Sondes de température

Thermocouples

Un thermocouple est un capteur de température composé de deux fils de métaux soudés ensemble à leurs extrémités. Lorsque la température des jonctions varie, la différence de potentiel en millivolts (induite par le gradient de température le long des fils) est interprétée par un capteur de température. Il existe plusieurs types de thermocouples, chacun d’eux étant constitué d’une combinaison différente de métaux qui le rend adapté à une fourchette de température et à un environnement qui lui est propre. Les plus communs sont les modèles J, K, T, E et N. La section d'un thermocouple utilisée pour surveiller la température est généralement protégée par une gaine métallique. La jonction de fil est soit exposée hors de la paroi de la gaine, soit fixée de manière interne à la paroi de la gaine scellée (mise à la terre) ou isolée du boîtier métallique scellé (non mise à la terre). La gaine de protection métallique peut être remplie de MgO compacté. Cette construction (modèle MI) confère une résistance structurelle et de la durabilité. Les thermocouples de modèle MI peuvent être soudés ou fixés par brasage aux gaines des éléments chauffants et peuvent également être formés sur place selon les besoins de l’application. De plus, les thermocouples peuvent avoir une construction de modèle fil et tube (modèle TW) qui est principalement utilisée dans l'industrie des plastiques. De nombreux dispositifs de montage optionnels sont disponibles avec le modèle TW incluant, notamment, les connexions à baïonnette, à profondeur réglable, pour tête de buse et avec bague ou cale de montage.

RTD

Les capteurs de température à résistance (RTD) sont des sondes dotées de résistances qui varient en fonction des variations de température. Un contrôleur détermine la résistance de la sonde et ainsi, sa température. Plusieurs matériaux différents sont utilisés pour fabriquer les sondes RTD, le plus commun étant le platine. Deux modèles de base de sondes RTD sont disponibles, soit à éléments à couche mince (-150°F à 1000°F) et à éléments enroulés (-250°F à 1100°F). Les sondes RTD peuvent être livrées avec 2, 3 ou 4 fils conduteurs. Ceux avec 3 ou 4 fils peuvent être munies de fils relativement longs sans perte de précision de mesure de la température.

Thermocouples

Les tableaux ci-dessous indiquent les températures, les environnements, les précisions et les codes de couleur recommandés. Il est important de savoir que les températures maximales sont définies non seulement par rapport au type de thermocouple, mais également par rapport au calibre de son fil.

Type	Composition		Plage de température ºF (recommandée)	Applications compatibles (Fil nu)
Type	Branche Positive	Branche Négative	Plage de température ºF (recommandée)	Applications compatibles (Fil nu)
J	Fe	55% Cu 45% Ni	32 à 1400	En atmosphères sous vide, réductrice ou inerte. Utilisation limitée en atmosphère oxydante (gros calibre).
K	90% Ni 10% Cr	95% Ni, 2% Al 2% Mg, 1% Si	32 à 2300	Utilisé principalement au-dessus de 1000°F. Atmosphères oxydantes et inertes. Non utilisé dans des atmosphères sous vide ou à faible teneur en oxygène
T	Cu	55% Cu 45% Ni	-300 à 700	Recommandé pour les atmosphères humides, sous vide, oxydantes, réductrices ou inertes.
E	95% Ni, 2% Al 2% Mg, 1% Si	55% Cu 45% Ni	32 à 1500	Haut voltage de sortie (EMF) par degré. Convient aux atmosphères oxydantes et inertes.
N	84.1% Ni, 14.4% Cr 14% Si, 0.1% Mg	95.5% Ni, 4.4% Si 0.1% Mg	32 à 2300	Alternative aux thermocouples de type K. Bonne résistance à l'oxydation.

Type	Température ºF Versus Précision		Température maximale recommandée pour diamètre de sonde et calibre de fil de thermocouple				Couleur de branche négative	Couleur de branche positive	Couleur de branche/prise
			0.062 po	0.125 po	0.188 po	0.25 po
			30 AWG	24 AWG	20 AWG	16 AWG
J	32 à 520 530 à 1400	+/- 4ºF +/- 0.75%	600ºF	700ºF	800ºF	900ºF	Rouge	Blanc	Noir
K	32 à 559 560 à 2300	+/- 4ºF +/- 0.75%	1400ºF	1600ºF	1700ºF	1800ºF	Rouge	Jaune	Jaune
T	-300 à -90 -91 à 270 271 à 700	+/- 1.5% +/- 2ºF +/- 0.75%	300ºF	400ºF	500ºF	500ºF	Rouge	Bleu	Bleu
E	32 à 640 641 à 1500	+/- 4ºF +/- 0.5%	700ºF	800ºF	900ºF	1000ºF	Rouge	Mauve	Mauve
N	32 à 560 561 à 2300	+/- 4ºF +/- 0.75%	1600ºF	1700ºF	1700ºF	1700ºF	Rouge	Orange	Orange

Sondes RTD

Les caractéristiques conceptuelles des sondes RTD sont les suivantes :

Construction (Pellicule mince ou fil embobiné)
Matériau de la sonde (Pt, Cu ou Ni)
Résistance de la sonde (100 Ohm/platine – le plus courant)
Précision (normes IEC751 – les plus courantes)
Configuration de fils (3 fils – le plus courant)
Valeur TCR (0,00385 Ohm/ Ohm/°C – le plus courant)

Les normes IEC751 spécifient la tolérance des résistances des sondes RTD 100 Ohm en platine avec un TCR de 0,00385 Ohm/Ohm/°C comme suit:

Classe A: + 0,15°C à 0°C, augmentant de façon linéaire à +/- 1,15°C à 500°C
Classe B: + 0,30°C à 0°C, augmentant de façon linéaire à +/- 2,80°C à 500°C

Thermocouples versus sondes RTD

Critères	Sondes RTD	Thermocouples
Fourchette de temp.recommandée	-300°F à 1000°F	-300°F à 2300°F
Précision (typique)	Excellente (+/- 0.3°F à +/- 2°F)	Moyenne (+/- 1°F à +/- 10°F)
Stabilité	Extrêmement stable (dérive de 0,1 °F/année)	Variable
Temps de réaction	Lente (1-50 s)	Rapide (0,1 s à 10 s)
Linéarité	Presque linéaire	Non-Linéaire
Chocs/vibration mécanique	Pas adapté	Adapté
Problèmes de bruit électrique	Peu sensible	Sensible
Excitation	Oui	Non
Coût	Élevé	Bas

Conseils pour le câblage des sondes de température

Pour minimiser les coûts, les fils de rallonge de thermocouple peuvent être de qualité inférieure (limites de température ambiante inférieures) à celle des fils de thermocouple, mais ils doivent être faits du même matériau que ceux-ci. Pour des applications ayants de longues distances entre les points de détection et les instruments (100 pieds ou plus), des émetteurs peuvent être utilisés.
Des blocs de jonction en cuivre ainsi que des cosses ou des fils épissés peuvent être utilisés dans un circuit de thermocouple, à condition que les branches négative et positive soient à la même température.
Les fils de cuivre standard sont utilisés comme rallonges de sondes RTD. Les sondes RTD à deux fils ne devraient être utilisées que pour de courtes distances. Pour les longues distances, il est préférable d’utiliser des sondes RTD à 3 ou 4 fils. Pour les distances supérieures à 100 pieds, l'utilisation d'émetteurs pourrait être une solution.
Le matériau isolant des fils de thermocouple et de sonde RTD doit être compatible avec l'environnement dans lequel il sera utilisé.
Les signaux électriques générés par les thermocouples et les sondes RTD étant très faibles, il est recommandé de protéger leurs fils de rallonge.
Les fils de thermocouple et de sonde RTD ne doivent pas passer dans des conduits contenant des lignes d'alimentation électrique.

Les thermocouples de Bucan peuvent être fabriqués selon les configurations illustrées ci-dessous avec des conceptions de modèle fil et tube (modèle TW) ou à isolant minérale (modèle MI). La plupart des modèles peuvent également être fabriqués pour l’utilisation de sondes RTD. Les deux premières lettres de chaque numéro de référence indiquent la nature de la sonde : TW (thermocouple de modèle fil et tube), MI (thermocouple à isolant minéral), RT (sonde RTD de modèle fil et tube) et RM (sonde RTD à isolant minéral). Les sondes RTD de Bucan standard utilisent des RTD en platine avec tolérance de classe B, ayant un coefficient de température de résistance de 0,00385 Ohm/Ohm/°C.