Thermocouple : Un capteur de température simple et polyvalent

Qu'est-ce qu'une thermocouple?

Une thermocouple est un dispositif qui convertit les différences de température en une tension électrique, basé sur le principe de l'effet thermoélectrique. C'est un type de capteur qui peut mesurer la température à un point ou un emplacement spécifique. Les thermocouples sont largement utilisés dans divers domaines, tels que l'industrie, le domestique, le commercial et les applications scientifiques, en raison de leur simplicité, de leur durabilité, de leur faible coût et de leur large plage de température.

Qu'est-ce que l'effet thermoélectrique?

L'effet thermoélectrique est le phénomène de génération d'une tension électrique due à une différence de température entre deux métaux différents ou alliages de métaux. Cet effet a été découvert par le physicien allemand Thomas Seebeck en 1821, qui a observé qu'un champ magnétique était créé autour d'une boucle fermée de deux métaux différents lorsque l'une des jonctions était chauffée et l'autre refroidie.

L'effet thermoélectrique peut être expliqué par le mouvement des électrons libres dans les métaux. Lorsqu'une jonction est chauffée, les électrons gagnent de l'énergie cinétique et se déplacent plus rapidement vers la jonction froide. Cela crée une différence de potentiel entre les deux jonctions, qui peut être mesurée avec un voltmètre ou un ampèremètre. La magnitude de la tension dépend du type de métaux utilisés et de la différence de température entre les jonctions.

Comment fonctionne une thermocouple?

Une thermocouple est composée de deux fils faits de métaux différents ou d'alliages de métaux, joints ensemble aux deux extrémités pour former deux jonctions. Une jonction, appelée jonction chaude ou de mesure, est placée à l'emplacement où la température doit être mesurée. L'autre jonction, appelée jonction froide ou de référence, est maintenue à une température constante et connue, généralement à température ambiante ou dans un bain de glace.

Lorsqu'il y a une différence de température entre les deux jonctions, une tension électrique est générée dans le circuit de la thermocouple en raison de l'effet thermoélectrique. Cette tension peut être mesurée avec un voltmètre ou un ampèremètre connecté au circuit. En utilisant un tableau de calibration ou une formule qui relie la tension à la température pour un type donné de thermocouple, on peut calculer la température de la jonction chaude.

Le diagramme suivant montre le principe de fonctionnement de base d'une thermocouple :

La vidéo suivante explique comment fonctionne une thermocouple en détail :

Quels sont les types de thermocouples?

Il existe de nombreux types de thermocouples disponibles, chacun ayant des caractéristiques et des applications différentes. Le type de thermocouple est déterminé par la combinaison de métaux ou d'alliages de métaux utilisés pour les fils. Les types de thermocouples les plus courants sont désignés par des lettres (comme K, J, T, E, etc.) selon des normes internationales.

Le tableau suivant résume certains des principaux types de thermocouples et leurs propriétés :

| E | Nickel-chrome (90% Ni, 10% Cr) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Violet (+), Rouge (-), Violet (général) | -200°C à +870°C (-328°F à +1598°F) | 68 µV/°C | ±1,7°C (0,5%) | Haute précision, plage modérée, faible coût | | N | Nicrosil (84,1% Ni, 14,4% Cr, 1,4% Si, 0,1% Mg) | Nisil (95,5% Ni, 4,4% Si, 0,1% Mg) | Orange (+), Rouge (-), Orange (général) | -200°C à +1300°C (-328°F à +2372°F) | 39 µV/°C | ±2,2°C (0,75%) | Usage général, plage large, stable | | S | Platine-rhodium (90% Pt, 10% Rh) | Platine (100% Pt) | Noir (+), Rouge (-), Vert (général) | 0°C à +1600°C (+32°F à +2912°F) | 10 µV/°C | ±1,5°C (0,25%) | Hautes températures, haute précision, coûteux | | R | Platine-rhodium (87% Pt, 13% Rh) | Platine (100% Pt) | Noir (+), Rouge (-), Vert (général) | 0°C à +1600°C (+32°F à +2912°F) | 10 µV/°C | ±1,5°C (0,25%) | Hautes températures, haute précision, coûteux | | B | Platine-rhodium (70% Pt, 30% Rh) | Platine-rhodium (94% Pt, 6% Rh) | Gris (+), Rouge (-), Gris (général) | +600°C à +1700°C (+1112°F à +3092°F) | 9 µV/°C | ±0,5% de la lecture au-dessus de +600°C (+1112°F) | Très hautes températures, faible sensibilité |

Quels sont les avantages et inconvénients des thermocouples?

Les thermocouples ont de nombreux avantages et inconvénients par rapport à d'autres capteurs de température, tels que les RTD (