Comment choisir son thermocouple

Guide de sélection des thermocouples

Il existe de nombreux capteurs pour effectuer une mesure de température et le thermocouple est surement le produit le plus couramment utilisé dans l’industrie car il offre une bonne précision tout en restant économique.
Etant donné la multitude de variantes, de formes, de tube de protection il n’est pas toujours simple de faire un choix par rapport aux produits à utiliser.

Plusieurs critères vont devoir être pris en compte lors du choix de votre thermocouple. Ceux-ci sont essentiellement liés à l’environnement, à la précision attendue et surtout à la température d’utilisation.

 

Il existe de nombreux types de thermocouples mais 8 types sont majoritairement utilisés en nos ateliers.

TYPE Alliages utilisés En montage sous perle céramique (gaine rigide) En version chemisée avec une gaine externe et un isolant en MgO (gaine souple)
T Cuivre (+)

Constantan (-)

Le type T peut être aussi bien utilisé dans une atmosphère oxydante que réductrice
Sa stabilité à basse température permet d’avoir une meilleure précision
Il est recommandé pour la très basse température : cryogénieUtilisation recommandée de :
-200° à 350°C
Le type T est utilisé entre -40° à 350°C  et il est très stable pour les applications de mesures de basse température et la cryogénie.
Lorsqu’il est utilisé en dessous de 0°C il faut vérifier que la gaine externe soit compatible
K Chromel (+)

Alumel (-)

Le type K est intensivement utilisé à des températures allant jusqu’à 1200°C car il est fiable et précis.
Il est recommandé de protéger ce thermocouple avec un tube métallique ou un tube en céramique / alumine spécialement en atmosphère réductrice (présence de gaz carbonique). En atmosphère oxydante (exemple : un four électrique , présence d’oxygène), la protection n’est pas nécessaire.
Le type K aura généralement une durée de vie plus longue que le type J qui va s’oxyder plus rapidement (spécialement à hautes températures)Utilisation recommandée de :
-40° à 1200°C
Le type K est utilisé entre -40° et 1200°C .
Pour une température de mesure située entre 315° et 600°C, nous recommandons le type J ou N, car une instabilité de la structure des alliages internes va causer une dérive de +2° environ après quelques heures d’utilisation.
Le type K est également une bonne solution pour des environnements nucléaires.
N Nicrosil (+)

Nisil (-)

Le type N est principalement utilisé à haute température jusqu’à 1250°C. Il offre une meilleure résistance à l’oxydation à haute température et un temps d’utilisation plus long dans les applications où il y a une présence de soufre. Il n’a pas comme le type K un problème de vieillissement prématuré.

Utilisation recommandée de : -40 à  1250°C

Le type N est utilisé entre 0° et 1250°C.. Il est très stable dans le temps et ne présente pas de dérive à haute température.
Son utilisation à haute température implique l’utilisation de gaine en Pyrosil, Alloy TD ou Nicrobel. Le type N est particulièrement recommandé pour les applications nucléaires.
J Fer (+)

Constantan (-)

Le type J peut être utilisé, protégé ou non protégé sous réserve d’absence d’oxygène.
Une protection évitera son oxydation et allongera donc sa durée de vie. Le conducteur positif étant en fer il s’oxydera rapidement au-dessus de 540°C. En utilisant simplement un conducteur de plus gros diamètre on pourra augmenter sa longévité.Utilisation recommandée de : -40 à  750°C.
Le type J est utilisé entre -40° et 750°C . Le type J est stable entre 0 et 538°C  par rapport au type E et K ( dérivent associée au vieillissement)

Ce type de thermocouple très économique est essentiellement proposé avec une gaine en acier inoxydable.

E Chromel (+)

Constantan (-)

Moins couramment utilisé le thermocouple de type E est pourtant un bon choix pour les températures jusqu’à 900°C
Il est recommandé pour les applications sous vide, gaz inerte, modérément oxydante ou réductrice.
Pour les applications cryogéniques, il n’est pas sujet à la corrosion.
Le type E génère un signal de tension supérieur à tous les autres types de thermocouple.Utilisation recommandée de : -40 à  800°C.
Le type E est utilisé entre 0° et 900°C.
Pour une température de mesure située entre 315° et 600°C , le type J ou N est mieux adapté (dérive associée au vieillissement).
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R Pt 13% Rh (+)

Pt (-)

Ces thermocouples sont destinés aux températures élevés

Utilisation recommandée de :  Type S ou R :  0 à 1600°C
Type B : 0 à 1700°C.
Ces thermocouples se contaminent facilement, il ne faut donc pas les utiliser en atmosphère réductrice.
Ces thermocouples à métaux nobles doivent de préférence être  protégés par un tube céramique (Alumine) ou par un tube externe métallique en dessous de 1200°C.

Du fait de la haute température d’utilisation de ces thermocouple, la gaine métallique externe va souvent être un frein à l’utilisation. Néanmoins ces produits sont proposés avec des gaine en Inconel ou platine (très couteux) pour le type S essentiellement

Utilisation recommandée de :
Type S 0 à 1250°C.

S Pt 10% Rh (+)

Pt (-)

B Pt 30% Rh (+)

Pt 6% Rh (-)

 

Classe de précision : ce que dit la norme ?

 

TYPE Valeur de tolérance
Classe 1 Classe 2 Classe 3
T ±0.5 ou 0.004×T ±1 ou 0.075×T ±1 ou 0.015×T
-40…350°C -40…350°C -200…40°C
E ±1.5 ou 0.004×T ±2.5 ou 0.075×T ±2.5 ou 0.015×T
-40…800°C -40…900°C -200…40°C
J ±1.5 ou 0.004×T ±2.5 ou 0.075×T ±2.5 ou 0.015×T
-40…750°C -40…750°C  
K ±1.5 ou 0.004×T ±2.5 ou 0.075×T ±2.5 ou 0.015×T
-40…1000°C -40…1200°C -200…40°C
N ±1.5 ou 0.004×T ±2.5 ou 0.075×T ±2.5 ou 0.015×T
-40…1000°C -40…1200°C -200…40°C
R & S ±1 pour T<1100°C

1+0.003×(T-1100) pour T>1100°C
±1.5 ou 0.0025×T  
0…1600°C 0…1600°C  
B   ±1.5 ou 0.0025×T ±4 ou 0.005×T
  600 à 1700°C 600 à 1700°C

 

 

Températures limites des gaines et matériaux de protection.

Le thermocoulpe va se présenter majoritairement sous 3 formes :
– Fils nus avec une protection externe en forme de tube rigide
– Version chemisée : dans ce cas les fils de thermocouple sont positionnés dans un tube métallique souple rempli d’un isolant minéral (magnésie, oxyde d’aluminium….)
– Version filaire : les fils de thermocouples sont isolés par du PVC, silicone, Téflon, soie de verre ou fibre de céramique

 

VERSIONS FILAIRE SOUPLE AVEC ISOLANT :

 

  • Ces versions sont utilisées pour réaliser des thermocouples simples ou pour réaliser des câbles de compensation ou d’extension.
    Le câble utilisé pour la construction d’un capteurs filaire, garantit toutes les caractéristiques thermoélectriques du thermocouple sur toute la plage de température.
  • Câble d’extension – il est utilisé pour connecter le thermocouple à l’instrument de mesure; ses conducteurs ont les mêmes caractéristiques et propriétés thermoélectriques de leurs thermocouples respectifs
  • Câble de compensation – utilisé pour connecter le thermocouple à l’instrument de mesure ; ses conducteurs ont des caractéristiques différentes de celles des thermocouples auxquels ils sont connectés, bien qu’ils conservent les mêmes propriétés thermoélectriques.

 

Temp.
max. °C
ISOLANT Utilisation
-20…105 PVC Bonnes caractéristiques mécaniques et électriques
-40…200 SILICONE Excellente flexibilité même à basses températures
-200…250 TEFLON Résistance aux agents chimiques et excellentes caractéristiques mécaniques
-200…400 KAPTON Excellentes propriétés diélectriques et chimiques
400 SOIE DE VERRE Bonne résistance aux hautes températures – non combustible mais poreux
1200 FIBRE DE CERAMIQUE Très bonne résistance aux hautes températures – non combustible mais poreux

 

 

VERSIONS CHEMISEES SOUPLE AVEC ISOLANT MINERAL :
Cette version se compose d’une gaine métallique contenant les conducteurs isolés les uns des autres par des oxydes métalliques très purs et fortement comprimés. Ce produit présente de nombreux avantages : robustesse, temps de réaction court, bon isolement, température élevée

 

Type Temp.
max. °C
Application
304SS 800 Acier inoxydable d’utilisation générale.
Bonne résistance à la corrosion.
316SS 1050 Acier inoxydable d’utilisation générale.
Résistance supérieure à la corrosion.
310SS 1050 Résistance supérieure à la corrosion.
Très résistant aux hautes température.
446SS 1100 Utilisé dans les atmosphères sulfureuses.
Inconel 600 1150 Excellente résistance à l’oxydation et à la corrosion à haute température.
Pyrosil D 1250 Résistance supérieure à l’oxydation que le 310SS & INC 600.
Plus résistant aux hautes temp. que le 310SS & INC 600.
Coefficient d’élasticité thermique compatible avec les alliages de nickel (thermocouple type K et N)

Attention pour ce type de produit il faut également respecter un diamètre minimum externe en fonction de la température d’utilisation

 

Type Ø0.5 Ø1 Ø1.5 Ø2 Ø3 Ø4.5 Ø6 Ø8
304SS 700°C 700°C 800°C 800°C 800°C 800°C 800°C 800°C
310SS 700°C 700°C 920°C 920°C 1050°C 1050°C 1050°C 1050°C
446SS 700°C 700°C 920°C 920°C 1070°C 1100°C 1100°C 1100°C
Inconel 600 700°C 700°C 920°C 920°C 1070°C 1150°C 1150°C 1150°C

 

VERSIONS RIGIDES AVEC TUBE DE PROTECTION EXTERNE
Ces version sont surtout adaptées aux températures très élevées. Le montage du thermocouple se fait sous perle céramique avec un ou deux tubes de protection. Une tête DIN est très souvent utilisé pour effectuer le raccordement électrique.

 

Type Temp.
max. °C
Application
446 SS 1100 Excellente résistance dans les applications de bain de sel (traitement thermique). Assez résistant dans les bains électrolytiques d’aluminium.
Fonte 870 Matière peu coûteuse employée dans l’aluminium liquide. Le tube a une vie relativement courte due à l’oxydation mais d’autres matériaux ont également leurs inconvénients dans cette application. Métal fragile.
HR-1600 1204 Résistance exceptionnelle à de diverses formes d’attaques corrosives à hautes températures.
Inconel 6011 1260 Très résistant à l’oxydation pour les procèdés ayant des températures oscillantes de élevées à modérées. Résiste aux composés de soufre et aux dioxydes de carbone à température modérée seulement.
Alumina (99%)1 1900 Utilisé dans l’industrie du verre et des métaux non-ferreux. Très étanche au gaz, il protège très bien les thermocouple de métaux nobles.
Hexoloy SA2 1650 Incinérateur, aluminium liquide et métaux non-ferreux, acides fluorhydriques et sulfuriques, calcination de bauxite.
Mullite 1700 Utilisé dans l’industrie des métaux non-ferreux et dans divers fours industrielles. Très étanche au gaz, non recommandé pour les thermocouples de métaux nobles car il contient de la silice.
Syalon3 1150 Un matériel fort et très résistant au choc thermique. Très utilisé dans l’industrie de l’aluminium surtout dans les dalots. Matériel assez dispendieux.
Carbure de silicium 1650 Excellente résistance au choc thermique. Haute conductivité thermique. Un matériel poreux qui jumelé à un tube de céramique interne assurera une bonne protection pour les thermocouples de métaux nobles.

 

Fiche résumée : Comment sélectionner son thermocouple : normes, tenue, précision et recommandations
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