Théorie des thermocouples

Le circuit d´un thermocouple est composé d´au moins deux jonctions : la soudure de mesure (soudure chaude) et une soudure de référence ou soudure froide. La soudure de référence est le point où les deux fils du thermocouple sont raccordés à l´instrument de mesure (un enregistreur de données, par exemple). Il s´agit du point où les métaux se rejoignent - les métaux du thermocouple et le métal de l´instrument de mesure, du cuivre pour la plupart des enregistreurs de données électroniques.

La tension de sortie d´un thermocouple dépend de la différence de température entre la soudure chaude et la soudure de référence. C´est le résultat d´un phénomène observé par Thomas Seebeck en 1821, qui s´est aperçu qu´un circuit composé de deux fils différents modifiait la position de l´aiguille d´une boussole lorsque l´une des jonctions était chauffée.

Chaque type de thermocouple est associé à une courbe de tension de Seebeck caractéristique. La courbe de Seebeck dépend des métaux de chacun des fils du thermocouple et les tensions générées sont mesurées en mV. La quasi-totalité des fils utilisés dans les thermocouples sont des alliages. Par conséquent, l´homogénéité de l´alliage joue un rôle clé dans l´exactitude du système de mesure.

Il est important de garder à l´esprit que la tension n´est pas générée au niveau de la soudure chaude, mais le long du fil dans des segments soumis à un gradient thermique. Pour les applications nécessitant une exactitude optimale, c´est ce point qu´il convient d´étudier au moment de vérifier l´exactitude du thermocouple avant emploi.

L´un des principaux avantages du thermocouple est sa simplicité de conception. Il est même possible de les adapter à l´application : par exemple dans le secteur agroalimentaire, ils peuvent être pointus pour pouvoir pénétrer facilement dans le produit, tandis qu´ils peuvent être soudés au produit dans le domaine du traitement thermique des métaux. L´extrémité de la sonde peut être aplatie pour un meilleur contact thermique ou fixée à des aimants pour une installation rapide.

Les fils peuvent être revêtus d´un matériau isolant souple, comme le PTFE, ou tressé en fibre de verre pour une meilleure résistance à la chaleur et, en cas de températures élevées, ils peuvent être enveloppés dans des gaines de protection en métal ou en céramique.

Les thermocouples sont des dispositifs économiques et robustes, qui couvrent une vaste plage de température. On estime que les thermocouples permettent de mesurer plus de la moitié de toutes les valeurs de température mesurées dans le secteur industriel aux États-Unis. Les tensions de sortie sont faibles et ne sont pas linéaires, mais si l´instrument de mesure ou l´enregistreur de données est correctement conçu, le système de mesure peut fournir des résultats exacts et répétables.