Présentation des instruments de mesure de la température des thermocouples ?

Il existe de nombreux instruments de mesure de la température dans la production industrielle, et les instruments de mesure de la température à thermocouple en font partie. Il est composé de deux conducteurs ou semi-conducteurs dont les deux extrémités sont soudées ou torsadées ensemble pour former un circuit fermé, qui utilise la différence de température entre les deux points pour générer une force électromotrice et un travail. Il existe de nombreux types de thermocouples et les différentes méthodes de classification sont également différentes. Selon les exigences de la normalisation industrielle, ils peuvent être divisés en deux types : les thermocouples standardisés et les thermocouples non standard. Les thermocouples sont l'une des applications spécifiques de la théorie de l'effet thermoélectrique et ont un large éventail d'applications dans la mesure de la température. Ils présentent les avantages d’une structure simple, de performances stables et d’une construction facile. Les thermocouples, lorsqu'ils sont utilisés conjointement avec des instruments d'affichage, peuvent réaliser des mesures à distance, un enregistrement automatique et un contrôle automatique de la température.
1. Types d'instruments de mesure de la température et de thermocouples pour la mesure de la température
Il existe de nombreux types d'instruments de mesure de la température, et avec le développement de la science et de la technologie et les besoins de la technologie industrielle moderne, la technologie de mesure de la température est constamment améliorée et améliorée. En raison de la plage croissante de mesure de la température, différents instruments de mesure de la température ont été fabriqués selon différentes exigences, notamment des thermomètres LCD, des pyromètres optiques, des thermomètres à semi-conducteurs, des thermomètres rotatifs, des thermomètres à pression, des thermomètres à tube de verre, des thermomètres à pointeur, des thermomètres à haute température, thermomètres à thermocouple, thermomètres à résistance, thermomètres à gaz et thermomètres à thermocouple.
Selon les différents objectifs, méthodes d'installation et formes structurelles des thermocouples, ils peuvent être divisés en deux catégories : les thermocouples ordinaires et les thermocouples blindés. Les thermocouples couramment utilisés, en fonction de leurs numéros de graduation, incluent S, R, B, N, K, E, J, T, etc. Parmi eux, S, R et B appartiennent aux thermocouples en métaux précieux, tandis que N, K, E, J et T appartiennent aux thermocouples en métaux bon marché.

La caractéristique de la qualité S est une forte performance antioxydante et elle convient à une utilisation continue dans des atmosphères oxydantes et inertes. La température d'utilisation à long terme est de 1 400 degrés et la température d'utilisation à court terme est de 1 600 degrés. Parmi tous les thermocouples, l'échelle S a le niveau de précision le plus élevé et est généralement utilisée comme thermocouple standard ; Par rapport à l'indice S, l'indice R a une force électromotrice thermique environ 15 % plus élevée, et ses autres performances sont presque identiques ; La force électromotrice thermique de l'indice B est extrêmement faible à température ambiante, de sorte que les fils de compensation ne sont généralement pas nécessaires pendant la mesure. Sa température d'utilisation à long terme est de 1 600 degrés et sa température d'utilisation à court terme est de 1 800 degrés. Il peut être utilisé en atmosphère oxydante ou neutre, ainsi que pour une utilisation de courte durée sous vide. Les caractéristiques du thermocouple de qualité N sont une forte résistance à l'oxydation à haute température à 1 300 degrés, une bonne stabilité à long terme de la force thermoélectrique et la reproductibilité des cycles thermiques à court terme, une bonne résistance au rayonnement nucléaire et aux basses températures, et peut remplacer partiellement le Thermocouple de qualité S ; La caractéristique de l'échelle K est une forte performance antioxydante et elle convient à une utilisation continue dans des atmosphères oxydantes et inertes. La température d'utilisation à long terme est de 1 000 degrés et la température d'utilisation à court terme est de 1 200 degrés. Le plus largement utilisé parmi tous les thermocouples ; La caractéristique de l'indice E est que parmi les thermocouples couramment utilisés, sa force électromotrice thermoélectrique est la plus élevée, ce qui signifie qu'il a la sensibilité la plus élevée. Il est recommandé d'utiliser en continu dans une atmosphère oxydante et inerte à une température de 0-800 degré ; La caractéristique de la qualité J est qu'elle peut être utilisée à la fois dans des atmosphères oxydantes (avec une limite de température supérieure de 750 degrés) et dans des atmosphères réductrices (avec une limite de température supérieure de 950 degrés) et qu'elle résiste à la corrosion des gaz H2 et CO. Il est principalement utilisé dans le raffinage et l’industrie chimique ; La caractéristique de l'échelle T est qu'elle possède le niveau de précision le plus élevé parmi tous les thermocouples métalliques bon marché et qu'elle est généralement utilisée pour mesurer des températures inférieures à 300 degrés.
2. Le principe de base de la mesure de la température par thermocouple
La raison pour laquelle les thermocouples peuvent être utilisés pour mesurer la température est qu'ils convertissent les signaux de température en signaux thermoélectriques, qui sont ensuite convertis en température du milieu mesuré au moyen d'instruments électriques. Le principe de base de la mesure de la température par thermocouple est que deux conducteurs homogènes de compositions différentes forment un circuit fermé. Lorsqu'il y a un gradient de température aux deux extrémités, du courant traverse le circuit et une force électromotrice thermoélectrique existe entre les deux extrémités.

La raison de la génération de force électromotrice thermoélectrique est due aux différentes densités électroniques des différents matériaux conducteurs. Même si le même matériau conducteur a des températures différentes, sa densité électronique n’est pas la même. Lorsque les métaux hétérogènes A et B forment un circuit fermé, en raison des températures différentes des contacts A et B, la densité d'électrons libres est plus élevée dans les zones à haute température du même conducteur, tandis que la densité d'électrons libres est plus faible dans les zones à basse température. . Par conséquent, dans le circuit fermé, la densité électronique libre élevée doit se diffuser vers les zones à faible densité électronique libre, ce qui entraîne un flux de charge « net » dans le circuit, c'est-à-dire qu'il existe une force électromotrice eAB dans le circuit, qui est la raison de la génération de la force électromotrice Seebeck. Lorsque le matériau de l'électrode chaude est fixe, la force thermoélectromotrice n'est liée qu'à la température des deux contacts. Dans un circuit fermé composé d'une paire de métaux hétérogènes A et B, si le point de jonction A est chauffé, la température des deux contacts A et B sera différente. Si la température est différente, un courant sera généré, provoquant la déviation de l'ampèremètre connecté au circuit. Le courant généré dans le circuit du thermocouple est appelé courant thermique. A. B est appelé électrode thermoélectrique et les contacts a sont reliés entre eux par soudage. Lors de la mesure de la température, elle est placée dans le champ de température mesuré, appelé extrémité de mesure ou extrémité de travail. Le contact b nécessite généralement une température constante, appelée extrémité de référence ou extrémité libre.
L'ampleur du potentiel thermoélectrique est liée à la différence entre t et t0. Lorsque les matériaux des deux électrodes thermoélectriques d'un thermocouple sont connus, la théorie de la distribution du potentiel thermoélectrique dans le circuit du thermocouple détermine que la différence de potentiel thermoélectrique entre les deux extrémités du thermocouple peut être exprimée par l'équation suivante :
EAB (t, t{{0}})=EAB (t) - EAB (t0)
Dans la formule, EAB (t, t0) - potentiel thermoélectrique du thermocouple
EAB (t) - potentiel thermoélectrique à l'extrémité active à la température t ;
EAB (t{{0}}) - Le potentiel thermoélectrique à l'extrémité froide à une température de t0.
De l'équation ci-dessus, on peut voir que lorsque la température du milieu mesuré à l'extrémité active change, le potentiel thermoélectrique change également. Par conséquent, tant que EAB (t, t{{0}}) est mesuré et que EAB (t0) est connu, EAB (t) peut être obtenu. Le potentiel thermoélectrique peut être envoyé à l'instrument d'affichage pour indication ou enregistrement, ou au micro-ordinateur pour traitement, afin d'obtenir la valeur t de température à l'extrémité de mesure.

3. Les principaux avantages et inconvénients de la mesure de la température par thermocouple
Les thermocouples sont l'un des composants de détection de température les plus couramment utilisés dans l'industrie, et leurs avantages incluent :
① Haute précision de mesure. Grâce au contact direct entre le thermocouple et l'objet mesuré, celui-ci n'est pas affecté par le milieu intermédiaire.
② Large plage de mesure. Les thermocouples couramment utilisés peuvent mesurer en continu de -50 à 1 600 degrés, et certains thermocouples spéciaux
La température la plus basse détectable est de -271-2800 degrés, comme l'or, le fer, le nickel, le chrome et le tungstène-rhénium.
③ Construction simple et utilisation pratique. Les thermocouples sont généralement composés de deux types différents de fils métalliques et ne sont pas limités par leur taille ou leur début. Ils sont dotés d'un manchon de protection à l'extérieur, ce qui les rend très pratiques à utiliser.
Cependant, les thermocouples présentent également des inconvénients, comme l'utilisation d'une température de référence constante, sinon les résultats de mesure seront faussés ; En cas d'utilisation à haute température ou à long terme, une dégradation se produit en raison de l'influence du milieu ou de l'atmosphère testée (telle que l'oxydation, la réduction, etc.), réduisant ainsi la durée de vie.
4. État actuel de la recherche et tendance du développement de la mesure de la température des thermocouples en Chine
Les thermocouples sont principalement utilisés pour mesurer des températures plus élevées. Concernant l'état de développement des thermocouples à haute température en Chine, les thermocouples à haute température font généralement référence à ceux supérieurs à 1300 degrés, y compris les thermocouples platine rhodium 10 platine, platine rhodium 13 thermocouples platine, platine rhodium 30 platine rhodium 6 thermocouples, tungstène rhénium 5 tungstène rhénium 25 thermocouples, platine rhodium 40 platine rhodium 20 thermocouples, thermocouples iridium rhodium, thermocouples graphite carbure de silicium, etc. À l'heure actuelle, les thermocouples de mesure de température de type contact constituent la méthode de mesure de température la plus fiable. Hormis l'utilisation de pyromètres optiques et de thermomètres infrarouges dans des zones sous vide, moyenne fréquence et haute fréquence qui ne conviennent pas à la mesure de la température par thermocouple, il n'existe pratiquement aucun autre matériau ou technologie qui puisse les remplacer.
Dans la situation actuelle, la principale tendance de développement consiste à améliorer la résistance à la corrosion et à l’oxydation grâce à des moyens technologiques visant à améliorer la durée de vie.