Wire Wisdom sur les températures nominales des fils et câbles en conditions de températures basses
Introduction

Un thermocouple est composé de deux fils de métaux différents, qui sont soudés ensemble pour former une soudure de mesure de la température. Chaque fil est constitué d'un métal ou d'un alliage métallique. Par exemple, le conducteur positif (+) d'un thermocouple de type K est composé d'un alliage chrome/nickel appelé chromel et son conducteur négatif (-) est composé d'un alliage aluminium/nickel appelé alumel. Le fil utilisé pour former une soudure de thermocouple s'appelle le fil de thermocouple.

Effet thermoélectrique

Comme illustré sur le schéma, lorsque les températures de la soudure de mesure (soudure chaude) et de la soudure de référence (soudure froide) sont différentes, un potentiel électrique est généré dans le circuit de thermocouple. Il s'agit de l'effet Seebeck ou effet thermoélectrique. Cet effet peut faire penser à une petite batterie dont la tension de sortie est proportionnelle à la température de la soudure de mesure.

Image de l'effet thermoélectrique

Le potentiel généré dans le circuit s'exprime en millivolt (mV) et varie pour chaque type de thermocouple. Un équipement électronique mesure la tension et la convertit en une température.

Soudures de mesure

Il existe trois grands types de soudures de mesure. Une soudure exposée n'est protégée par aucune gaine. Une soudure mise à la terre est protégée par une gaine métallique, par exemple en acier inoxydable, qui entoure les conducteurs et l'isolant. Ce type de soudure jouit d'une plus grande durabilité et d'une plus grande résistance à la corrosion qu'une soudure exposée. Une soudure non mise à la terre est similaire à une soudure mise à la terre, mais ses fils de thermocouple n'ont pas de connexion électrique à la gaine métallique. Ce type de soudure jouit d'une plus grande protection contre les interférences électromagnétiques.

Soudures de référence

Comme noté précédemment, un circuit de thermocouple nécessite également une soudure de référence (soudure froide). La tension enregistrée par l'équipement de mesure étant proportionnelle à la différence de température entre la soudure de mesure et la soudure de référence, la température de la soudure de référence est une donnée essentielle pour déterminer la température de la soudure de mesure. En pratique, la soudure de référence est souvent intégrée dans les instruments de contrôle ou d'enregistrement.

Image de soudures de référence

C'est pourquoi la soudure de référence est souvent « invisible » pour l'utilisateur. Le thermocouple est connecté au fil de rallonge, qui est lui-même connecté aux instruments de contrôle.

Types de thermocouple

Les normes de l'industrie reconnaissent plusieurs types de thermocouples et de fils de thermocouple, chacun désigné par une lettre. Les types K, J, T et E comptent parmi les plus répandus. Chaque type de thermocouple est associé à une plage de températures sur laquelle son utilisation est optimale. La composition chimique des alliages de chaque thermocouple, les marges d'erreur de température autorisées et les codes couleur de chaque type de thermocouple sont spécifiés dans la norme ISA/ANSI MC96.1. Il est important de garder à l'esprit que du point de vue de l'application, le type de fil de thermocouple utilisé doit correspondre au type de thermocouple.

Fils de rallonge

Les types de fils de rallonge de thermocouple tels que les fils KX, JX, TX et EX sont utilisés pour connecter la soudure de mesure aux instruments de contrôle ou d'enregistrement. Ces derniers peuvent se trouver à des dizaines voire des centaines de mètres. De manière générale, les fils de rallonge sont exposés à des températures et conditions environnementales moins extrêmes que celles subies par la soudure de mesure. Par conséquent, les fils de rallonge ne sont pas calibrés pour supporter des températures supérieures à 204° C (400° F) et les températures nominales de leurs matériaux d'isolation et de gainage sont généralement moins élevées. Les fils de rallonge de thermocouple sont souvent blindés, car ils transportent les signaux basse tension émis par les instruments.

Sonde de température à résistance (RTD)

Outre le thermocouple, d'autres technologies de thermométrie existent, notamment les sondes RTD (resistance temperature detector, sonde de température à résistance). Les thermocouples sont employés dans les applications de températures supérieures à 650° C (1,200° F). Pour les températures moins élevées, les sondes RTD sont utilisées car elles offrent une plus grande facilité de fonctionnement et une meilleure sensibilité et stabilité. Le temps de réponse des thermocouples est plus rapide. Les sondes RTD sont des résistances spéciales dont la valeur de résistance évolue de manière prévisible en fonction de la température. Les sondes RTD sont connectées aux instruments de contrôle ou d'enregistrement de la température à l'aide de câbles d'instrumentations en cuivre. La connexion des sondes RTD ne requiert pas l'utilisation d'un fil de thermocouple.

 

Un câble RTD typique est un câble d'instrumentation standard composé de deux, trois ou quatre conducteurs ou de groupes de faisceaux doubles, triples ou quadruples selon le type de sonde RTD employée et le nombre d'appareils testés. Un blindage individuel ou global est souvent utilisé pour une plus grande résistance au bruit.

Fil de    thermocouple Fil de   rallonge Couleurs de
conducteur
Alliages
Code ANSI
Couleur
de gaine
Couleur de gaine Positif Négatif Positif Négatif Plage de températures
J
Marron Noir Blanc Rouge Fer Cuivre/nickel constantan -210° à 1 200° C
-346° à 2 193° F
K Marron Jaune Jaune Rouge Nickel/chrome Nickel/aluminium –270° à 1 372° C
–454° à 2 501° F
T Marron Bleu Bleu Rouge Cuivre Cuivre/nickel constantan –270° à 400° C
–454° à 752° F
E Marron Violet Violet Rouge Nickel/chrome Cuivre/nickel constantan –270° à 1 000° C
–454° à 1 832° F

Tableau 1 : types de câbles de thermocouple et de fils de rallonge pour thermocouple




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