Comme je l'ai promis à un très bon ami à moi voici un dossier sur les cannes pyrometriques
U ne canne pyrométrique est un capteur de forme cylindrique destiné à la mesure de la température ; elle fournit un signal (résistance ou tension) dépendant de la température.
Sa fonction est d'assurer la protection mécanique et chimique de l'organe sensible (thermomètre à résistance ou couple thermoélectrique). Mais elle pose de délicats problèmes de choix des matériaux et de leurs dimensions, afin d'augmenter le moins possible le temps de réponse.
Nous commençons cet exposé par les paramètres devant être pris en compte dans l'expression du besoin des utilisateurs et ensuite nous détaillons les solutions concrètes apportées actuellement dans l'état de l'art de cette technologie.
Certains paragraphes de ce document ont été repris de l'ancienne édition du présent article, rédigée par Herbert VANVOR, dans la mesure où aucune évolution technologique ou nouvelle norme parue n'ont imposé de remettre à jour les informations correspondantes.
Le capteur de température est au cÂur de la mesure. Nombreux sont les procédés industriels faisant appel à la température : chauffage, cuisson, traitement thermique, fusion... Les procédés mis en Âuvre pour la contrôler et la réguler forment un ensemble complet, la chaîne de mesure thermique. Le capteur de température constitue l'élément sensible de la chaîne de mesure. Soumis à des contraintes sévères et répétées, il doit être parfaitement adapté à l'application, en vue de remplir les fonctions que l'on attend.
Définition du besoin
Cela passe bien évidemment par la connaissance de la plage de température que doit tenir le capteur et la température de consigne du procédé, ainsi que des conditions de la mesure : nature du milieu à mesurer, température initiale, contraintes physiques et mécaniques. Mais trois paramètres au moins nécessitent une réflexion particulière.
L'exactitude du capteur : si la consigne de chauffe peut être affinée de 1 C, cela correspond à combien de kilowattheures économisés en fin d'année, et à quel allongement de durée de vie de l'équipement ? Par ailleurs, quelle sera l'augmentation du taux de qualité ?
La robustesse : quelle économie en temps d'intervention et quelle augmentation du taux d'utilisation de l'équipement correspondent à un doublement de la longévité du capteur ?
Le temps de réponse : en choisissant un capteur à moindre temps de réponse, quel bénéfice peut-il être retiré quant à la régulation et la finesse de réglage ? à l'inverse, un temps de réponse trop rapide peut être gênant !
Nature de la mesure
S'agit-il d'une mesure de surface, en immersion ou sans contact ?
Nous traitons ici des mesures par immersion : le capteur de température est immergé dans un milieu gazeux , liquide ou solide , et y subit les agressions les plus diverses.
De ce fait, l'élément sensible doit être protégé, par un doigt de gant, un puits thermométrique ou un simple protecteur.
à l'extrémité « froide » de la canne se trouve le système de raccordement, par tête de raccordement ou connecteur, ou bien par prolongation d'un câble jusqu'au système de traitement de l'information.
Plage de température
Les couples thermoélectriques disposent de la plage de température la plus large puisqu'on peut les utiliser de - 250 à 2 300 C.
Les sondes à résistance sont utilisées communément dans la plage - 250 à 450 C de façon industrielle, et au-delà , jusqu'à 800 C le plus souvent, pour la fonction étalon de température.
Jusqu'à + 450 C, les mesures au moyen de résistances thermométriques au platine , les « Pt 100 », dont la valeur ohmique nominale est de 100 à la température de 0 C, sont préférables sur le plan de la répétabilité et de l'exactitude obtenues. En revanche, les couples présentent un temps de réponse inférieur et une plus grande robustesse.
Au-delà de + 450 C, on privilégiera l'utilisation des couples. Ceux-ci pourront être chemisés (solution économique) ou bien emperlés dans des isolateurs (fabrication traditionnelle), gage de robustesse (figure 1 ). à chaque type de couple correspond une plage préférentielle (voir paragraphe 2.2. ).
Figure 1 - Constitution d'un capteur de température
Les deux termes « canne pyrométrique » et « capteur de température » existent dans la profession. Les moyens utilisés vont d'un simple capteur de température (élément simple) à des cannes pyrométriques (assemblage plus sophistiqué).
Cependant, cette distinction d'usage n'est pas normalisée. L'auteur a donc opté pour l'usage des deux en utilisant le terme le plus approprié à chaque occurrence.
« Précision »
Le vocabulaire international des termes fondamentaux et généraux de métrologie (norme Afnor NF X 07-001) recommande de ne plus utiliser le terme « précision », qui entraîne trop d'interprétations différentes. Les notions d'exactitude , et de répétabilité sont plus pertinentes quand il s'agit de définir les qualités métrologiques des instruments de mesure.
Exactitude
Le tableau 1 rappelle les tolérances d'interchangeabilité types de couples thermoélectriques, selon l'actuelle norme NF EN 60584-2. Les classes de tolérance normalisées permettent en théorie l'interchangeabilité des éléments de mesure, à condition que l'exigence d'exactitude soit compatible avec l'incertitude liée à l'interchangeabilité !
Tableau 1 - Classe d'interchangeabilité (selon norme NF EN 60584-2)
Type Classe 1 Classe 2 (1)
T
de - 40 à 125 C ± 0,5 C
de 125 à 350 C ± 0,004 T
de - 40 à 133 C ± 1 C
de 133 à 350 C ± 0,0075 T
J
de - 40 à 375 C ± 1,5 C
de 375 à 750 C ± 0,004 T
de - 40 à 333 C ± 2,5 C
de 333 à 750 C ± 0,0075 T
K
de - 40 à 375 C ± 1,5 C
de 375 à 1 000 C ± 0,004 T
de - 40 à 333 C ± 2,5 C
de 333 à 1 200 C ± 0,0075 T
N
de - 40 à 375 C ± 1,5 C
de 375 à 1 000 C ± 0,004 T
de - 40 à 333 C ± 2,5 C
de 333 à 1 200 C ± 0,0075 T
R-S
de 0 à 1 100 C ± 1 C de
1 100 Ã 1 600 C
± [1 + 0,003 (T - 1 100)]
de 0 à 600 C ± 1,5 C
de 600 à 1 600 C ± 0,0025 T
B
de 600 à 1 700 C ± 0,0025 T
(1) T est en C.
Exemple
Ainsi, par exemple , si un procédé à 650 C nécessite une exactitude de ± 3 C, des couples classe 2 seront suffisants, et nous pourrons dans ce cas considérer tous les couples classe 2 comme interchangeables. Ce ne sera pas le cas si le procédé doit être connu avec une exactitude de ± 1 C à cette même température ; il faudra alors disposer pour chaque capteur de son certificat d'étalonnage.
Répétabilité
Le plus souvent, c'est de répétabilité qu'ont besoin les utilisateurs de process : obtenir la répétabilité (ou la fidélité) de la mesure nécessite de garantir aux capteurs les mêmes conditions d'utilisation et de maîtriser leur stabilité (ou à l'inverse la dérive).
à Tableau 1 - Classe d'interchangeabilité (selon norme NF EN 60584-2)
Dérive du capteur
De par son exposition aux contraintes du procédé, telles que la température, ou les agressions chimiques ou mécaniques, le capteur par immersion est soumis à une usure qui entraîne souvent une dérive.
On mesure la dérive par l'écart entre l'étalonnage initial et un deuxième étalonnage ultérieur, réalisé dans les mêmes conditions. Bien souvent, on ne peut pas réaliser un tel étalonnage comparatif, on se contente d'un étalonnage sur site, ou d'une comparaison avec d'autres points de mesure.
Une bonne construction du capteur permet de limiter cette dérive, mais celle-ci existe toujours. Elle est le plus souvent due à l'effet de la température sur le comportement interne des matériaux (modification de la structure cristalline par exemple). Pour minimiser les risques, certains utilisateurs recourent à des mesures duplex, c'est-à -dire que l'installation comporte deux capteurs montés en parallèle sur le même point de mesure.
Ãtalonnage
Dans le cadre de leurs plans d'assurance qualité, de plus en plus d'utilisateurs requièrent des capteurs neufs préétalonnés, le plus souvent sur un point ou deux dans la plage de consigne. Le capteur est alors étalonné en laboratoire de métrologie accrédité (en France, par le Comité français d'accréditation COFRAC), et livré avec son certificat d'étalonnage (Afnor FD X 07-01), lequel porte mention des incertitudes de mesure sur les points relevés. Il est alors simple d'installer le capteur en programmant l'écart dans le régulateur.
Pour garantir la qualité de production, et satisfaire aux exigences des normes ISO 9000, il convient d'étalonner périodiquement les capteurs effectuant les mesures sensibles. Les services Qualité imposent généralement un contrôle annuel, hormis quelques secteurs où les exigences d'exactitude sont plus serrées, et donc les contrôles plus nombreux, voire systématiques après chaque usage.
Robustesse
Naturellement, c'est la température d'utilisation qui détermine principalement les matériaux à utiliser pour fabriquer le capteur. Mais il convient là aussi de distinguer la température de consigne de la température maximale atteinte par le procédé (en pointe ou de façon cyclique).
Les procédés industriels sollicitent les cannes pyrométriques en abrasion, en pression, en corrosion (les milieux peuvent être réducteurs, oxydants, acides, basiques, sulfureux), ou en vibration.
Les cannes pyrométriques nécessitent des matériaux adaptés : aciers spéciaux, alliages à base nickel, métaux frittés, matériaux composites, plastiques, céramiques, etc.
Une bonne tenue aux vibrations nécessite de tenir compte à la fois des résistances des matériaux et des fréquences de ces vibrations. Tous les matériaux employés dans la construction des capteurs doivent respecter ces contraintes.
Un autre élément de robustesse est la résistance aux chocs thermiques, fréquemment facteurs de ruptures ou de casse, notamment pour les matériaux céramiques.
Temps de réponse
La connaissance du temps de réponse est une donnée importante pour les réglages des boucles de régulation qui pilotent l'installation. Le temps de réponse d'un capteur, associé à son milieu, doit être en échelle avec la dynamique du procédé pilote.
Ce temps de réponse peut aller de quelques dixièmes de seconde dans le cas d'un couple thermoélectrique chemisé de petit diamètre à plusieurs minutes dans le cas d'un capteur de température de diamètre 22 mm.
Contraintes liées à l'installation du capteur
Contrainte d'installation : le capteur lui-même doit être installé en un emplacement judicieux, afin d'effectuer la mesure au plus juste et de permettre les opérations de maintenance les plus aisées : les gradients de température dans l'enceinte du procédé, l'accessibilité du capteur pour le démontage-remontage, sont autant de contraintes à respecter.
Contrainte de raccordement : la sortie du capteur peut s'effectuer par câble solidaire, ou sur un connecteur, ou encore sur une tête de raccordement. Dans ce cas, la température au niveau de la tête ne doit pas excéder 100 C. Le raccordement au système de contrôle-commande peut se faire par extension de la partie sensible (liaisons 3 ou 4 fils pour les Pt 100, câbles d'extension ou de compensation pour les couples thermoélectriques), boucle 4-20 mA ou signaux numériques sur réseaux de terrain.
Ãtanchéité : les contraintes d'étanchéité doivent être prises en compte, notamment pour les procédés en atmosphère contrôlée : les têtes étanches sont utilisées en particulier dans les applications de chimie. Le raccordement au procédé peut se faire par une bride, étanche ou non, un raccord fileté ou un simple support de fixation.
Atmosphères à risque d'explosion : cas d'installation en sécurité « d », « e », ou « i » : voir paragraphe 3.5. .
Environnement électrique et électromagnétique : voir paragraphe 3.6. .
2. Constitution
La figure 1 montre les éléments principaux d'un capteur de température.Un capteur de température est constitué d'un élément sensible , qui, selon les capteurs employés, peut être une résistance thermométrique ou un couple thermoélectrique , une protection isolant les conducteurs , une gaine de protection extérieure et un élément de raccordement . Le capteur est raccordé à l'instrumentation par un câble.
Figure 1 - Constitution d'un capteur de température
2.1 Ãléments sensibles à résistance
La variation de la résistance électrique est traduite en température en utilisant une relation analytique connue.
à Figure 1 - Constitution d'un capteur de température
Résistances à fil de platine
Ces résistances sont décrites dans l'article [1] de ce traité. La relation entre la résistance et la température, ainsi que les tolérances sont définies dans les normes européennes CEI 751.On distingue deux technologies.
Résistance à fil de platine enroulé sur support isolant : ce support est dans la plupart des cas un corps céramique, mais il existe des supports en verre. Les domaines d'utilisation vont jusqu'à 450 C, exceptionnellement jusqu'à 850 C. Ces éléments sensibles sont utilisés pour leur grande exactitude et leur grande stabilité.
Dépôt sur un substrat céramique d'un film de platine : les domaines d'utilisation vont jusqu'à 450 C. Ces résistances ont une stabilité moindre par rapport aux éléments traditionnels à enroulement, mais elles ont une excellente tenue à la vibration, un temps de réponse plus court, et un coût plus faible.
Autres résistances utilisées
D'autre matériaux disposent de lois caractéristiques de la température : cuivre et nickel (de moins en moins fréquents) (voir [1] ).
Thermistances
Les résistances en matériaux semi-conducteurs ont un coefficient de température élevé. Le carbone par exemple est utilisé en applications cryogéniques. L'article [2] des Techniques de l'Ingénieur décrit leurs propriétés métrologiques.
Raccordement des éléments sensibles à résistance
Les conducteurs internes du capteur de température sont appropriés à chaque domaine de température. On emploie des matériaux à résistivité aussi basse que possible, ou à faible coefficient de température.
Raccordement par fil de cuivre : il peut être employé jusqu'à 200 C lorsque la gaine de protection n'est pas étanche. Au-dessus de 200 C, l'oxydation s'aggrave fortement. Les conducteurs chemisés à isolement minéral, constitués de fils de cuivre, d'une gaine en acier inoxydable 18/8 et d'un isolant en magnésie (MgO) ou alumine (Al2 O3 ) peuvent supporter jusqu'à 550 C. Au-dessus de cette température, à cause de la proportion de chrome de la gaine, il se forme des oxydes conducteurs. On emploie alors des fils et des gaines en nickel (voir ci-dessous) jusqu'à 750 C (exceptionnellement jusqu'à 850 C).
Raccordement par fil argent : l'argent forme des oxydes au-dessus de 400 C qui s'évaporent et créent des couches conductrices sur les parties en céramique.
Raccordement par fil nickel : c'est le matériau de prédilection pour les hautes températures, jusqu'à 850 C. La pellicule d'oxyde adhérente qui se forme en surface ralentit l'oxydation en profondeur.
Raccordement par fil nickel-chrome (80/20) : il peut être employé jusqu'à 550 C. Il offre l'avantage d'un faible coefficient de température. Au-dessus de 550 C, surtout en l'absence d'oxygène, les évaporations d'oxydes forment des couches conductrices sur les parties en céramique.
Raccordement par fil cuivre-nickel (constantan) : il est employé jusqu'à 550 C. Il a un faible coefficient de température mais sa jonction avec un conducteur en cuivre ou en platine provoque un effet thermoélectrique important. C'est pourquoi il faut veiller particulièrement à la bonne égalisation des conditions de température aux bornes de raccordement de façon à annuler les f.é.m. créées.
Raccordement par fil cuivre revêtu nickel : ce type de fil procure à la fois une résistance électrique minimale et une bonne résistance à l'oxydation. On emploie ce type de conducteur interne jusqu'à 550 C avec des gaines non étanches et jusqu'à 850 C avec des gaines étanches.
Le tableau 2 donne les valeurs de résistance de ces conducteurs.
Tableau 2 - Conducteurs internes des capteurs à résistance thermoélectrique
Matériau Résistance linéique R t /R 0
à 0,6 mm (W /m à 0 C) à 0,8 mm (W /m à 0 C) à 200 C à 400 C à 600 C
Cu
0,06
0,034
1,86
2,75
3,7
Ag
0,057
0,031
1,82
2,7
Ni
0,32
0,18
2,5
4,85
5,88
Ni-Cr
2,48
1,39
1,086
1,175
1,25
Cu-Ni
1,77
1
0,996
0,994
1,024
Cuivre chemisé en nickel
0,09
0,05
1,883
2,81
3,76
R t : résistance à t C ; R 0 résistance à 0 C
à Tableau 2 - Conducteurs internes des capteurs à résistance thermoélectrique
L'influence de la résistance électrique des conducteurs internes dépend du type de circuit de mesure (cf. article [1] ) :
dans les montages à deux conducteurs , la résistance des conducteurs s'ajoute à la thermorésistance de l'élément sensible, et exerce ainsi une influence maximale sur le résultat de la mesure. La norme CEI 751 précise que les capteurs ainsi fabriqués ne peuvent être spécifiés en classe A ;
dans les montages à trois conducteurs , le montage en pont de Wheatstone permet en principe de s'affranchir de la résistance des conducteurs, mais une influence peut s'exercer si les résistances des conducteurs ne sont pas égales entres elles ;
dans les montages à quatre conducteurs , leurs résistances n'ont pas d'influence sur l'exactitude de la mesure.
La norme CEI 751 définit les couleurs des connexions des résistances à fil de platine (voir figure 2 ).
Figure 2 - Repérage et branchement des sondes Pt 100
Les forces électromotrices parasites ne perturbent pas le résultat de la mesure si les bornes de raccordement sont à la même température.
Isolement
Les matériaux isolant les conducteurs internes doivent également être adaptés à la gamme de température de travail du capteur correspondant aux basses températures jusqu'à 100 C, les PVC [poly(chlorure de vinyle)] sont utilisés.
Jusqu'à 200 C, on peut utiliser des isolements PTFE (polytétrafluoréthylène) ou silicones.
Au-delà , la soie de verre peut être utilisée jusqu'à 400 C. Au-delà de 400 C, les liants mis en Âuvre dans l'élaboration de la soie de verre brûlent et créent des impuretés qui réduisent la résistance d'isolement ou qui dégradent les fils conducteurs.
Enfin, pour les hautes températures, les isolateurs céramiques garantissent une tenue mécanique et un isolement corrects. Au-dessus de 600 C, on utilise de l'alumine à haut degré de pureté.
La norme CEI 751 impose les résistances minimales d'isolement (tableau 3 ).
Tableau 3 - Résistance minimale d'isolement à la température maximale
Température maximale d'emploi (C) Résistance minimale d'isolement (MW )
100 Ã 300
10
300 Ã 500
2
500 Ã 850
0,5
à Tableau 3 - Résistance minimale d'isolement à la température maximale
à Figure 2 - Repérage et branchement des sondes Pt 100
Ãléments de mesure
Dans de nombreuses cannes pyrométriques, les éléments de mesure sont interchangeables (voir figure 3 ) : la gaine de protection ou le puits thermométrique peuvent rester solidaires de l'enveloppe du procédé, et on peut retirer l'élément de mesure, par exemple pour des opérations d'étalonnage périodiques.
Figure 3 - Ãléments de mesure interchangeables
La norme DIN 43762 décrit les éléments de mesure normalisés rentrant dans ce cadre.
2.2 Ãléments sensibles à couple thermoélectrique
Capteurs
Le capteur est formé par la jonction de mesure du couple thermo-électrique à son point chaud ; la lecture se fait à sa jonction froide, celle-ci devant être compensée pour simuler le point à 0 C.
à Figure 3 - Ãléments de mesure interchangeables
Divers matériaux sont employés pour constituer ces couples. Leur composition, limite d'emploi, force thermoélectrique, tolérance en fonction de la température, sont traitées en détail dans l'article [3] de ce traité. Les forces thermoélectriques et les tolérances sont fixées dans la norme CEI 584. Les températures maximales d'emploi dans l'air sont données dans le tableau 4 .
Tableau 4 - Températures maximales d'emploi des couples thermoélectriques dans l'air pour des mesures de longue durée
Type de couple Code Température
Cu-CuNi
T
200 (C)
Fe-CuNi
J
600 (C)
NiCr-Ni allié
K
1 000 (C)
NiCrSi (Nicrosil)-NiCrMg (Nisil)
N
1 100 (C)
Pt Rh13 %-Pt
R
1 400 (C)
Pt Rh10 %-Pt
S
1 400 (C)
Pt Rh 30 %-Pt Rh 6 %
B
1 600 (C)
W Re 3 %-W Re 25 % ou W Re 5 %-W Re 26 %
W Re
2 300 (C) (1)
(1) atmosphère neutre ou réductrice impérativement, ou sous vide
Les couples en métaux précieux sont très sensibles aux impuretés (par exemple le soufre et le phosphore). Ils doivent donc par principe être protégés des influences nuisibles par des isolateurs en céramique multifilaires et des gaines en céramiques fermées.
à Tableau 4 - Températures maximales d'emploi des couples thermoélectriques dans l'air pour des mesures de longue durée
La durée de vie des couples est influencée par de nombreux facteurs ; c'est pourquoi il est difficile de donner des indications valables de façon générale : voir ci-dessous le paragraphe « pro-priétés ».
Pour les couples qui travaillent dans des conditions de service constantes sur une même installation, le vieillissement et par voie de conséquence l'erreur de mesure croissent selon une fonction exponentielle du temps :
avec (C) erreur de mesure
A et b coefficients
t (h) durée de service
Isolement
Capteurs à couples emperlés
à l'intérieur de la gaine, le montage des fils du couple thermoélectrique impose un isolement par perles ou isolateurs céramiques. Les matériaux d'isolement peuvent être différents en fonction des cas d'application, comme l'indique le tableau 5 . Ces isolateurs peuvent être monofilaires ou multifilaires. Leur section peut être ronde ou ovale. Les perles à rotules, de quelques millimètres de longueur, ont leur extrémité concave d'un côté, convexe de l'autre. Elles permettent de maintenir l'isolement dans les parties coudées des capteurs.
Tableau 5 - Caractéristiques des matériaux isolants pour couple thermoélectrique
Matériau Composition Conductivité thermique à 100 C [W/(m K)] Rigidité diélectrique (kV/mm) Masse volumique (g/cm3 ) Température maximale d'emploi (C)
Alumine (étanche)
Al2 O3 (99,5 %)
26
17
3,8
1 700
Alumine (étanche)
Al2 O3 (60 %)
2
17
2,6
1 400
Alumine (poreuse)
Al2 O3 (73 %)
1,4
2,35
1 350
Magnésie
MgO (98 %)
0,84
2,5
2 000 C dans l'air 1 600 C sous vide
Hafnium
Hf
23
13,1
> 2 000 C
Nitrure de bore
BN (99 %)
> Be
39
1,9
1 000 C dans l'air 2 500 C sous vide ou atmosphère inerte
Béryllium
Be
201
1,9
> 2 000 C
Les perles d'embout comportent un évidement en leur extrémité destiné à loger le point chaud (la soudure du couple thermoélectrique). Ainsi le point chaud est isolé de la gaine.
Les isolateurs multifilaires permettent de réaliser des couples multiples, dans des diamètres réduits. C'est en particulier le cas des appareillages de grande longueur et sous pression, accessibles par un bouchon d'extrémité lorsque l'on veut mesurer le gradient dans le réacteur.
Ces différents types d'isolement sont présentés sur la figure 4 .
Figure 4 - Isolement des couples thermoélectriques
Capteurs à couples chemisés
Les fils des couples thermoélectriques chemisés sont isolés entre eux et avec la gaine, par l'isolant, le plus souvent de la magnésie. Le câble chemisé est flexible, ce qui est pratique dans certaines applications où le point de mesure n'est pas accessible en ligne droite depuis la traversée de paroi (cas par exemple de mesures de température de tuyauteries dans les chaudières).
Certains montages requièrent des temps de réponse rapides : le point chaud est alors mis au contact de la gaine (soudure, brasure) : le transfert thermique est ainsi beaucoup plus important. Mais l'isolement électrique avec la gaine n'existe plus et le signal du couple thermoélectrique peut être faussé si des défauts de masse existent dans l'installation, favorisant des courants qui passent à travers la gaine jusqu'au point chaud.
Lorsqu'un capteur de température est monté correctement (pas de défaut d'isolement, métal des conducteurs homogène), la force thermoélectrique produite n'est fonction que de la température de la jonction de mesure et de la jonction de référence. En pratique, interviennent des erreurs dues au fait que des portions de fils de couple sont devenues inhomogènes par oxydation amplifiée, apport d'impuretés ou recuit local.
Le lecteur pourra se reporter à l'article [3] des Techniques de l'Ingénieur.
Compensation au raccordement
La jonction de référence doit être portée à 0 C, de façon à restituer la force électromotrice (f.é.m.) entière du couple thermoélectrique, mais certains dispositifs dits de compensation permettent d'éviter cette contrainte. En pratique, la compensation de soudure froide s'effectue dans l'instrumentation qui traite le signal : un capteur dans le bloc de jonction permet de déterminer la température de la jonction, et ainsi de faire le calcul de la correction à apporter sur la f.é.m. lue (par exemple, cas d'un transmetteur situé en tête de canne).
à Tableau 5 - Caractéristiques des matériaux isolants pour couple thermoélectrique
à Figure 4 - Isolement des couples thermoélectriques
Les connecteurs intermédiaires, de même nature que les fils de couples thermoélectriques sont dits compensés car ils n'induisent pas de f.é.m. parasite.
Il faut veiller particulièrement à l'absence de gradients dans les têtes de raccordement sur les borniers ou sur les connecteurs.
Ãléments de mesure
Comme pour les éléments de mesure à résistance, le montage des cannes pyrométriques prévoit souvent que les éléments de mesure soient interchangeables (voir figure 3 ). Dans le cas des couples chemisés en effet, on se rapproche des éléments à résistance. Dans le cas des couples emperlés, la pratique rend cette éventualité peu fréquente, voire impossible dans le cas des cannes cintrées.
2.3 Matériaux de protection
Les gaines ont pour but de soustraire la partie sensible du capteur aux influences indésirables, telles que la pression ou la vitesse du fluide, des milieux chimiquement ou mécaniquement agressifs, ou bien, les influences électriques. Selon les cas, on emploie des matériaux différents (figure 5 ).
Figure 5 - Mise en Âuvre de protecteurs métalliques dans le cas de couples thermoélectriques emperlés
à Figure 5 - Mise en Âuvre de protecteurs métalliques dans le cas de couples thermoélectriques emperlés
2.3.1 Gaines métalliques
Les métaux les plus couramment rencontrés sont les suivants :
fonte poteyée, fer pur ;
aciers inoxydables, jusqu'Ã 400 C ;
aciers résistants à chaud, jusqu'à 700 C ;
aciers réfractaires, jusqu'à 1 300 C ;
alliages base nickel, jusqu'Ã 1 350 C ;
tubes métalliques revêtus ;
métaux spéciaux en particulier métaux précieux.
Les tableaux 6 à 9 présentent les caractéristiques de résistance mécanique et de conductivité thermique des métaux les plus fréquemment employés dans la fabrication des cannes pyrométriques.
Tableau 6 - Caractéristiques des aciers pour gaine les plus employés
Type d'acier Nom usuel Masse volumique (g/cm3 ) Résistance à la traction (MPa) Conductivité thermique à 20 C (W.m-1 .K-1 ) Température maximale d'emploi dans l'air (C)
20 C
200 C
300 C
400 C
500 C
600 C
1 000 C
Inoxydable
AISI 304
8
185
127
110
98
92
15
450
Inoxydable
AISI316 Ti
7,99
225
165
145
135
129
15
450
Réfractaire
AISI 446
500
3,0
0,7
1 150
Tableau 9 - Gaines en métaux spéciaux
Matériau Propriétés Exemples d'emploi
Pt ; Pt-Rh
Résistant à l'oxydation, même à haute température.
Résistant aux acides et aux bases.
Fabrication d'acide fluorhydrique.
Bains de verre et d'émail.
Ta
Très résistant aux acides et aux bases jusqu'à 300 C (exceptionnellement jusqu'à 400 C).
Tuyauteries et chaudronneries revêtues en Ta :
Acides nitrique et lactique. Brome. Iode.
Ag
Résistant à l'oxydation jusqu'à 400 C. Résistant partiel-lement aux acides, par exemple l'acide phosphorique.
Installations chimiques revêtues de Ag.
Molybdène
Résistant aux atmosphères réductrices à haute température.
Fours sous atmosphère avec présence d'hydrogène.
Kanthal
Présence d'une couche d'alumine protectrice conférant des propriétés de résistances aux milieux oxydants et aux milieux souffrés.
Fours à gaz.
Fonte poteyée, fer pur
Les fontes poteyées sont employées dans les fonderies d'aluminium et de métaux non ferreux tels que le zinc. Elles sont de plus en plus remplacées par des gaines céramiques composites (voir § 2.3.2. ).
Aciers inoxydables
Les gaines en acier inoxydable sont essentiellement employées dans les installations chimiques.
En plus de la résistance mécanique, la nécessité d'une bonne résistance chimique aux corrosions incite à choisir pour les gaines un matériau identique ou analogue à celui de l'installation elle-même. La soudabilité doit être également vérifiée. Il existe des prescriptions particulières pour les installations traitant des produits alimentaires ou pharmaceutiques. Les caractéristiques des aciers inoxydables les plus employés sont données dans le tableau 6 .
Aciers résistants à chaud
Les gaines réalisées avec de tels aciers, utilisées par exemple dans des générateurs de vapeur, doivent résister jusqu'à 550 ou 600 C à la fois à haute pression et à des vitesses de fluide élevées. Pour les pressions supérieures à 100 bar, les gaines sont forées dans la masse d'un barreau d'acier et tournées pour obtenir la forme extérieure souhaitée. Aux très forts écoulements, la forme conique est utilisée. On utilise des aciers identiques ou similaires à ceux employés pour la construction des tuyauteries et réservoirs sous pression. Il convient de vérifier la soudabilité avec le matériau constitutif des tuyauteries. Des aciers spéciaux ont été créés pour les installations chimiques à haute pression et où se trouve de l'hydrogène.
Aciers réfractaires
On les emploie principalement pour les gaines placées dans les fours, les carneaux de fumée, les bains de sels. Ces gaines ne sont généralement pas soumises à des sollicitations dues à la pression, ou à un écoulement. Elles doivent résister le plus possible à l'oxydation à haute température. Un exemple d'acier réfractaire pour gaine est donné dans le tableau 6 .
Nickels purs et alliages à haute teneur en nickel
Alliages nickel-chrome (Inconel) : les Inconel présentent une forte teneur en nickel et en chrome conférant une résistance aux milieux oxydants et réducteurs et sont adaptés aux milieux corrosifs à température élevée. Certains alliages présentent d'exceptionnelles tenues à la fatigue.
Alliages nickel-fer-chrome (Incoloy) : la présence de fer autour de 40 % leur confère des propriétés de résistance à la carburation. Ils présentent d'excellentes résistances à température élevée et sont résistants à l'attaque du soufre et à la corrosion.
Alliages nickel-cuivre (Monel) : les Monel présentent une teneur en cuivre autour de 30 %, ces alliages présentent une haute résistance, une bonne soudabilité et une excellente tenue à la corrosion dans une vaste gamme de températures et de conditions.
Alliages nickel-(chrome)-molybdène-(fer) (Hastelloy) : ils sont spécialement résistants aux milieux corrosifs aussi bien oxydants que réducteurs. Leur polyvalence et leur tenue à la fatigue en font des alliages utilisés en chimie fine. Certains sont utilisés en incinération d'ordures ménagères.
Les caractéristiques des alliages de nickel les plus employés sont données dans le tableau 7 .
Tableau 7 - Caractéristiques des alliages de nickel pour gaine les plus usuels
Nom usuel Masse volumique (g/cm3 ) Résistance à la traction (MPa) Limite d'élasticité (MPa) Conductivité thermique (W . m-1 . C-1 ) Température maximale d'emploi dans l'air (C)
à 20 C à 600 C à 1 000 C à 20 C à 815 C
Inconel 600
8,42
560 Ã 700
85
4,5
210 Ã 340
14,9
27,8
1 100
Incoloy 800
7,95
540 Ã 740
130
4
210 Ã 410
11,5
25,1
1 150
Monel 400
8,83
480 Ã 620
170 Ã 340
21,8
46,6
540
Hastelloy C276
8,885
792
356
20,9
43,8
1 090
à Tableau 6 - Caractéristiques des aciers pour gaine les plus employés
à Tableau 7 - Caractéristiques des alliages de nickel pour gaine les plus usuels
Tubes métalliques revêtus
Des gaines métalliques revêtues d'un matériau adapté à l'environnement procurent une bonne résistance chimique, et une résistance mécanique donnée par le tube support. Un bon contact thermique entre le tube support et le revêtement est indispensable pour minimiser les erreurs de mesure. Les combinaisons tube support / revêtement doivent être adaptées à chaque application (tableau 8 ).
Tableau 8 - Tubes métalliques revêtus
Revêtement Propriétés Exemples d'emploi
PTFE
Résistant aux acides faibles et aux bases.
Conductivité thermique médiocre.
Installations chimiques sans impératifs de longévité
Stellite
Très dur, résistant à l'abrasion à haute température,
revêtement déposé par soudure.
Fours tournants, airs chargés en poussières abrasives
Acier doux émaillé
Bonne tenue jusqu'à 450 C mais fragilité aux chocs.
Bains de zinc
Métaux spéciaux
Dans les cas où les aciers et alliages nickel ne suffisent pas, des gaines de protection en métaux spéciaux sont utilisées (tableau 9 et figure 6 ) d'épaisseur faible, ces tubes sont souvent renforcés par des tubes céramiques.
Figure 6 - Capteur de température pour bain de verre
2.3.2 Gaines non métalliques
Gaines en matériaux plastiques : PTFE, polyamide, PVC (voir tableau 10 ).
Tableau 10 - Gaines en matériaux plastiques
Matériau Propriétés Exemples d'emploi
PTFE, polyamides
Résistant aux acides et aux bases.
Médiocre conductivité thermique.
Bains de galvanoplastie ; acides.
PVC
Peu résistant, tenue maximale à 100 C.
Applications sans exigences particulières.
Gaines céramiques et autres matériaux amorphes : elles travaillent principalement à haute température, où les métaux ne peuvent plus être utilisés ou n'ont pas de durée de vie suffisante. Les gaines céramiques en alumine, ou en silicate d'aluminium conviennent aux couples thermoélectriques en métaux nobles (voir tableau 11 ).
Tableau 11 - Gaines en matériaux céramiques
Matériau Propriétés Exemples d'emploi
Céramique 530
Résistant jusqu'à 1 500 C ; peu sensible aux chocs thermiques ; poreuse.
Matériau des plus courants dans les fours de métallurgie et de traitement thermique, souvent utilisé en double enveloppe.
Alumine 710
Résistante jusqu'à 1 800 C ; très sensible aux chocs thermiques ; peu poreuse.
Matériau des plus courants dans les fours de métallurgie et de traitement thermique, à plus haute température que la céramique 530.
Quartz
Résistant aux acides (sauf HF) et aux bases. Insensible aux chocs thermiques.
Bains d'acier jusqu'Ã 1 600 C ; fours pour semi- conducteurs.
à Tableau 8 - Tubes métalliques revêtus
à Tableau 9 - Gaines en métaux spéciaux
à Tableau 10 - Gaines en matériaux plastiques
à Tableau 11 - Gaines en matériaux céramiques
à Tableau 12 - Gaines en matériaux composites
Tableau 12 - Gaines en matériaux composites
Matériau Propriétés Exemples d'emploi
Graphite
Conducteur de l'électricité ; utilisable jusqu'à 1 800 C, à utiliser impérativement avec une gaine intérieure isolante comme l'alumine 710.
Fonderie d'aluminium.
Carbure de silicium à liant nitruré
Résistance mécanique élevée, bonne résistance aux chocs thermiques, résistant aux atmosphères oxydantes et réductrices ; température maximale 1 600 C.
Fonderie d'aluminium, Zamac, zinc, cuivreux.
Fours d'incinération.
Nitrure de silicium
Excellente résistance à la corrosion dans les métaux non ferreux. Température maximale 1 250 C.
Fonderie d'aluminium ; Zamac.
à Figure 6 - Capteur de température pour bain de verre
Ces gaines sont très sensibles aux chocs thermiques : une introduction trop rapide dans la zone chaude entraîne un gradient de dilatation thermique qui peut provoquer la rupture de la gaine. Au contact des poussières, à haute température, il se forme souvent à leur surface des dépôts vitrifiés qui ont un coefficient de dilatation thermique : un retrait trop rapide fait éclater la gaine.
Les gaines étanches aux gaz sont plus sensibles aux chocs thermiques. à l'inverse, les gaines à gros grains ont une meilleure résistance mais ont une porosité élevée.
Gaines en matériaux composites (voir tableau 12 ).
Le diamètre et la longueur plongeante des gaines doivent être adaptés aux conditions de service. Par exemple, les normes DIN 43763 et ASME PTC 19.3 indiquent quelles gaines choisir (et pour quels usages généraux). Les documentations CEI fixent également les diamètres extérieurs et intérieurs pour les gaines et les éléments de mesure. Si besoin est, les gaines sont livrées avec certificat de contrôle concernant le matériau, la résistance à la corrosion et à la fissuration, l'essai en pression.
2.4 Têtes de raccordement. Connecteurs
La connexion du capteur de température avec les fils issus de l'appareil de mesure peut se faire par connecteur ou par tête de raccordement (figure 7 ).
Figure 7 - Têtes de raccordement
Têtes de raccordement
Les bornes répondent aux prescriptions de l'électrotechnique générale. Le matériau de la tête est un plastique (généralement polyamide), en alliage d'aluminium (avec ou sans revêtement epoxy), en fonte grise, ou en acier inoxydable.
La température limite est 120 C, elle peut atteindre 200 C dans le cas des têtes en inox ou en fonte, mais il est recommandé de ne pas dépasser 100 C pour conserver une bonne qualité de contact, sans oxydation excessive et sans besoin de resserrage des borniers. Avec un transmetteur en tête, il est impératif de ne pas dépasser 80 C à cause de la température interne des composants électroniques.
Les degrés de protection des enveloppes sont déterminés par la norme NF EN 60529. Le tableau 13 présente les cas les plus usuels dans les cannes pyrométriques.
Tableau 13 - Degré de protection des enveloppes de têtes de raccordement (selon norme NF EN 60529)
Indice de protection 1er chiffre : protection contre les corps solides 2e chiffre : protection contre les liquides 3e chiffre : protection contre les chocs mécaniques
IP54
5 Protégé contre les poussières
4 Protégé contre les projections d'eau sous toutes les directions
IP65
6 Totalement protégé contre les poussières
5 Protégé contre les projections d'eau toutes directions à la lance
IP677
6 Totalement protégé contre les poussières
7 Protégé contre les effets de l'immersion
7 Ãnergie de choc 6 J : assimilable à un poids de 1,5 kg tombant de 40 cm
Connecteurs
Ils doivent avoir une résistance de contact constante, aussi faible que possible. Les fiches standards (en matériaux non thermoélectriques) sont employées dans des circuits de mesure thermoélectriques.
2.5 Câbles d'extension et de compensation
Les règles de raccordement suivant le type de couple étant respectées, il faudra prendre en compte l'environnement auquel sera soumis le câble.
Isolement : PVC jusqu'à 100 C ; PTFE ou élastomère de silicone jusqu'à 220 C, soie de verre jusqu'à 450 C. Lorsque les agressions mécaniques sont sérieuses, on prend un câble protégé par une tresse métallique en acier galvanisé ou inoxydable. En cas de perturbations électromagnétiques, on choisit un câble torsadé et blindé.
La norme CEI 584-3 définit les couleurs des connexions (voir figure 8 , p. 12).
Figure 8 - Couleurs des câbles de compensation et d'extension
à Figure 7 - Têtes de raccordement
à Tableau 13 - Degré de protection des enveloppes de têtes de raccordement (selon norme NF EN 60529)
à Figure 8 - Couleurs des câbles de compensation et d'extension
2.6 Raccordement au procédé
Dans le cas de procédés sous atmosphère contrôlée ou sous pression, il est nécessaire d'assurer une étanchéité avec l'atmosphère ambiante au moyen d'un raccordement par bride, ou par filetage NPT, par exemple raccord union, ou bien traversée étanche avec presse-étoupe.Dans les autres cas, on utilisera un raccord par filetage gaz, ou une simple bride mobile. La bride mobile sert à la fixation du capteur de température sur une paroi ou sur une bride solidaire de l'installation. La liaison obtenue n'est étanche ni aux gaz ni aux liquides.Le presse-étoupe convient surtout pour les faibles pressions.Les schémas des principaux raccordements sont présentés sur la figure 9 .
Figure 9 - Raccordement mécanique au procédé
2.7 Conversion du signal et transmission de la mesure
Les inconvénients de la transmission par câble de la f.é.m. du couple thermoélectrique (sensibilité aux perturbations électromagnétiques) ou de la lecture à distance de la résistance de la sonde Pt 100 (influence de la résistance de ligne) trouvent leur solution dans l'utilisation de transmetteurs de température qui peuvent être logés en tête de canne (figure 10 ) ou en rail DIN à proximité des capteurs.
Figure 10 - Transmetteur de température monté en tête de raccordement
Placés juste derrière les capteurs, les transmetteurs amplifient, linéarisent, isolent les signaux de sortie suivant la norme NF C 4601. Le plus souvent, la mesure est convertie en 4-20 mA, car, dans ce cas, la ligne de mesure se limite à 2 fils. Leur conception est de type analogique : entrée dédiée à un type de capteur, échelle fixe ou déterminée par des straps, ou numérique : entrée universelle, échelle programmable, programmée localement sur PC ou console ou par liaison de réseau.
Les transmetteurs 2-fils : le circuit d'alimentation 0-24 VCC est aussi le circuit où circule le courant de sortie 4-20 mA.
Caractéristiques typiques :
Entrée : Pt 100 ;
Sortie : 4-20 mA ;
Alimentation : dans la boucle (cas d'un transmetteur 2-fils) ;
à Figure 9 - Raccordement mécanique au procédé
à Figure 10 - Transmetteur de température monté en tête de raccordement
Température ambiante maxi : 85 C ;Temps de réponse : 0,33 à 60 s (programmable) ;
Erreur de linéarité : < 0,1 % pleine échelle ;
Exactitude : ± 0,3 C.
Les transmetteurs 4-fils : leur alimentation est indépendante. Certains transmetteurs sont prévus pour être montés dans les têtes de raccordement et satisfont à la norme DIN 43729. Les technologies de réseau de terrain permettent des échanges de données : contrôle d'état du capteur, modification de la programmation du transmetteur, etc.
Un schéma de branchement de transmetteur est présenté en figure 11 .
Figure 11 - Schéma de branchement d'un transmetteur de température
3. Propriétés
3.1 Temps de réponse
Définition
Le temps de réponse thermique d'un capteur de température est le temps mis par celui-ci pour répondre à une variation instantanée de température (échelon) dans son milieu ambiant par une variation correspondant à un pourcentage de l'échelon.
En pratique, on connaît le temps de réponse d'un capteur dans un milieu : l'air ou l'eau : on ne peut déterminer son temps de réponse dans son milieu d'utilisation que si l'on connaît les lois de similitude. Soit la température ambiante et la température à l'échelon. L'indication du capteur suit ce brusque changement de température avec retard (figure 12 ). En la rapportant à la valeur de l'échelon , on obtient la fonction de transfert du capteur de température :
Figure 12 - Fonction de transfert d'un thermomètre
Si le coefficient de transmission thermique interne est grand par rapport aux coefficients de transmission entre objet mesuré et gaine, la fonction de transfert se rapproche d'une fonction exponentielle (cas d'un système de premier ordre) :
avec temps au bout duquel l'indication atteint 63,2 % de l'échelon.
On utilise les temps de réponse à 63,2 % et préférentiellement 90 % (t 0,9 ).
à Figure 11 - Schéma de branchement d'un transmetteur de température
Figure 11 - Schéma de branchement d'un transmetteur de température
à Figure 12 - Fonction de transfert d'un thermomètre
Certaines configurations de capteurs s'éloignent de cette loi exponentielle, c'est le cas par exemple des capteurs nécessitant plusieurs épaisseurs de matériaux protecteurs, ou des capteurs refroidis.
Facteurs de correction
Les hypothèses précédentes sont vérifiées entre autres pour les couples thermoélectriques chemisés et les capteurs à Pt 100 simples. Pour la plupart des autres capteurs de température, la fonction de transfert s'écarte de l'exponentielle et fait intervenir le coefficient de transmission thermique entre le milieu mesuré et le capteur. Pratiquement, on ne peut pas calculer le temps de réponse théorique, car les valeurs numériques nécessaires concernant les matériaux employés et les coefficients de transfert thermique ne sont pas connus ou avec pas assez de précision. Une démarche expérimentale peut permettre d'établir une loi de correspondance entre les conditions nominales d'utilisation et des conditions de service normalisées, air ou eau. Les conditions de service normalisées sont décrites ci-dessous.
Mesure des temps de réponse
Milieu ambiant : eau
La figure 13 présente le dispositif de mesure du temps de réponse dans l'eau : l'eau est mise en rotation dans une cuve thermostatée de dimensions minimales 300 mm en diamètre et 200 mm en hauteur, de manière à provoquer un flux laminaire de vitesse 1 m/s ou 2 m/s à l'endroit de l'immersion du capteur de température.
Figure 13 - Dispositif de mesure du temps de réponse dans l'eau
à Figure 13 - Dispositif de mesure du temps de réponse dans l'eau
à Figure 14 - Dispositif de mesure du temps de réponse dans l'air
Figure 14 - Dispositif de mesure du temps de réponse dans l'air
Milieu ambiant : air
La figure 14 présente le dispositif de mesure du temps de réponse dans l'air : l'air est soufflé dans la veine d'essai rectangulaire au moyen d'un ventilateur à travers un diffuseur et un écran de fil tissé. Le capteur est monté au centre de la veine d'essai de façon que son axe soit perpendiculaire à la direction d'écoulement de l'air. Une grille constituée de fils chauffants permet de créer l'échelon par le passage d'un courant électrique.
Temps de réponse couramment obtenus
Le tableau 14 indique les temps de réponse les plus couramment obtenus, en prenant comme référence un flux laminaire d'eau à la vitesse de 1 m/s, et une mesure de à 63,2 %.
Tableau 14 - Temps de réponse typiques
Type de capteur Temps de réponse
Pt 100 sous tube inox à 1,6 mm
1 min
Pt 100 doigt de gant inox à 6 mm
2 min
Pt 100 sous doigt de gant à 6 mm et protecteur foré inox à 12 mm
6 min
Thermocouple chemisé type K à 1 mm
0,14 s
Thermocouple chemisé type K à 3 mm
0,6 s
Thermocouple chemisé type K à 8 mm
7 s
Thermocouple emperlé sous double gaine céramique et alumine
plusieurs minutes
à Tableau 14 - Temps de réponse typiques
Réduction des temps de réponse
L'optimisation des paramètres de régulation impose souvent de diminuer les temps de réponse ; il y a deux moyens pour atteindre cet objectif :
réduction de l'épaisseur de matériaux entre le milieu et l'élément sensible : les technologies de rétreint sont utilisées en particulier sur les couples chemisés. Certains puits thermométriques sont amincis à leur extrémité : voir figure 15 ;
mise en Âuvre de matériaux adaptés, c'est-à -dire disposant de meilleures caractéristiques thermoconductrices. La limitation est souvent imposée par les contraintes de robustesse et de tenue aux agressions chimiques.
Figure 15 - Puits thermométriques aminci pour amélioration du temps de réponse
3.2 Répétabilité
Stabilité des couples thermoélectriques
Les tolérances et les températures limites des couples normalisés sont données dans les normes CEI 584-1 et 2, et NF EN 60584-2.
Les conditions d'exploitation viennent renforcer les facteurs naturels d'instabilité des couples thermoélectriques :
à Figure 15 - Puits thermométriques aminci pour amélioration du temps de réponse
· Défauts d'homogénéité des métaux conducteurs.
· Influence de la gaine métallique dans le cas des couples chemisés.
· Pollution : les éléments réducteurs ou oxydants, selon le milieu mesuré, peuvent pénétrer dans le capteur de température et polluer les fils thermoélectriques. Prenons, par exemple , le comportement des couples de métaux précieux dans les atmosphères réductrices : les oxydes métalliques et principalement SiO2 sont réduits à haute température au contact du platine qui se comporte alors comme un catalyseur. Les métaux résultant de cette réduction se combinent avec le platine, provoquant ainsi une dérive.
· Modification de la structure cristalline (dans le cas d'emploi hors des limites de tolérance).
· Diamètre des fils : étant donné que pratiquement tous les fils thermoélectriques en matériaux non nobles s'oxydent, la température maximale d'emploi et la durée de vie dépendent du diamètre des fils ; de plus, à haute température, le grossissement des grains est inévitable, rendant problématique l'utilisation de fils trop fins. Le tableau 15 est un guide pour déterminer les températures maximales d'utilisation en fonction des diamètres des fils.
Tableau 15 - Températures maximales d'emploi des couples thermoélectriques en fonction des diamètres de fils
Code (1) à 0,5 mm à 0,8 mm à 1,6 mm à 2 mm à 3 mm
T
240
260
300
350
350
J
370
500
700
760
K
800
1 100
1 150
1 150
N
800
1 100
R
1 450
1 600
S
1 450
1 600
B
1 450
1 600
W/Re
2 300
(1) voir tableau 4
Tableau 4 - Températures maximales d'emploi des couples thermoélectriques dans l'air pour des mesures de longue durée
Type de couple Code Température
Cu-CuNi
T
200 (C)
Fe-CuNi
J
600 (C)
NiCr-Ni allié
K
1 000 (C)
NiCrSi (Nicrosil)-NiCrMg (Nisil)
N
1 100 (C)
Pt Rh13 %-Pt
R
1 400 (C)
Pt Rh10 %-Pt
S
1 400 (C)
Pt Rh 30 %-Pt Rh 6 %
B
1 600 (C)
W Re 3 %-W Re 25 % ou W Re 5 %-W Re 26 %
W Re
2 300 (C) (1)
(1) atmosphère neutre ou réductrice impérativement, ou sous vide
· Ãcrouissage (modification locale de la f.é.m.).
· Corrosion, attaque chimique localisée : par exemple dans le cas d'une recondensation locale dans le gradient entre le milieu mesuré et la sortie froide.
· Les cycles thermiques sont un facteur aggravant de la dérive : un couple thermoélectrique en permanence à une température élevée dérivera moins qu'un couple soumis à une oscillation cyclique régulière entre l'ambiante et la température haute. Dans la plupart des cas, la dérive est négative (baisse de la température indiquée).Le tableau 16 indique les plages de températures d'utilisation et le type préférentiel d'atmosphère.
Tableau 16 - Températures maximales d'emploi des thermocouples en atmosphère appropriée et calme
Code (1) Plage de température Atmosphère
T
- 20 Ã 350 C
Moyennement oxydante ou réductrice
J
- 20 Ã 760 C
Réductrice, usage limité en atmosphère oxydante
K
- 40 Ã 1 100 C
Oxydante propre ou inerte
N
0 Ã 1 100 C
Oxydante propre, usage limité en atmosphère réductrice
R
0 Ã 1 600 C
Oxydante
S
0 Ã 1 550 C
Oxydante
B
100 Ã 1 600 C
Oxydante
W/Re
0 Ã 2 300 C
Réductrice, inerte, hydrogène
(1) voir tableau 4
à Tableau 15 - Températures maximales d'emploi des couples thermoélectriques en fonction des diamètres de fils
à Tableau 16 - Températures maximales d'emploi des thermocouples en atmosphère appropriée et calme
Stabilité des sondes à résistance
Les principaux facteurs d'instabilité sont :
la pollution, par oxydes métalliques en particulier ;
le grossissement des grains, par utilisation hors plage de tolérance ;
les vibrations, l'écrouissage.
Dans la plupart des cas, la dérive est positive (hausse de la température ind
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