Capteurs de température

Thermocouples

Un thermocouple est un capteur de température composé de deux fils métalliques de nature différente, formant une jonction à une extrémité. Lorsque la température de cette jonction varie, la tension en millivolts (générée par le gradient de température le long des fils) est interprétée par un régulateur de température. Il existe différents types de thermocouples ; chaque type utilise une combinaison de métaux spécifique, adaptée à une plage de température et à un environnement particuliers. Les types J, K, T, E et N sont les plus courants. La partie du thermocouple utilisée pour mesurer la température est généralement protégée par une gaine métallique. La jonction des fils peut être exposée à l’extérieur de l’extrémité de la gaine, fixée à l’intérieur de l’extrémité scellée (mise à la terre) ou isolée du boîtier métallique scellé (non mise à la terre). La gaine de protection métallique peut être remplie d’oxyde de magnésium compacté. Cette construction (type MI) confère une robustesse et une durabilité accrues. Les thermocouples MI peuvent être soudés ou brasés aux gaines des éléments chauffants et peuvent également être pliés sur site pour s’adapter à des montages spécifiques. Par ailleurs, il existe des thermocouples à construction simple tube et fil (type TW), principalement utilisés dans l’industrie des plastiques. De nombreuses options de montage sont disponibles pour ce type de thermocouple, notamment le montage à baïonnette, le montage à profondeur réglable, le montage sur buse de fusion et le montage par anneau ou cale.

Les RTD

Les détecteurs de température à résistance (RTD) sont des capteurs dont la résistance varie en fonction de la température. Un contrôleur surveille cette variation et la convertit en valeur de température. Plusieurs matériaux sont utilisés pour fabriquer les RTD, le platine étant le plus courant. Les RTD existent en deux configurations principales : à couche mince (de -150 °F à 1000 °F) et à fil bobiné (de -250 °F à 1100 °F). Les RTD peuvent être équipés de 2, 3 ou 4 fils de connexion. Ceux à 3 ou 4 fils permettent d’utiliser des longueurs de câble relativement importantes sans perte de précision de mesure de la température.

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Caractéristiques
Conseils
Produits standards
Schémas de câblage

Thermocouples

Les tableaux ci-dessous présentent les températures, les environnements, les précisions et les codes couleur recommandés. Il est important de noter que les températures maximales sont définies non seulement par le type de thermocouple, mais aussi par le diamètre de son fil.

Type	Composition		Plage de température °F (recommandée)	Adaptabilité aux applications (fil nu)
Type	Branche positive	Branche négative	Plage de température °F (recommandée)	Adaptabilité aux applications (fil nu)
J	Fe	55 % Cu 45 % Ni	32 à 1400	Vide, atmosphères réductrices ou inertes.

Utilisation limitée dans les atmosphères oxydantes (fortes épaisseurs).K90 % Ni 10 % Cr95 % Ni, 2 % Al 2 % Mg, 1 % Si32 à 2300Utilisé principalement au-dessus de 1000 °F. Atmosphères oxydantes et inertes. Non utilisé sous vide ou dans des atmosphères à faible teneur en oxygène.TCu55 % Cu 45 % Ni-300 à 700Recommandé pour les atmosphères humides. Vide, atmosphères oxydantes, réductrices ou inertes.E95 % Ni, 2 % Al 2 % Mg, 1 % Si55 % Cu 45 % Ni32 à 1500Sortie EMF élevée par degré. Convient aux atmosphères oxydantes et inertes.N84,1 % Ni, 14,4 % Cr 14 % Si, 0,1 % Mg95,5 % Ni, 4,4 % Si 0,1 % Mg32 à 2300Alternative aux thermocouples de type « K ». Haute résistance à l’oxydation.

Type	Température °F par rapport à la précision		Température maximale (recommandée) pour le diamètre de la sonde du thermocouple et les calibres de fil				Couleur de la branche négative	Couleur de la branche positive	Couleur de la prise/branche
			0,062″	0,125″	0,188″	0,25″
			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	Violet	Violet
N	32 à 560 561 à 2300	+/- 4ºF +/- 0,75 %	1600ºF	1700ºF	1700ºF	1700ºF	Rouge	Orange	Orange

Sondes RTD

Les sondes RTD sont spécifiées selon les critères suivants :

Construction (film mince ou fil bobiné)
Matériau du capteur (Pt, Cu ou Ni)
Résistance de la sonde RTD (100 Ω/Platine, le plus courant)
Précision (normes IEC 751 courantes)
Configuration des fils (3 fils, la plus courante)
Valeur du coefficient de température de résistance (0,00385 Ω/Ω/°C, la plus courante)

Les normes IEC 751 spécifient la précision des sondes RTD en platine de 100 Ω avec un coefficient de température de résistance de 0,00385 Ω/Ω/°C comme suit :

Classe A : +/-0,15 °C à 0 °C, augmentant linéairement jusqu’à +/-1,15 °C à 500 °C
Classe B : +/-0,30 °C à 0 °C, augmentant linéairement jusqu’à +/-2,8 °C à 500 °C

Thermocouples versus RTD

Critères	RTD	Thermocouples
Plage de température 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/an)	Variable
Temps de réponse	Lent (1 à 50 secondes)	Rapide (0,1 à 10 secondes)
Linéarité	Presque linéaire	Non linéaire
Chocs mécaniques / vibrations	Non adapté	Adapté
Problèmes de bruit électrique	Sensibilité limitée	Sensible
Excitation	Oui	Non
Coût	Élevé	Faible

Conseils de câblage

Pour des raisons économiques, les fils d’extension des thermocouples peuvent être de qualité inférieure (avec des limites de température ambiante plus basses), mais ils doivent être du même matériau que les fils du thermocouple. Pour de longues distances entre les points de mesure et les instruments (100 ft ou plus), des transmetteurs peuvent être utilisés.
Des borniers en cuivre, ainsi que des cosses ou des épissures, peuvent être utilisés dans un circuit de thermocouple, à condition que les conducteurs négatif et positif soient à la même température.
Des fils en cuivre standard sont utilisés comme fils d’extension pour les RTD. Les RTD à deux fils ne doivent être utilisés que pour de courtes distances. Pour les longues distances, il est préférable d’utiliser des RTD à 3 ou 4 fils. Pour des distances supérieures à 100 ft, l’utilisation de transmetteurs peut être une solution.
L’isolation des fils de thermocouples et de RTD doit être compatible avec l’environnement dans lequel ils seront utilisés.
Comme les signaux électriques générés par les thermocouples et les RTD sont très faibles, il est recommandé de blinder leurs fils d’extension.
Les fils de thermocouples et de RTD ne doivent pas être installés dans des conduits contenant des lignes de puissance.

Les thermocouples Bucan sont disponibles dans les configurations présentées ci-dessous, avec des conceptions de base à tube et fil ou à isolation minérale. La plupart de ces modèles peuvent également être fabriqués avec des sondes RTD. Les deux premiers caractères de la référence de chaque modèle indiquent le type de capteur. TW correspond à un thermocouple à tube et fil, MI à un thermocouple à isolation minérale, RT à une sonde RTD à tube et fil et RM à une sonde RTD à isolation minérale. Les sondes RTD standard de Bucan utilisent des RTD en platine de classe B avec un coefficient de température de résistance (TCR) de 0,00385 Ω/Ω/°C.