Contenu
- Types de thermocouples
- Limites des thermocouples
- Avantages et inconvénients des thermocouples
- Applications des thermocouples
Les thermocouples sont de simples capteurs de température utilisés dans le monde scientifique et industriel. Ils se composent de deux fils de métaux différents réunis en un seul point ou jonction, qui est généralement soudé pour la robustesse et la fiabilité.
Aux extrémités ouvertes de ces fils, un thermocouple génère une tension en réponse à la température de jonction, résultat du phénomène appelé effet Seebeck, découvert en 1821 par le physicien allemand Thomas Seebeck.
Types de thermocouples
Deux fils de métaux différents en contact produiront une tension lorsqu'ils seront chauffés; Toutefois, certaines combinaisons d’alliages sont standard en raison de leur niveau de rendement, de leur stabilité et de leurs caractéristiques chimiques.
Les plus courants sont les thermocouples «en métaux communs», fabriqués avec du fer ou des alliages de nickel et d’autres éléments, et sont connus sous les types J, K, T, E et N, en fonction de leur composition.
Les thermocouples «en métal noble», constitués de fils de platine-rhodium et de platine pour une utilisation à des températures plus élevées, sont appelés types R, S et B. Selon ce type, les thermocouples peuvent mesurer des températures comprises entre -270 degrés Celsius et 1 700 C ou plus ( environ -454 degrés Fahrenheit à 3100 F ou plus).
Limites des thermocouples
Les avantages et les inconvénients des thermocouples dépendent de la situation et il est important de comprendre d’abord leurs limites. La sortie d'un thermocouple est très petite, généralement de l'ordre de 0,001 volt à la température ambiante, et augmente à mesure que la température augmente. Chaque type a sa propre équation pour convertir la tension en température. La relation n'étant pas une ligne droite, ces équations sont quelque peu complexes et comportent de nombreux termes. Même dans ce cas, les thermocouples sont limités à une précision d'environ 1 C, ou environ 2 F, au mieux.
Pour obtenir un résultat calibré, la tension du thermocouple doit être comparée à une valeur de référence, qui était autrefois un autre thermocouple immergé dans un bain d'eau glacée. Cet appareil crée une «jonction froide» à 0 ° C ou 32 ° F, mais il est évidemment gênant et peu pratique. Les circuits électroniques de référence des points de glace modernes ont universellement remplacé l'eau de glace et ont permis l'utilisation de thermocouples dans des applications portables.
Parce que les thermocouples nécessitent le contact de deux métaux différents, ils sont soumis à la corrosion, ce qui peut affecter leur calibrage et leur précision. Dans les environnements difficiles, la jonction est généralement protégée dans une gaine en acier, ce qui empêche l'humidité ou les produits chimiques d'endommager les fils. Néanmoins, le soin et la maintenance des thermocouples sont nécessaires pour une bonne performance à long terme.
Avantages et inconvénients des thermocouples
Les thermocouples sont simples, robustes, faciles à fabriquer et relativement peu coûteux. Ils peuvent être fabriqués avec un fil métallique extrêmement fin pour mesurer la température d'objets minuscules tels que des insectes. Les thermocouples sont utiles dans une très large plage de températures et peuvent être insérés dans des endroits difficiles tels que des cavités corporelles ou des environnements hostiles tels que des réacteurs nucléaires.
Pour tous ces avantages, les inconvénients des thermocouples doivent être pris en compte avant de les appliquer. La sortie en niveau millivolt nécessite la complexité supplémentaire d'une électronique soigneusement conçue, à la fois pour la référence de point de glace et pour l'amplification du minuscule signal.
De plus, la réponse en basse tension est susceptible au bruit et aux interférences des appareils électriques environnants. Les thermocouples peuvent nécessiter un blindage mis à la terre pour obtenir de bons résultats. La précision est limitée à environ 1 C (environ 2 F) et peut être encore réduite par la corrosion de la jonction ou des fils.
Applications des thermocouples
Les avantages des thermocouples ont conduit à leur intégration dans un grand nombre de situations, allant du contrôle des fours domestiques au contrôle de la température des avions, des engins spatiaux et des satellites. Les fours et les autoclaves utilisent des thermocouples, de même que les presses et les moules pour la fabrication.
De nombreux thermocouples peuvent être connectés en série pour créer une thermopile, qui produit une tension supérieure en réponse à la température par rapport à un thermocouple unique. Les thermopiles sont utilisés pour fabriquer des dispositifs sensibles de détection du rayonnement infrarouge. Les thermopiles peuvent également générer de l'énergie pour les sondes spatiales à partir de la chaleur de la désintégration radioactive dans un générateur thermoélectrique à radio-isotopes.