliage cuivre + nickel)

Ce thermocouple est intéressant pour la mesure de températures basses. Il a également l'avantage de ne pas avoir de réponse magnétique.

Type N : Nicrosil (alliage nickel + chrome + silicium) / Nisil (alliage nickel + silicium)

Sa bonne stabilité et sa bonne résistance aux températures élevées et à l'oxydation rendent ce thermocouple intéressant pour les mesures à hautes températures.