Thermocouples

Effet thermoélectrique

Deux conducteurs de natures différentes, en liaison électrique entre eux, et soumis à deux températures différentes, génèrent une tension.
Cette tension est proportionnelle à la différence de température des jonctions et à la nature des conducteurs.
Elle est insensible à la température des conducteurs eux-même entre les jonctions.

Montage

L'une des jonctions, servant à la mesure est communément appelée soudure chaude, tandis que l'autre, raccordée à l'appareil de mesure est appelée soudure froide.

Cables de compensation

Ils sont destinés à prolonger à moindre coût la liaison du couple à l'appareil de mesure.
Leur caractéristique est équivalente à celle du couple lui-même mais dans une plage de température plus restreinte. Ils doivent donc être placés dans une ambiance compatible avec leur gamme de températures d'utilisation.
La soudure froide à prendre en compte pour la mesure est alors l'extrémité du cable de compensation.

Compensateur de soudure froide

La mesure étant influencée par la température du raccordement à l'appareil de mesure (ou au bornier), ce dispositif permet de corriger automatiquement ces variations.

Tables d'étalonnage

La relation entre différence de température et tension générée n'est pas linéaire avec la température. Il est donc nécessaire de se référer à des tables d'étalonnage.

Les tables d'étalonnage sont disponibles auprès du National Institute of Standards and Technology

Couple cuivre-constantan (type T)

Domaine d'utilisation:

-200°C à +350°C

recommandé pour les atmosphères peu oxidantes, réductrices, inertes, sous vide ou en présence d'humidité

adapté aux applications cryogéniques

Précision standard:

1°C ou 0,75% pour Températures >0°C

1°C ou 1,5% pour Températures <0°C

Tension en millivolt pour un thermocouple type T

	Température de la soudure "froide"
Température de la soudure "chaude"	-20°C	0°C	+20°C	+40°C
-100°C	-2,6	-3,35	-4,14	-4,96
-50°C	-1,05	-1,80	-2,59	-3,41
0°C	+0,75	0	-0,79	-1,61
+50°C	+2,79	+2,04	+1,25	+0,43
+100°C	+5,03	+4,28	+3,49	+2,67
+150°C	+7,45	+6.70	+5,91	+5,09
+200°C	+10,04	+9,29	+8,50	+7,68

Couple Platine-Platine Rhodié à 10% (type S)

Domaine d'utilisation:

0°C à +1450°C

recommandé pour les atmosphères oxydantes ou inertes

Précision standard:

1,5°C ou 0,25% 

Tension en millivolt pour un thermocouple type S

	Température de la soudure "froide"
Température de la soudure "chaude"	-20°C	0°C	+20°C	+40°C
0	+0,11	0	-0,11	-0,24
+50	+0,41	+0,3	+0,19	+0,06
+100	0,75	0,64	0,53	0,40
+150	1,14	1.03	0,92	0,79
+200	1,55	1,44	1,33	1,20
+300	2,43	2,32	2,21	2,08
+400	3,36	3,25	3,14	3,01
+600	5,33	5,22	5,11	4,98
+800	7,44	7,33	7,22	7,09
+1000	9,68	9,57	9,46	9,33
+1700	18,0	17,89	17,78	17,65

Couple Chromel-Alumel (type K)

Domaine d'utilisation:

-200°C à +1250°C

recommandé pour les atmosphères oxidantes ou inertes

usage limité en atmosphère réductrice ou sous vide

Précision standard:

2,2°C ou 0,75% pour Températures >0°C

2,2°C ou 2% pour Températures <0°C

Tension en millivolt pour un thermocouple type K

	Température de la soudure "froide"
Température de la soudure "chaude"	-20°C	0°C	+20°C	+40°C
-190	-4,92	-5,69	-6,49	-7,30
-150	-4,04	-4,81	-5,61	-6,42
-120	-3,29	-4,06	-4,86	-5,67
-110	-3,01	-3,78	-4,58	-5,39
-100	-2,72	-3,49	-4,29	-5,10
-80	-2,10	-2,87	-3,67	-4,48
-60	-1,43	-2,20	-3,0	-3,81
-40	-0,73	-1,5	-2,3	-3,11
-20	0	-0,77	-1,57	-2,38
0	+0,77	0	-0,8	-1,61
+200	+8,9	+8,13	7,33	6,52
+500	21,42	20,65	19,85	19,04
+1000	42,08	41,31	40,51	39,70
+1100	45,93	45,16	44,36	43,55
+1200	49,66	48,89	48,09	47,28
+1300	53,23	52,46	51,66	50,85

Couple Nicrosil-Nisil (type N)

Domaine d'utilisation:

-270°C à +1300°C

recommandé pour les atmosphères oxidantes ou inertes

usage limité en atmosphère réductrice ou sous vide

plus stable à haute température que le type K

Précision standard:

2,2°C ou 0,75% pour Températures >0°C

2,2°C ou 2% pour Températures <0°C

Tension en millivolt pour un thermocouple type N

Température de la soudure "chaude"	0°C
-190	-3,88
-100	-2,41
-60	-1,51
-20	-0,52
0	0
+100	+2,77
+200	+6,25
+500	16,75
+1000	36,26
+1300	47,51

Couple Fer-Constantan (type J)

Domaine d'utilisation:

0°C à +750°C

recommandé pour les atmosphères réductrices ou inertes et sous vide

usage limité en atmosphère oxydante à haute température

déconseillé pour les basses températures

Précision standard:

2,2°C ou 0,75% 

Tension en millivolt pour un thermocouple type J

	Température de la soudure "froide"
Température de la soudure "chaude"	-20°C	0°C	+20°C	+40°C
0	1	0	-1,02	-2,06
+100	+6,27	+5,27	+4,25	+3,21
+200	11,78	10,78	9,76	8,72
+500	28,39	27,39	26,37	25,33
+600	34,11	33,11	32,09	31,05
+700	40,15	39,15	38,13	37,09

Comparaison aux sondes à résistance (RTD)

Source: www.omega.fr

• Plage de température: les thermocouples sont les plus adaptés pour les applications à haute température. De nouvelles techniques de fabrication ont amélioré la gamme de mesure des sondes RTD, mais plus de 90 % des sondes RTD sont conçues pour des températures inférieures à 400 °C. En revanche, certains thermocouples peuvent être utilisés jusqu'à 2 500 °C.
• Coût: les thermocouples sont généralement moins chers que les RTD. Un RTD coûte souvent deux ou trois fois plus cher qu'un thermocouple de même type et pour la même température.
  Les économies peuvent être réalisées sur l'installation d'un RTD, ce qui est moins cher puisqu'on utilise un fil de cuivre peu coûteux. Toutefois, cette économie ne suffit pas à compenser le prix plus élevé de l'appareil.
• Sensibilité: bien que les deux types de capteurs répondent rapidement aux variations de température, les thermocouples sont plus rapides. Un thermocouple mis à la terre répond presque trois fois plus vite qu'un RTD PT100.
  Le capteur de température le plus rapide possible est un thermocouple à pointe exposée. Toutefois, les améliorations en matière de fabrication ont également considérablement amélioré les temps de réponse des sondes PT100 à couche mince.
• Précision: les RTD sont généralement plus précis que les thermocouples. Les RTD ont généralement une précision de 0,1 °C, contre 1 °C pour la plupart des applications. Cependant, la précision du RTD peut être retrouvée sur certains modèles de thermocouple. Les nombreux facteurs pouvant affecter la précision du capteur comprennent la linéarité, la répétabilité ou la stabilité.
• Linéarité: la relation entre la température et la résistance dans le RTD est presque linéaire dans la plage du capteur, tandis qu'un thermocouple possède un tracé de type « S ».
• Stabilité: les relevés des sondes RTD restent stables et reproductibles pendant longtemps. Les relevés du thermocouple ont tendance à se décaler en raison de changements chimiques dans le capteur (par exemple, l'oxydation). La linéarité et l'absence de dérive des RTD les rendent plus stables à long terme.