Que sont les thermocouples et les fils RTD ?

Un thermocouple se compose de deux fils de métaux différents. Ces derniers 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 se compose d'un alliage chrome/nickel appelé chromel et son conducteur négatif (-) se compose d'un alliage aluminium/nickel appelé alumel. Le fil utilisé pour former une soudure de thermocouple s'appelle le fil de thermocouple.

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.

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 englobe les conducteurs et l'isolant. Ce type de soudure offre une plus grande durabilité et 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.

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

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 pour 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.

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.

Outre le thermocouple, d'autres technologies de thermométrie existent, notamment les sondes RTD (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 ordinaire 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.

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