Thermocouple (3 articles)

Vous êtes technicien de maintenance de systèmes de chauffage alimentés au gaz...

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Thermocouple, capteur thermocouple ou sonde thermocouple : définition

Le terme thermocouple désigne un couple de matériaux qui permet de mesurer des températures extrêmes grâce au principe de l’effet Seebeck. Il est essentiellement composé de fils de matériaux différents. Ses autres appellations sont couple thermoélectrique ou capteur de température thermocouple. Doté d’une longue durée de vie, il trouve une multitude d’applications dans le domaine industriel et domestique.

Quelle est l’utilisation d’un thermocouple universel ?

Les thermocouples sont utilisés dans le domaine industriel pour mesurer de larges plages de températures. Le thermocouple standard ou universel est présent dans les dispositifs de chauffage comme la chaudière à gaz. Les thermocouples industriels trouvent leur utilisation dans les fours de cuisson industriels, les fours à ciment et briques, les appareils de chauffage des immeubles, etc. Les applications, mais aussi les environnements, étant variées, il existe plusieurs types de thermocouples.

Type E, K, J, T : les différents types de thermocouples selon la table de références

Selon leur conception, les thermocouples sont classés en trois catégories :

Thermocouple filaire : les fils sont protégés par une gaine en silicone, en PVC, en fibre de céramique, en kapton ou encore en téflon. Le choix de l’isolant dépend de la plage de température. L’isolant en fibre de céramique est celui qui offre la meilleure résistance aux hautes températures avec une plage de mesure allant jusqu’à 1 200°C ;

Thermocouple avec gaine de protection métallique : les fils sont placés dans une gaine en métal et isolés par des oxydes métalliques comme l’oxyde de magnésium ou d’aluminium. Au-delà de son excellente résistance aux températures élevées, ce type de thermocouple se caractérise aussi par un temps de réponse court lors de la mesure de la température. Le diamètre du tube doit cependant être proportionnel à la plage de températures ;

Thermocouple rigide protégé par un tube externe : ce type de thermocouple convient spécialement aux applications industrielles (industrie du verre, incinérateur, etc.) et présente une très haute résistance à la chaleur, jusqu’à 1 900°C avec les thermocouples avec tube Alumina.

Vous trouverez dans la liste suivante les différents types de thermocouples par plage de températures et selon leurs appellations, tels qu’ils sont classés selon la norme internationale :

Type B : ce type de thermocouple comporte deux fils de platine-rhodium à des taux différents (de respectivement 30 % et 6 % pour les bornes + et -) ;

Type C : également appelé type W5, les deux fils de ce thermocouple sont en tungstène-rhénium. Il est conçu pour une utilisation continue dans une plage de température de 50 à 1 820°C, ou pour un usage intermittent entre 20 et 2 300°C ;

Type D, ou W3 : le thermocouple type D est également fait de 2 fils de tungstène-rhénium. Il convient pour une plage de température allant de 20 à 2 300°C pour un usage continu, ou 0 à 2 600°C pour une utilisation temporaire ;

Type E : thermocouple composé de fils de chromel (+) et constantan (-), ce type de thermocouple convient pour une plage de température comprise entre 0 et 900°C, mais peut être utilisé de façon intermittente entre -40 et 800°C ;

Type G : aussi appelé type W, ce type de thermocouple comporte des fils de tungstène (+) et tungstène-rhénium (-). Il peut être utilisé de façon continue sur une plage de température comprise entre 20 et 2 320°C, ou intermittente entre 0 et 2 600°C ;

Type J : thermocouple comportant un fil en fer (+) et constantan (-), utilisation dans les environnements de mesure dont la plage de température est comprise entre -20 et 700° C pour une utilisation continue, ou entre -180 à 750°C pour un usage intermittent ;

Type K : thermocouple avec fils de chromel (+) et d’alumel (-), sa plage de température d’usage est comprise entre 0 et 1 100°C, mais il peut être utilisé de façon intermittente entre -180 et 1 200°C ;

Type M : comportant des fils en nickel molybdène (+) et nickel cobalt (-), ce type de thermocouple convient pour une plage de température comprise entre 400 et 1 370°C ;

Type N : ce thermocouple comporte des fils de nicrosil (+) et de nisil (-). Le nicrosil est un alliage de nickel, chrome et silicium, tandis que le nisil se compose de nickel, de silicium et de magnésium. Il convient pour une utilisation continue entre 0 et 1 150°C ;

Type R : à base de platine-rhodium (+) et platine (-), ce type de thermocouple est conçu pour mesurer en continu des températures allant de 0 à 1 600°C ;

Type S : également à base de platine-rhodium (+) et de platine (-), les usages de ce type de thermocouple couvrent une plage de températures allant de 0 à 1 550°C.

Couleur des fils de thermocouples

Selon le fabricant, plusieurs normes permettent de reconnaître les types de thermocouples par la couleur des fils qui les constituent.

Thermocouple type C : pas de norme ;

Type D : pas de norme ;

Type E : pour la norme CEI 584-3, le thermocouple se compose d’un fil violet pour la polarité (+), et d’un fil blanc pour la polarité (-), ainsi que d’une gaine de couleur violette. Pour la norme NF C 42-323 1985, le fil (+) est de couleur jaune et le fil (-) de couleur rouge, le tout dans une gaine rouge. Pour la norme ANSI MC96-1, le fil (+) est violet, le fil (-) est rouge, l’ensemble est entouré d’une gaine rouge ;

Type G : pas de norme ;

Type J : fils noir (+) et blanc (-) dans une gaine noire pour la norme CEI 584-3, fils jaune (+) et noir (-) dans une gaine noire pour la norme NF C 42-323 1985, fils blanc (+) et rouge (-) dans une gaine noire pour la norme ANSI MC96-1 ;

Type K : fils vert (+) et blanc (-) dans une gaine verte pour la norme CEI 584-3, fils jaune (+) et violet (-) dans une gaine violette pour la norme NF C 42-323 1985 (type KC), fils jaune (+) et rouge (-) dans une gaine marron pour la norme NF C 42-323 1985 (type VC), fils jaune (+) et blanc (-) dans une gaine blanche pour la norme NF C 42-323 1985 (type WC), fils jaune (+) et rouge (-) dans une gaine jaune pour la norme ANSI MC96-1 ;

Type M : pas de norme ;

Type N : fils rose (+) et blanc (-) dans une gaine rose pour la norme CEI 584-3, fils orange (+) et rouge (-) dans une gaine orange pour la norme ANSI MC96-1 ;

Type R : fils orange (+) et blanc (-) dans une gaine orange pour la norme CEI 584-3, fils jaune (+) et vert (-) dans une gaine verte pour la norme NF C 42-323 1985, fils noir (+) et rouge (-) dans une gaine verte pour la norme ANSI MC96-1 ;

Type S : fils orange (+) et blanc (-) dans une gaine orange pour la norme CEI 584-3, fils jaune (+) et vert (-) dans une gaine verte pour la norme NF C 42-323 1985, fils noir (+) et rouge (-) dans une gaine verte pour la norme ANSI MC96-1.

Effet Seebeck, câble électrique, sonde, soudure froide, soudure chaude : rappel sur le fonctionnement d’un thermocouple

Un thermocouple est composé de deux fils de métaux différents, reliés entre eux en circuit fermé par soudage au niveau d’un point de jonction appelé soudure chaude. Leurs extrémités opposées sont connectées à un voltmètre au niveau de ce qu’on appelle soudure froide, qui est associée aux termes T2 ou Tcj. Bien que celle-ci trouve différentes appellations telles que jonction froide, jonction de référence ou soudure de référence, elle est essentiellement désignée par les termes « soudures froides ». En effet, les deux câbles sont chacun reliés au voltmètre via leurs bornes respectives, pour permettre la mesure de la température. La soudure chaude peut aussi avoir plusieurs appellations : pointe du thermocouple, jonction chaude ou T1.
Le fonctionnement d’un thermocouple repose sur l’effet Seebeck. Les soudures froides doivent être maintenues à une température bien précise. Si le bain d’eau glacée permet de les maintenir à 0° C – ce qui évite de générer du courant électrique à ce niveau du circuit –, ce n’est généralement pas possible à mettre en pratique. La solution consiste ainsi à choisir une température ambiante déterminée et identique pour les deux « soudures froides ».

Cette température est mesurée à l’aide d’un capteur de température dédié, puis convertie en tension en utilisant des tables de référence. Il faut ensuite ajouter une tension de compensation pour corriger celle indiquée par le voltmètre. Cette condition est nécessaire pour pouvoir mesurer la température au niveau de la soudure chaude. La mesure se déroule selon les étapes décrites dans la liste suivante :

La jonction des deux fils de métaux, ou « soudure chaude » est exposée à la température à mesurer ;

Les deux extrémités opposées ou soudures froides sont exposées à une température ambiante connue, mesurée à l’aide d’un capteur puis corrigée par une tension de compensation. Elles sont ensuite reliées à un voltmètre ;

La différence de température entre la soudure chaude et les soudures froides génère une force électromotrice (FEM) qui se transforme en tension électrique de l’ordre du microvolt (mV). En réalité, cette différence de température correspond aux variations se produisant tout au long des fils métalliques ;

Ce mini-courant est transformé en mesure de température en utilisant des tables de référence.

Chaudière, chauffe-eau, plaque à gaz : comment fonctionne le thermocouple d’un chauffage au gaz ?

Le thermocouple est un accessoire de sécurité présent dans tout équipement de chauffage et de cuisson alimenté au gaz, sauf dans les modèles très récents. Le type K est le plus polyvalent et largement utilisé. Le thermocouple universel évite la surchauffe de l’appareil de chauffage tout en éliminant tout risque de fuite de gaz. Il régule l’alimentation en gaz au niveau de l’électrovanne ou valve à carburant.
La pointe, qui constitue la soudure chaude, est placée dans la zone de la flamme. Après l’allumage du chauffe-eau ou de la chaudière à gaz, la flamme chauffe la pointe du thermocouple. La chaleur générée est convertie en tension électrique dont la détection permet de maintenir l’alimentation en gaz au niveau de la valve. Si la flamme venait à s’éteindre, l’arrivée de gaz est automatiquement coupée grâce à la baisse de température opérée au niveau du thermocouple.

Quelle est la précision d’un thermocouple type K ?

En fonction de la qualité de fabrication, la précision d’un thermocouple peut varier de un à quelques degrés, ce qui correspond aux produits de mauvaise qualité. Néanmoins, une précision proche de 0,1 est rarement atteinte. Un bon thermocouple doit pouvoir fournir une précision de mesure inférieure ou proche de 1°C, ce qui représente une valeur correcte au vu de la plage de température mesurable.

Pourquoi choisir un modèle universel type K avec plage de température de 0 à 1 200 °C ?

Le thermocouple type K est le plus commun et se caractérise par sa grande polyvalence. En plus d’être bon marché, il couvre une plage de température extrêmement élargie. Les modèles universels sont aussi généralement de type K, et conviennent pour différents cas d’usage. Pour remplacer un thermocouple défectueux ou en fin de vie, ils constituent la meilleure alternative.

Comment savoir si un thermocouple est mort et quand faut-il le changer ?

Certains dysfonctionnements indiquent qu’il est temps de remplacer le thermocouple d’une chaudière à gaz ou d’un autre appareil alimenté au gaz. Si la veilleuse (source de flamme) ne s’allume pas ou s’éteint souvent, ou si le chauffe-eau s’éteint sans raison, le thermocouple est sûrement en cause. Si les problèmes persistent après nettoyage du dispositif, il est nécessaire de le remplacer.

Pourquoi le thermocouple ne fonctionne plus ?

La principale cause du dysfonctionnement d’un thermocouple est liée au fait que la pointe est rongée par la corrosion.

Quel est le rôle d’un thermocouple ?

Le rôle d’un thermocouple est de réguler l’alimentation en gaz d’un système de chauffage. Il assure une fonction de sécurité en coupant l’arrivée de gaz en cas d’absence de flamme.

Où acheter un thermocouple pour chaudière à gaz ?

Pour bénéficier de l’assurance qualité et des meilleurs prix, achetez votre thermocouple chez un fournisseur comme SIDER qui s’adresse uniquement aux professionnels.

Quelques exemples de thermocouples en vente chez SIDER

Vous trouverez chez SIDER les modèles suivants :

Thermocouple avec dérivation pour chaudière, longueur 500 mm, avec cosse mâle, modèle pour chaudière ancien modèle ;

Thermocouple universel avec 5 raccords d’adaptation, longueur 900 mm.

Les services et avantages SIDER

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