Quel type de thermocouple choisir ?

Quels sont les différents types de thermocouples ?
Comment choisir un thermocouple ?

Choisir un thermocouple dépend des conditions d'application, des caractéristiques techniques du capteur et des exigences de maintenance. Les couples thermoélectriques sont classés selon la norme européenne CEI 60584.1. Cette norme organise les spécifications de chaque type de thermocouple et offre des références claires pour leur utilisation et leur conformité.

Quels sont les différents types de thermocouples ?

Type	Composition	Plage de température	Utilisation typique	Caractéristiques
K	Ni-Cr / Ni-Al	-180°C à 1,350°C	Générale Surtout au sein des environnements oxydants	Nécessite protection au-dessus de 800°C Instable à haute température
J	Fe / Cu-Ni	-40°C à 750°C	Applications générales sous conditions réductrices	Se dégrade rapidement en présence d'oxygène au-delà de 400°C
T	Cu / Cu-Ni	-185°C à 300°C	Mesures précises à basses températures	Sensible aux pertes thermiques Excellente répétabilité Stable
N	Ni-Cr-Si / Ni-Si	Jusqu'à 1,280°C	Hautes températures Traitement thermique	Résiste à l'oxydation à haute température
E	Ni-Cr / Ni	-40°C à 900°C	Mesures précises en laboratoires Applications industrielles	Haute sensibilité Idéal pour des applications précises
R, S, B	Pt -Rh divers	Jusqu'à 1,700°C	Industries chimiques et énergétiques	Très stable à haute température

Type : K
Composition	Ni-Cr / Ni-Al
Plage de température	-180°C à 1,350°C
Utilisation typique	Générale Surtout au sein des environnements oxydants
Caractéristiques	Nécessite protection au-dessus de 800°C Instable à haute température

Type : J
Composition	Fe / Cu-Ni
Plage de température	-40°C à 750°C
Utilisation typique	Applications générales sous conditions réductrices
Caractéristiques	Se dégrade rapidement en présence d'oxygène au-delà de 400°C

Type : T
Composition	Cu / Cu-Ni
Plage de température	-185°C à 300°C
Utilisation typique	Mesures précises à basses températures
Caractéristiques	Sensible aux pertes thermiques Excellente répétabilité Stable

Type : N
Composition	Ni-Cr-Si / Ni-Si
Plage de température	Jusqu'à 1,280°C
Utilisation typique	Hautes températures Traitement thermique
Caractéristiques	Résiste à l'oxydation à haute température

Type : E
Composition	Ni-Cr / Ni
Plage de température	-40°C à 900°C
Utilisation typique	Mesures précises en laboratoires Applications industrielles
Caractéristiques	Haute sensibilité Idéal pour des applications précises

Type : R, S, B
Composition	Pt -Rh divers
Plage de température	Jusqu'à 1,700°C
Utilisation typique	Industries chimiques et énergétiques
Caractéristiques	Très stable à haute température

Devis pour un thermocouple

Type K (Nickel-Chrome / Nickel-Aluminium)

Le thermocouple de type K, composé de Chromel (alliage de Nickel-Chrome) et d'Alumel (alliage de Nickel-Aluminium), est le plus utilisé pour les applications industrielles courantes. Sa plage de température s'étend de -180°C à 1,350°C, ce qui en fait un outil polyvalent, notamment dans les environnements oxydants.

Toutefois, il nécessite une protection au-dessus de 800°C pour éviter l'oxydation. Le type K possède une réactivité rapide aux changements de température, mais il devient instable à des températures plus élevées, avec des phénomènes d'hystérésis entre 250°C et 600°C.

Type J (Fer / Cuivre-Nickel)

Avec une composition de fer et de Constantan (alliage métallique de Cuivre-Nickel), le thermocouple de type J est efficace avec une plage allant de -40°C à 750°C. Il s’utilise dans les environnements réducteurs et reste une option économique pour des applications industrielles générales.

Cependant, en présence d'oxygène, ce type se dégrade rapidement au-delà de 400°C. Son utilisation se trouve ainsi limité lors des conditions oxydantes.

Type T (Cuivre / Cuivre-Nickel)

Le type T, fait de cuivre et de Constantan offre une excellente répétabilité, avec une plage de fonctionnement de -185°C à 300°C. Sa précision et sa stabilité sont reconnues au sein des laboratoires. Toutefois, sa conductivité thermique élevée induit des pertes thermiques si elles ne sont pas bien isolées.

Le thermocouple type T s’emploie durant les opérations nécessitant une grande fidélité de mesure à basses températures, comme que la cryogénie.

Type N (Nickel-Chrome-Silicium / Nickel-Silicium)

Le thermocouple de type N, constitué de Nicrosil (alliage de Nickel-Chrome-Silicium) et de Nisil (alliage de Nickel-Silicium), est une amélioration du type K en termes de stabilité et de résistance à l'oxydation à haute température. Il supporte des températures allant jusqu'à 1,280°C et est moins sujet à la dérive thermique.

Le type N convient aux applications exigeantes telles que dans les réacteurs nucléaires ou les processus de traitement thermique. Il combine efficacement coût et performance, notamment pour des utilisations à des températures élevées où il substitue des thermocouples à métaux précieux.

Type E (Nickel-Chrome / Cuivre-Nickel)

Le thermocouple de type E se compose de Chromel et de Constantan. Il se distingue par sa force électromotrice élevée parmi les thermocouples standards. Le thermocouple de type E reste sensible et donc très adapté pour des applications nécessitant de grandes précisions. Sa mesure de températures reste modérée, allant de -40°C à 900°C.

Les environnements à basse et moyenne température adoptent le type E, notamment pour des tests en laboratoire et des applications industrielles où la précision est cruciale.

Combinaison RSB (Types R, S, B)

Les thermocouples de types R, S, et B sont tous des thermocouples à base de platine, distingués par des additions de rhodium pour améliorer leurs performances à haute température :

Type R : Platine-Rhodium (13% Rh / Platine), utilisé jusqu'à 1,600°C.
Type S : Platine-Rhodium (10% Rh / Platine), utilisé jusqu'à 1,650°C et employé dans les applications de process où une grande stabilité et une haute précision sont requises.
Type B : Platine-Rhodium (30% Rh / Platine 6% Rh), fonctionne bien à des températures de 600°C à 1,700°C et est recommandé pour les applications à très haute température, telles que les procédés de fusion des métaux.

Les industries chimiques, la production d'énergie, ainsi que les laboratoires de recherche, sont des contextes où l'on retrouve les types R, S, B. La garantie de leur fiabilité à long terme à des températures élevées demeure cruciale dans ces domaines.

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Comment choisir un thermocouple ?

Plage de température requise

Le choix d'un thermocouple repose sur la détermination de la plage de température à laquelle il sera exposé.

Les thermocouples de type K, par exemple, sont appropriés pour des applications allant jusqu'à 1 250 °C, tandis que les types R et S sont adaptés à des températures pouvant atteindre 1 500 °C. Ces derniers, offrent une sensibilité électromotrice plus élevée et fournissent une précision accrue pour des mesures à très haute température.

Conditions environnementales

Certains thermocouples sont mieux adaptés à des environnements particuliers. Les types résistant à l'oxydation et à la corrosion, comme le type N, sont idéaux pour des conditions hautes températures sans dégradation rapide.

Des milieux corrosifs ou soumis à de hautes pressions nécessitent des modèles avec protection supplémentaire. Une gaine ou une mise à la terre aide à prévenir les dommages et à minimiser les interférences électriques.

Précision et fiabilité

La précision et la répétabilité sont déterminantes pour des applications où des variations minimes de température ont un impact significatif. Les types R, S, et B possèdent une haute précision sur des plages étendues de température, ce qui est crucial pour des processus sensibles et précis.

Les procédés industriels où les mesures précises sont vitales exigent un thermocouple fiable. Le choix du type dépendra donc aussi de la stabilité et de la précision sur le long terme offerte par le thermocouple.

Respect des normes

Le respect des normes assure la fiabilité et la précision des mesures données par les thermocouples :

ASTM E230: Spécifie les tables de température pour les thermocouples. Cette norme fournit une référence pour la calibration et la classification selon les types de thermocouples.
IEC 60584: Établit les tolérances et les classes de précision pour les thermocouples utilisés dans les mesures industrielles.
ANSI MC96.1: Détermine les exigences en matière de performances pour les câbles de thermocouples, incluant la résistance aux environnements abrasifs et aux températures élevées.

Installation et maintenance

L'installation doit être adaptée au type de thermocouple et à l'environnement d'application. Les couples thermoélectriques à jonction exposée, par exemple, conviennent à des situations où une réponse rapide est cruciale, bien qu'ils soient plus susceptibles à l'oxydation.

En termes de maintenance, la facilité d'accès pour les inspections régulières et les recalibrages assurent une performance durable et fiable du capteur de température.

Compensation de soudure froide et mesure relative

La compensation de soudure froide est cruciale pour les applications nécessitant des mesures de température relative. Elle corrige les variations de la température ambiante qui influencent la jonction de référence, souvent maintenue à 0°C.

Choisir un thermocouple équipé de cette fonction est essentiel dans les environnements où les températures ambiantes fluctuent. Cette caractéristique garantit la précision des mesures, même avec des variations environnementales, rendant ces thermocouples adaptés à des applications de haute précision.

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