Principe de fonctionnement et structure d'un capteur de température à thermocouple
Capteur de température à thermocoupleIl s'agit d'un équipement de mesure de température couramment utilisé, dont le principe de fonctionnement et les caractéristiques structurelles peuvent être résumés comme suit :
Principe de fonctionnement
Principe de fonctionnement d'un thermocouple Capteurs de température Elle repose sur l'effet thermoélectrique, et plus précisément sur l'effet Seebeck. Lorsque deux métaux ou alliages différents sont mis en contact et qu'il existe une différence de température au point de connexion, une force électromotrice est générée dans le circuit. Cette force est proportionnelle à la différence de température et peut être utilisée pour mesurer la température.
Le processus précis est le suivant :
- effet thermoélectrique
Effet thermoélectrique : Les coefficients de potentiel thermoélectrique de deux métaux ou alliages étant différents, lorsqu’ils sont connectés à des températures différentes, une force électromotrice est générée dans le circuit.
- Mesurer la température
En mesurant l'amplitude de cette force électromotrice, il est possible de déterminer la différence de température au point de jonction des deux métaux, puis d'en déduire la température de l'autre métal (c'est-à-dire la température de l'extrémité chaude) à partir de la température connue de l'un des métaux.
Caractéristique à deux structures
Thermocouple Capteur de température il se compose principalement des parties suivantes :
- élément thermique
L'élément thermique est la partie centrale du capteur thermocouple. Il est généralement constitué de deux fils métalliques différents, en alliage ou soudés. Parmi les métaux couramment utilisés, on trouve le cuivre, le fer, le nickel et le chrome. Les soudures de ces deux fils forment un point de mesure, appelé contact froid (ou extrémité de compensation) du thermocouple, tandis que l'autre extrémité est le contact chaud (ou extrémité de mesure). Lorsqu'une variation de température s'opère au niveau de l'élément thermique, un effet thermoélectrique se produit entre les deux métaux, induisant une faible différence de potentiel.
- Protéger la coquille
Boîtier de protection : Afin de protéger l’élément thermosensible des agressions extérieures telles que les dommages mécaniques et la corrosion, les capteurs thermocouples sont généralement fournis avec un boîtier de protection. Ce boîtier est généralement fabriqué en métal ou en céramique, matériaux offrant une bonne isolation et une résistance aux hautes températures. Il empêche le capteur d’être perturbé par des facteurs physiques et chimiques externes, et garantit ainsi la précision et la stabilité des résultats de mesure.
- fils conducteurs
Câbles : Les capteurs thermocouples utilisent des câbles pour relier l’élément thermique à un appareil de mesure ou à un système de contrôle. Ces câbles sont généralement constitués de fils métalliques du même matériau que le thermocouple afin de garantir la continuité et la fiabilité du signal de mesure. La longueur et le matériau du câble doivent être choisis en fonction des exigences spécifiques de l’application afin d’éviter l’atténuation du signal et les interférences.
Trois types
Selon leur structure et les matériaux utilisés, les capteurs thermocouples peuvent être classés en plusieurs types, tels que les thermocouples ordinaires, Thermocouple blindéLes thermocouples à couches minces et les thermocouples à couches minces. Parmi eux :
- Thermocouple ordinaire
Largement utilisé dans l'industrie, il se compose généralement d'une électrode thermique, d'une gaine isolante, d'un tube de protection et d'une boîte de jonction. Les thermocouples ordinaires peuvent être classés selon leur mode de raccordement : à filetage fixe, à bride fixe, à bride mobile, sans dispositif de fixation, etc.
Également appelé thermocouple à gaine, il est constitué d'une électrode thermique, d'un matériau isolant et d'une gaine métallique, assemblés par un procédé de traction. Sa particularité réside dans sa finesse et sa longueur, ainsi que dans sa flexibilité de pliage, permettant ainsi de l'adapter aux besoins. Les principaux avantages des thermocouples blindés sont une faible inertie thermique à l'extrémité de mesure, une réponse dynamique rapide, une grande résistance mécanique, une longue durée de vie et la possibilité d'être intégrés à des dispositifs de structures complexes. Ils sont ainsi largement utilisés dans divers secteurs de la production industrielle.
- thermocouple à film
Grâce à l'évaporation sous vide, au revêtement chimique et à d'autres procédés, le matériau du thermocouple est déposé sur un substrat isolant pour former un film métallique très mince. L'extrémité de mesure du thermocouple étant très fine, son inertie thermique est faible et sa vitesse de réaction rapide. Il est ainsi fréquemment utilisé pour mesurer les variations instantanées de température de surface et les variations de température sur de petites zones. Sa plage de température est de -200 à 300 °C.
Le capteur de température à thermocouple présente l'avantage d'une structure simple, d'une large plage de mesure, d'une vitesse de réponse rapide, d'une bonne stabilité, etc., et est largement utilisé dans l'industrie, la recherche scientifique, le traitement médical et d'autres domaines.