Capteurs de température - thermocouples
(124)Les capteurs de température constituent l’un des groupes de capteurs couramment utilisés. La température est très souvent mesurée, entre autres dans les machines industrielles ou au cours de différents types de processus qui doivent être réalisés à une température spécifique, c'est pourquoi les capteurs de température sont utilisés dans de nombreuses industries, laboratoires, équipements de contrôle et de mesure et départements de R&D. Sa mesure est utile ou même nécessaire lors de toutes sortes de travaux électroniques effectués par des bricoleurs, par exemple lors de la charge de cellules de batterie, de la soudure / du dessoudage de composants à l'air chaud sur des PCB, lors de la construction de systèmes dans lesquels la température est l'une des valeurs contrôlées et réglées. Également dans les imprimantes 3D de plus en plus populaires, le capteur de température est nécessaire pour contrôler le degré de chauffage de la tête d'impression ou du lit chauffant, ce qui permet d'assurer la qualité d'impression appropriée.
l existe des sous-groupes de capteurs de température. Cela est dû à des différences de structure et de mode de fonctionnement. Parmi les plus populaires d'entre il y a les thermistances NTC, les thermistances PTC, les capteurs de température à résistance et les thermocouples.
Capteurs de température – construction d'un thermocouple
Les thermocouples sont des appareils simples, fiables et durables, ils sont donc l'un des capteurs les plus couramment utilisés pour la mesure de la température. Les systèmes qui les utilisent fonctionnent sur la base de la mesure de la tension (la différence de potentiel) créée dans un circuit électrique fermé, produite par un thermocouple, c'est-à-dire un thermocouple constitué de deux fils de thermocouple. Ces fils sont constitués de différents conducteurs ou semi-conducteurs, choisis de telle sorte que lorsque la température mesurée augmente, la tension générée à leur contact augmente, ce qui est appelé la tension thermoélectrique. L'effet Seebeck fonctionne ici, les joints dits froids et chauds devant être placés à des températures différentes. En pratique, la température de référence est mesurée par un capteur indépendant dans le système de mesure sur le bloc isotherme de référence.
Types et plages de thermocouple
Les thermocouples, en fonction des matériaux utilisés pour la construction du thermocouple, sont divisés en types suivants : J, T, K, E, N, S, R, B. Ce sont des symboles normalisés indiquant le type de matériaux utilisés pour créer les capteurs. Les caractéristiques des différents types de thermocouples, déterminant les valeurs de la force thermoélectrique pour chacun d'eux, sont décrites dans la norme PN-EN60584-1: 2014-04. Les plus couramment utilisés sont les thermocouples J (Fe-CuNi), K (NiCr-NiAl), E (NiCr-CuNi), T (Cu-CiNi) et N (NiCrSi-NiSi) pour lesquels ces matériaux sont utilisés comme le fer (Fe), le cuivre (Cu), le nickel (Ni), le chrome (Cr), le silicium (Si) ou l'aluminium (Al), c'est-à-dire sans l'utilisation de métaux nobles. La plage de température qui être mesurée avec ces capteurs dépend du type spécifique de thermocouple. Pour les thermocouples de type T, la température de mesure maximale n'est que d'environ 350°C, mais pour les thermocouples de type K et N, elle est même de 1200°C. L'extrémité inférieure de la plage de température pour les types de thermocouple susmentionnés, les plus couramment utilisés, se situe autour de -50 ° C, bien que certains d'entre eux puissent être capables de mesurer des températures plus basses, aussi basses que -200°C.
Thermocouples haute température
Pour la mesure de températures plus élevées, on utilise les soi-disant thermocouples haute température, constitués de métaux nobles, à savoir le platine (Pt) et le rhodium (Rh). Il s'agit des thermocouples de type S (Pt10Rh-Pt), R (Pt13Rh-Pt) et B (Pt30Rh-Pt6Rh). Ils peuvent travailler et mesurer des températures jusqu'à environ 1600°C, avec des thermocouples de type B même jusqu'à 1800°C. En raison de l'utilisation de métaux nobles dans leur construction, ils sont plus chers que les thermocouples de types J, T, K, E et N susmentionnés.
L'utilisation de capteurs de température
Le système de mesure, qui utilise un capteur à thermocouple pour mesurer la valeur de la température, se compose normalement : d’une pile thermoélectrique (thermocouples), de câbles reliant le capteur à l'appareil de mesure et de l'appareil de mesure susmentionné, par exemple sous la forme d'un millivoltmètre ou d'un transducteur avancé. Il est nécessaire de se rappeler les caractéristiques du thermocouple ne sont pas linéaires et elles diffèrent pour chaque type. Pour ces raisons, dans les systèmes de mesure, la linéarisation numérique est le plus souvent utilisée qui est réalisée par un système à microprocesseur, car la linéarisation analogique est inefficace en termes de coûts. En raison de la très faible tension obtenue à partir d'un tel capteur, de l'ordre de quelques microvolts par degré Celsius, des amplificateurs de signaux et différents types de filtres sont utilisés pour rendre la mesure obtenue aussi précise que possible et cohérente avec la température réelle mesurée.
Sélection du capteur de température
En achetant le thermocouple pour mesurer la température de votre appareil ou processus il est nécessaire de considérer plusieurs facteurs. Le premier est bien entendu la plage de température qui sera mesurée. Il est extrêmement important que la plage de la valeur de température mesurée se trouve dans la plage de mesure du type de capteur sélectionné. Sinon, à la suite d'une tentative de mesure avec un capteur mal sélectionné, vous pouvez obtenir des informations fausses ou incomplètes sur les processus en cours dans l'environnement testé, voire entraîner des dommages permanents au capteur. La sélection d'un capteur avec une plage de température appropriée est également importante pour des raisons financières. Des capteurs plus chers, qui utilisent des métaux précieux dans leur construction, peuvent avoir une plage de mesure plus large et mesurer des températures beaucoup plus élevées, mais dans le processus dont la température est mesurée, ils peuvent ne jamais se produire. Dans ce cas, l'achat d'un capteur plus cher n'est pas justifié et peut s'avérer être une dépense supplémentaire inutile.
Puis, il est nécessaire de considérer est la longueur du câble. Il convient de noter ici que, contrairement à d'autres capteurs, y compris certains capteurs de température, les thermocouples ont toujours deux bornes. La longueur du câble doit être choisie de manière à ce qu'elle soit suffisante. Si le câble est trop court, cela peut rendre impossible de connecter le capteur à l'appareil de mesure, et en conséquence il sera impossible de le rallonger. D'un autre côté, un câble trop long peut entraîner des perturbations du signal plus importantes, qui peuvent être causées par toutes sortes d'effets de perturbations électromagnétiques omniprésentes, par exemple à partir d'un réseau électrique standard avec un courant alternatif dont la fréquence s’élève à 50 Hz et la tension à 230 V. Vous pouvez également trouver des thermocouples avec une tête de connexion, c'est-à-dire sans le câble fourni par le fabricant.
Les bornes du capteur sont dans un isolant spécial en téflon ou en fibre de verre résistant aux hautes températures, qui les protège contre les dommages causés par une température trop élevée et la possibilité de courts-circuits. La fibre de verre est plus résistante aux températures élevées et ramollit seulement à une température de 740°C, tandis que le point de ramollissement du téflon est d'environ 260°C. Pour cette raison, il est également nécessaire de prévoir les conditions de température auxquelles le câble de connexion du thermocouple peut être exposé et sélectionner celui avec une isolation appropriée.
La pointe du capteur et ses dimensions externes sont également importantes. Généralement, afin de protéger la soudure des dommages physiques ou de la contamination du thermocouple, elle est placée dans un boîtier sous la forme d'un cylindre en métal, en céramique ou en porcelaine. Vous pouvez rencontrer différentes extrémités d'un tel couvercle : plat, semi-circulaire et également conique, avec un angle d'ouverture de 118°. D’habitude, les dimensions d'un tel capteur sont déterminées par son diamètre et sa longueur, mais on trouve également des capteurs à œillet.
Bien entendu, vous ne devez pas oublier de faire correspondre le type de thermocouple à votre système de mesure ou le système de mesure à votre type de thermocouple. Le fabricant de systèmes destinés à la lecture des valeurs de température à l'aide d'un thermocouple définit clairement le type de capteur avec lequel il peut travailler. L'utilisateur doit suivre ces directives pour s'assurer que la lecture de température est correcte et qu'elle n'endommage aucun des composants utilisés.
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