Loading AI tools
couple de matériaux dont l'effet Seebeck est utilisé pour la mesure de la température De Wikipédia, l'encyclopédie libre
Un thermocouple, ou couple thermoélectrique (CTE), est, en physique, un couple de matériaux dont l'effet Seebeck, découvert en 1821 par le physicien allemand Thomas Johann Seebeck, est utilisé pour la mesure de la température. Ils sont bon marché et permettent la mesure dans une grande gamme de températures. La principale limite est la précision obtenue. Il est relativement difficile d'obtenir des mesures avec une incertitude inférieure à 0,1 °C.
Lorsque deux métaux sont utilisés pour former une boucle ouverte (pas de courant circulant dans les fils) (voir schéma ci-contre), un potentiel électrique peut être généré entre les deux bornes non reliées de la boucle s'il existe un gradient de température dans la boucle. Le potentiel électrique généré peut être calculé à partir de l'équation suivante :
Un thermocouple est un montage exploitant l'effet Seebeck pour la détermination de la température. Celui-ci est constitué de deux fils de métaux différents, soudés à l'une de leurs extrémités. Cette jonction porte le nom usuel de « soudure chaude » et sera installé dans le milieu dont la température est à mesurer. Les deux autres extrémités sont à relier aux bornes d'un voltmètre. Les deux jonctions formées aux bornes du voltmètre portent le nom usuel de « soudures de référence » ou « soudures froides ».
Afin que la conversion de la tension mesurée en température soit facilitée, il est nécessaire de s'assurer que les deux « soudures de référence » se trouvent à la même température. Pour cela, il est possible d'utiliser ce qui est couramment appelée « boîte de référence » ou « boîte froide ».
La tension mesurée par le voltmètre est fonction de la température de la « soudure chaude » et de la température des « soudures froides » et peut être calculée à partir de l'expression suivante :
Afin de déterminer la température de la soudure chaude, il est nécessaire de connaitre la température des « soudures froides ». Ceci peut être réalisé, par exemple, à partir d'un capteur de température de type thermorésistif (typiquement une thermorésistance de platine pt100 ou pt1000).
À partir de la connaissance de l'évolution du coefficient Seebeck des métaux utilisés en fonction de la température, il est possible de déterminer la température de la « soudure chaude ».
En pratique, ce n'est pas le coefficient Seebeck qui est employé mais la FEM (force électro-motrice), la tension générée par un thermocouple dont la température de référence est maintenue à 0 °C (glace fondante). La température est calculée à partir de la FEM en utilisant des équations polynomiales. Ces relations, ainsi que des tables de référence qui en sont déduites, sont données dans la norme internationale IEC 60584-1[1].
La plupart des montages ne permettent pas de maintenir une température de référence à 0 °C. L'usage direct des tables de l'IEC 60584-1 n'est pas possible. Il est alors nécessaire d'avoir recours à un système de compensation de tension.
La procédure est la suivante. Le voltmètre (ou assimilé) mesure la tension . On mesure par un moyen annexe la température de « soudure froide ». Cette température est convertie en tension à l'aide des tables qui caractérisent le thermocouple considéré. Cette tension de compensation est ajoutée à la tension mesurée par le voltmètre, afin de déterminer la tension aux bornes de la « soudure chaude ». Cette tension corrigée est enfin convertie en température à l'aide des tables d'étalonnage, utilisées ici dans l'autre sens. Le matériau utilisé par les câbles du voltmètre (en général, du cuivre), n'entre pas en compte dans le calcul, pourvu que les deux « soudures froides » soient à la même température. En général elles sont très proches l'une de l'autre. Les « soudures froides » créent donc un thermocouple de même type que la « soudure chaude », mais de polarité opposée. L'influence du métal intermédiaire (le cuivre du Voltmètre) s'annule.
Un thermocouple est une entité dont les caractéristiques changent vite juste après sa fabrication (oxydation), et restent très stables ensuite. Il est ainsi utile de « vieillir » un nouveau thermocouple en le portant pendant longtemps aux températures où il devra servir. Il faut ensuite l'étalonner pour tabuler sa FEM.
Un thermocouple peut être formé à partir de n'importe quel couple de métaux. En pratique, pour des questions de coût, de sensibilité, de gamme de mesure, d'oxydation, de résistance mécanique, etc., les couples de métaux utilisés sont restreints.
La liste suivante répertorie les thermocouples dont ceux cités dans les normes internationales[2],[3].
Dans la liste qui suit, il est indiqué usage « continu » et « intermittent » pour les plages de températures. Chaque type de thermocouple peut être utilisé dans toute sa plage d'usage intermittent. Cependant, utiliser un thermocouple hors de sa plage d'usage continu trop longtemps peut dégrader le thermocouple et ses performances, il est donc conseillé de ne l'utiliser dans cette plage d'usage intermittent que de manière ponctuelle.
La première chose importante à prendre en compte est de faire coïncider la plage de température à mesurer avec la plage d'utilisation optimum du thermocouple.
La différence de potentiel (ou FEM) générée par un thermocouple est fonction du coefficient Seebeck du thermocouple, de la température de la soudure chaude et de la température des soudures froides.
En pratique, cette FEM est souvent représentée en imposant la température des soudures froides à 0 °C.
L'évolution de la FEM en fonction de la température de la soudure chaude, pour une jonction de référence maintenue à 0 °C, n'est pas linéaire (seule la courbe du thermocouple de type K, sur une plage de température très restreinte, peut être considérée comme constante).
Un thermocouple dont la FEM varie de manière importante permet de faire des mesures avec une plus grande sensibilité. Ainsi la mesure est plus précise.
Certaines utilisations des thermocouples, notamment en milieu industriel, se font dans des conditions où la pression et la température peuvent être élevées. Cela peut modifier la précision et la vitesse d'usure du thermocouple. Il faut par conséquent se tourner vers des thermocouples avec des précisions parfois moindres mais ayant des résistances particulières par rapport aux milieux d'utilisation.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.