- Sommaire
-
- Sur cette
page :
-
- Échelle
internationale de
température--------Mesure
par thermocouple
-
- Tables de
référence--------Compensation
de soudure froide
-
- Métaux
utilisés--------Polynômes
d'approximation pour les thermocouples K et
S
-
- Cables
d'extension et de compensation--------Tolérances
-
-
- THERMOMÉTRIE
par THERMOCOUPLE
|
-
-
-
-
- Synonymes et
Composés :
-
-
- Échelle
Internationale de Température de 1990 (EIT90)
:
-
- En 1990, l'échelle
internationale de température revue et mise au
point par le comité consultatif de
thermométrie a été adoptée
comme nouvelle base d'étalonnage avec le
thermomètre à résistance de
platine comme instrument de mesure, remplaçant
le thermocouple platine rhodié 10% - platine
trop imprécis (± 0,2 °C).
-
- Les points fixes de
référence de l'EIT90 :
-
- Le tableau
ci-après donne les valeurs de
température selon l'EIT90 en degrés
Kelvin (°K) et en degrés Celcius (°C)
pour différents états
d'éléments parfaitement stables et
reproductibles (points fixes).
-
-
-
|
État
|
T90 /
°K
|
T90 /
°C
|
|
Point triple de
l'hydrogène
|
13.8033
|
-259.3467
|
|
Point
d'ébullition de l'hydrogène
à la pression de 33321.3 Pa
|
17.035
|
-256.115
|
|
Point
d'ébullition de l'hydrogène
à la pression de 101292 Pa
|
20.27
|
-252.88
|
|
Point triple du
néon
|
24.5561
|
-248.5939
|
|
Point triple de
l'oxygène
|
54.3584
|
-218.7916
|
|
Point triple de
l'argon
|
83.8058
|
-189.3442
|
|
Point triple du
mercure
|
234.3156
|
-38.8344
|
|
Point triple de
l'eau
|
273.16
|
0.01
|
|
Point de fusion du
galium
|
302.9146
|
29.7646
|
|
Point de
congélation de l'indium
|
429.7485
|
156.5985
|
|
Point de
congélation de
l'étain
|
505.078
|
231.928
|
|
Point de
congélation du zinc
|
692.677
|
419.527
|
|
Point de
congélation de l'aluminium
|
933.473
|
660.323
|
|
Point de
congélation de l'argent
|
1234.93
|
961.78
|
|
Point de
congélation de l'or
|
1337.33
|
1064.18
|
|
Point de
congélation du cuivre
|
1357.77
|
1084.62
|
-
-
- Cette échelle n'est
pas encore parfaite, mais elle couvre les performances
réalisables par les instruments de mesure
actuels avec la tempétaure thermodynamique
réelle.
-
-
- Mesure de
température par thermocouple :
-
- En théorie, lorsqu'un
conducteur électrique subit un gradient de
température, l'énergie reçue
créée un mouvement d'électrons
générant ainsi une force
électromotrice (f.é.m.) dont la valeur
et le sens dépendront du matériau
conducteur et aussi de l'amplitude et de la direction
du gradient de température. La tension
résultante aux extrémités de ce
conducteur sera la somme des f.é.m. produites
tout le long du conducteur. Dans la pratique cette
mesure sur un conducteur unique n'est pas
réalisable, car trop faible.
-
- Si on place deux conducteurs
composés de métaux de
caractéristiques thermoélectriques
très différentes reliés entre eux
par une extrémité on peut alors obtenir
des valeurs amplifiées de f.é.m.
mesurables par l'application d'un gradient de
température à partir du point de
jonction de mesure (aussi appelé soudure
chaude). Les deux extrémités permettant
la lecture de la f.é.m. entre les deux
conducteurs différents seront appelées
jonction de référence (ou soudure
froide). Ce type de circuit thermoélectrique
est appelé "thermocouple".
-
- Remarques :
- - La valeur de
température de la soudure chaude sera facile
à déduire si la température de la
soudure froide est connue.
- - Si les conducteurs
électriques du thermocouple sont
homogènes sur la section de mesure la
f.é.m. sera inchangée même s'ils
traversent des zones de températures
différentes entre jonctions.
- - Il est possible
d'introduire dans un circuit thermoélectrique
des conducteurs de nature différente sans
modifier la f.é.m. résultante si ces
conducteurs sont deux à deux à la
même température. Ceci rend donc possible
l'insertion d'un appareil de mesure dans le
circuit.
-
- Les tables de
référence :
-
- La fonction liant la
température à la f.é.m.
n'étant pas linéaire pour les
thermocouples, une méthode d'interpolation est
nécessaire et elle fait appel à des
polynomes d'approximation complexes.
- Pour chaque type de
thermocouple existe donc une table de
référence donnant la tension de sortie
en fonction de la température de la soudure
chaude. Ces tables de référence sont
normalisées selon les méthodes NF EN
60584.1 (1996) ou CEI 584.1 (1995) sauf pour les
thermocouples G, Cet D. Les f.é.m. sont
données en microvolts pour une
température de jonction de
référence à 0
°C.
- On y trouve couramment les
valeurs pour les thermocouples suivants :
-
-
|
Type de
Thermocouple
|
Alliages
|
Domaine de la table
en °C
|
|
K
|
Nickel-Chrome /
Nickel Aluminium
|
-270 à 1370
°C
|
|
T
|
Cuivre /
Cuivre-Nickel
|
-270 à 400
°C
|
|
J
|
Fer /
Cuivre--Nickel
|
-210 à 1200
°C
|
|
N
|
NickelChrome-Silicium
/ Nickel-Silicium
|
-270 à 1300
°C
|
|
E
|
Nickel-Chrome /
Cuivre-Nickel
|
-270 à 1000
°C
|
|
R
|
Platine 13% Rhodium
/ Platine
|
-50 à 1760
°C
|
|
S
|
Platine 10% Rhodium
/ Platine
|
-50 à 1760
°C
|
|
B
|
Platine 30% Rhodium
/ Platine 6% Rhodium
|
0 à 1820
°C
|
|
G (non
normalisé)
|
Tungstene /
Tungstene 26% Rhenium
|
1000 à 2300
°C
|
|
C (non
normalisé)
|
Tungstene 5% Rhenium
/ Tungstene 26% Rhenium
|
0 à 2300
°C
|
|
D (non
normalisé)
|
Tungstene 3% Rhenium
/ Tungstene 25% Rhenium
|
0 à 2400
°C
|
-
-
-
-
- Compensation de
soudure froide :
-
- Pour une valeur
donnée de température de soudure chaude,
on peut obtenir une variation de f.é.m. si la
température de soudure froide varie. Les tables
de référence donnant des f.é.m.
pour une valeur de température de soudure
froide à 0 degré (jonction de
référence), il faut donc que la soudure
froide soit à 0 °C pendant les mesures
pour éviter toute dérive. C'est
là la nécessité de compenser la
soudure froide pour que la f.é.m. lue soit
telle que si cette partie du circuit était
vraiment à 0 °C.
- Pour tous les appareils
électroniques de mesure cette compensation est
réalisée à l'aide d'une
thermistance placée près de la jonction
de référence. La f.é.m.
correspondant à l'écart de
température constaté est prise en compte
par le circuit de mesure qui compense ainsi la
variation de température.
-
- Métaux
utilisés pour les thermocouples
:
-
- Les métaux ou
alliages utilisés doivent répondre
à des critères de stabilité,
tenue sur un domaine de température le plus
large possible et avec des valeurs de f.é.m.
aisément mesurables. Peu de matériaux
courants donnent ces performances et il faut souvent
employer des métaux précieux ou rares.
Aujourd'hui le domaine de température couvert
par l'ensemble combiné des thermocouples va de
-270°C à 2600°C.
- Il a deux catégories
de thermocouple selon le type de métaux
employés :
- - métaux
précieux (platine, platine
rhodié)
- - métaux communs
(nickel-chrome, nickel-Aluminium,
cuivre-nickel...)
- Les thermocouples en
métaux précieux sont les plus stables et
leur plage de mesure va jusqu'à 2600°C.
Les métaux communs ne vont que jusqu'à
1200°C mais leurs f.é.m. ont des valeurs
plus élevées ce qui rend plus
aisées les mesures.
- En céramique on
utilise généralement des couples K et S.
Les couples K, les plus employés, sont
utilisés pour les fours à faïence
et à terre cuite tandis que les couples S sont
utilisés pour les grès, les porcelaines
et les réfractaires. Attention le couple S doit
être gaîné dans un tube d'alumine
de haute pureté (>99%) pour résister
dans une atmosphère réductrice, sinon il
y a risque de volatilisation du platine. La
stabilité des couples K varie assez (par
modification de la composition chimique du
métal, par oxydation...) et certains lui
préfèrent maintenant les couples
N.
-
- Tolérance
des thermocouples :
-
- Les thermocouples ne sont
pas toujours conformes aux tables de
référence normalisées, ceci est
dû aux contraintes de fabrication. Des valeurs
de tolérance normalisées ont
été établies pour combler cette
lacune (normes NF EN 60584-2 et CEI
584.2).
-
- Cables
d'extension et de compensation :
-
- Un cable d'extension est un
cable dont les conducteurs sont composés
d'alliages de même nature que ceux du
thermocouple, tandis qu'un cable de compensation est
réalisé à partirs d'alliages
courants (peu chers, moins de 2 Euros le mètre)
mis au point pour réduire au maximum tout
écart de mesure.
-
- Ces cables permettent de
prolonger le thermocouple hors partie chaude jusqu'au
point de correction de soudure froide, cela permet
aussi de réduire le prix d'un thermocouple en
métal précieux si la longueur de
celui-ci doit être trop importante et que les
conditions de température ambiante le
permettent (dans le cas d'un cable d'extension). A
chaque type de thermocouple correspond un cable
réalisé avec des alliages mis au point
pour minimiser l'écart de mesure induit afin de
rester dans la tolérance admise pour la mesure.
La norme est appliquée par un codage de
couleurs par type de thermocouple (norme CEI 584.3
(1989), NF C 42-324 (1993) et NF c 42-323 (1997)). Il
existe jusqu'à 2 classes de tolérance
par type de cable données selon une valeur de
température de jonction de mesure (Par ex.
f.é.m. lue à ± 60µV (±
1.5°C) pour 900°C en soudure chaude). Chaque
cable est classé pour une utilisation dans un
domaine précis de
température.
- Voir
normes couleur des cables de compensation et
thermocouple
-
- Polynomes
d'approximation pour les thermocouple K et S
:
-
- Pour ceux qui disposent d'un
PC équipé d'un tableur, il devient
très facile d'exploiter ces outils
mathématiques et de reproduire une table
détaillée de la fonction T°C = f
(F.e.m) avec la précision de la norne CEI 584.1
basée sur les références de l'EIT
90.
-
- Voici les expressions
polynômiales pour le couple K (plage de
température 0 à 1372°C) et pour le
couple S (pour les 3 plages de température de
-50°C à 1064.18°C qui est le point de
congélation de l'or, 1064.18°C à
1664.5°C et 1664.5°C à
1768.1°C). Ces deux thermocouples sont les plus
répandus dans les métiers de la
céramique.
-
-
|
Thermocouple
K
|
|
Polynôme
d'approximation pour la plage de
température de 0°C à
1372°C selon EIT 90
|
|
E =
f.e.m. en microvolts (10-6 Volts,
symbole µV) et T90 =
°C (degrés
Celsius)
|
|
|
|
n
|
|
|
E
= b0 +
|
S
|
bi
(t90)i +
c0 Exp[c1
(t90 -
126,9686)2] µV
|
|
|
i =
0
|
|
|
|
Avec les
valeurs suivantes pour :
|
bo
|
=
|
-
|
1,760 041
368 6 x 101
|
|
b1
|
=
|
|
3,892 120
497 5 x 101
|
|
b2
|
=
|
|
1,855 877
003 2 x 10-2
|
|
b3
|
=
|
-
|
9,945 759
287 4 x 10-5
|
|
b4
|
=
|
|
3,184 094
571 9 x 10-7
|
|
b5
|
=
|
-
|
5,607 284
488 9 x 10-10
|
|
b6
|
=
|
|
5,607 505
905 9 x 10-13
|
|
b7
|
=
|
-
|
3,202 072
000 3 x 10-16
|
|
b8
|
=
|
|
9,715 114
715 2 x 10-20
|
|
b9
|
=
|
-
|
1,210 472
127 5 x 10-23
|
|
|
|
|
|
|
co
|
=
|
|
1,185 976 x
102
|
|
c1
|
=
|
-
|
1,183 432 x
10-4
|
|
-
-
- Exemple d'un graphe
réalisé sur un tableur Excel à
partir des expressions précédentes
calculées entre 0 et 1370°C degré
par degré :
-
-
-
-
-
-
|
Thermocouple
S - plage 1
|
|
Polynôme
d'approximation pour la plage de
température de -50°C à
1064,18°C selon EIT
90
|
|
E =
f.e.m. en microvolts (10-6 Volts,
symbole µV) et T90 =
°C (degrés
Celsius)
|
|
|
|
n
|
|
|
E
=
|
S
|
ai
(t90)i
µV
|
|
|
i
= 1
|
|
|
|
Avec les
valeurs suivantes pour :
|
a1
|
=
|
|
5,
403 133 086 31
|
|
a2
|
=
|
|
1,259 342
897 40 x 10-2
|
|
a3
|
=
|
-
|
2,324 779
686 89 x 10-5
|
|
a4
|
=
|
|
3,220 288
230 36 x 10-8
|
|
a5
|
=
|
-
|
3,314 651
963 89 x 10-11
|
|
a6
|
=
|
|
2,557 442
517 86 x 10-14
|
|
a7
|
=
|
-
|
1,250 688
713 93 x 10-17
|
|
a8
|
=
|
|
2,714 431
761 45 x 10-21
|
|
-
|
Thermocouple
S - plage 2
|
|
Polynôme
d'approximation pour la plage de
température de 1064,18 °C
à 1664,5 °C selon EIT
90
|
|
E =
f.e.m. en microvolts (10-6 Volts,
symbole µV) et T90 =
°C (degrés
Celsius)
|
|
|
|
n
|
|
|
E
=
|
S
|
ai
(t90)i
µV
|
|
|
i
= 0
|
|
|
|
Avec les
valeurs suivantes pour :
|
a0
|
=
|
|
1,329 004
440 85 x 103
|
|
a1
|
=
|
|
3,345 093
113 44
|
|
a2
|
=
|
|
6,548 051
928 18 x 10-3
|
|
a3
|
=
|
-
|
1,648 562
592 09 x 10-6
|
|
a4
|
=
|
|
1,299 896
051 74 x 10-11
|
|
-
|
Thermocouple
S - plage 3
|
|
Polynôme
d'approximation pour la plage de
température de 1664,5°C à
1768,1°C selon EIT
90
|
|
E =
f.e.m. en microvolts (10-6 Volts,
symbole µV) et T90 =
°C (degrés
Celsius)
|
|
|
|
n
|
|
|
E
=
|
S
|
ai
(t90)i
µV
|
|
|
i
= 0
|
|
|
|
Avec les
valeurs suivantes pour :
|
a0
|
=
|
|
1,466 282
326 36 x 105
|
|
a1
|
=
|
-
|
2,584 305
167 52 x 102
|
|
a3
|
=
|
|
1,636 935
746 41 x 10-1
|
|
a3
|
=
|
-
|
3,304 390
469 87 x 10-5
|
|
a4
|
=
|
-
|
9,432 236
906 12 x 10-12
|
|
- Références
: TC S.A. BP 87, 69573 DARDILLY CEDEX - FRANCE
- tel
: 04.78.43.27.25 Fax : 04.78.43.27.62
- contact
: info@tcsa.fr
-
- Site
web : http://www.tcsa.fr
-
-
-
-
-
- Smart2000.fr
©
Août 2001
-
FRANCE
- Écrit
et documenté par le propriétaire du site
// Contact : Smart2000@wanadoo.fr
- Document
pour CONSULTATION PRIVÉE uniquement - Toute
reproduction totale ou partielle est
interdite
-
-
-
-
- Smart2000.fr
le site
dédié aux passionnés de
céramique
-
- Smart2000
- FRANCE sur https://smart2000.fr/
-
- This
entire page Copyright © JUIN 2003-2023, All
Rights Reserved.
- Les
textes et les photos restent la
propriété de leur auteurs, ils ne
peuvent être réutilisés sans un
accord préalable. Nous
consulter.
|
