Le principe de fonctionnement des thermocouples

Les thermocouples fonctionnent sur la base des principes de la théorie thermoélectrique : comme mentionné ci-dessus, lorsque la température à l'extrémité chaude change par rapport à la température à l'extrémité froide, un circuit fermé composé de fils métalliques différents générera un changement de tension.
Pour comprendre plus intuitivement le fonctionnement de ce principe, on peut imaginer que lorsqu’une marmite à fond plat est placée sur une cuisinière à gaz, l’énergie thermique sera rapidement transférée le long de la poignée jusqu’à l’extrémité basse température de la main. En fait, l’énergie électrique est également transférée de cette manière, mais l’effet n’est pas aussi évident.
La raison en est qu'il existe une différence de température entre les deux « points finaux » du circuit : lorsque la différence de température entre les points finaux génère une force électromotrice, un courant est généré et les thermocouples utilisent le voltmètre associé pour mesurer le courant. Si le thermocouple est connu pour avoir une température de démarrage stable à l'extrémité basse température, il peut utiliser ces relevés de tension pour calculer la température précise à l'extrémité chaude.
Un autre point à noter est que si la température des deux points d'extrémité est la même, la force électromotrice générée à chaque point d'extrémité s'annulera, ce qui rendra nul le courant net circulant à travers les points d'extrémité.
Le type de thermocouple
Comme mentionné précédemment, différents types de thermocouples sont vendus sur le marché actuel, destinés à répondre à différents scénarios d'application ou défis environnementaux, en particulier dans différentes plages de température. Ils sont généralement distingués par des lettres et les qualités de thermocouple les plus courantes sont J, K, L, N et T.
Ces lettres sont destinées à représenter différentes combinaisons de métaux utilisées dans les bornes des circuits de thermocouples. Cela affectera directement la sensibilité globale à la température et la plage de fonctionnement sûre de l'équipement.
Dans cette section de ce guide, nous présenterons différents types et configurations de thermocouples pour comprendre leur environnement d'utilisation et leur plage de température.
Thermocouple de type K
Le type le plus couramment utilisé dans de nombreux secteurs et départements. Le thermocouple de type K est composé de différents fils à base de nickel (généralement en alliage de chrome/alliage d'aluminium), ce qui constitue un thermocouple très rentable qui peut atteindre une précision fiable sur une large plage de températures de fonctionnement.
Les thermocouples de type K sont généralement utilisés dans la plage de -200 à +1260 degrés, avec une précision d'écart type de ± 0,75 %.
Les thermocouples de type K utilisent des matériaux à base de nickel et ont une large gamme d'applications potentielles, c'est-à-dire que leurs fils peuvent convenir à une large plage de températures et qu'ils ont également une résistance à la corrosion et une résistance à l'oxydation stables.
Les fils de thermocouple de type K sont généralement constitués d'environ 90 % de nickel et 10 % de chrome comme électrode positive, et d'environ 95 % de nickel, 2 % d'aluminium, 2 % de manganèse et 1 % de silicium comme électrode négative.

Thermocouple de type J
Il s'agit d'un autre type largement utilisé, avec une plage de température plus petite que celle des thermocouples de type K (-40 à +750 degrés), et leur durée de vie totale sera également raccourcie s'ils sont fréquemment exposés à des températures élevées. L'électrode positive du thermocouple de type J est en fil de fer et l'électrode négative est en alliage cuivre-nickel (constantan).
Il s'agit d'un thermocouple relativement peu coûteux aux usages multiples, particulièrement adapté aux atmosphères réductrices (non oxydantes) et aux environnements sous vide, capable de lire les données de nombreux types d'équipements anciens et de matériaux inertes. Cependant, le fer du thermocouple de type J s'oxyde facilement et il n'est pas recommandé d'utiliser ce type si le thermocouple doit être exposé à l'humidité.
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Thermocouple de type N
Le fil est composé d'un alliage nickel-chrome-silicium-nickel-silicium (nickel, chrome et silicium), avec une plage de température de fonctionnement de -270 à +1300 degrés et de nombreuses caractéristiques similaires aux thermocouples de type K.
Mais leur prix est légèrement supérieur à celui des thermocouples de type K car ils résolvent certains problèmes que les thermocouples de type K peuvent rencontrer dans des environnements spécifiques et constituent un produit nouvellement développé. De plus, les thermocouples de type N peuvent offrir une meilleure stabilité pour les applications nucléaires et, comparés aux thermocouples de type K, ils sont plus résistants aux températures extrêmement élevées.
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Thermocouple de type T
Utilisant un matériau de fil en alliage de cuivre constantan, avec une plage de température comprise entre -200 et +350 degrés, il s'agit d'une configuration de thermocouple particulièrement stable. Il est très approprié pour diverses applications à basse température et à température extrêmement basse, y compris diverses conditions de laboratoire et de surgélation, et peut également bien fonctionner dans des atmosphères oxydantes. De plus, il ne comporte que du fil de cuivre en contact direct avec la sonde et peut également être utilisé pour la mesure différentielle.