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Tension et Température du Thermocouple

Calcule la tension EMF du thermocouple à partir de la température de jonction chaude et la compensation de jonction froide pour les types K, J, T et E.

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Formule

E = S × (T_hot − T_cold)

Référence: NIST Monograph 175

S— Seebeck coefficient (K: 41 μV/°C) (μV/°C)
T— Temperature (°C)

Comment ça marche

Un thermocouple génère une force électromotrice thermoélectrique proportionnelle à la différence de température entre une jonction chaude et une jonction froide (de référence) via l'effet Seebeck. La tension de sortie est E = S × (T_hot − T_cold), où S est le coefficient Seebeck en μV/°C. Chaque type de thermocouple possède un coefficient Seebeck caractéristique : Type K (Chromel—Alumel) ≈ 41 μV/°C, Type J (Fer—Constantan) ≈ 51 μV/°C, Type T (Cuivre-Constantan) ≈ 43 μV/°C et Type E (Chromel-Constantan) antan) ≈ 68 μV/°C. En pratique, la jonction froide n'est pas à 0 °C, mais à la température terminale de l'instrument de mesure. La compensation de jonction froide (CJC) ajoute ou soustrait la correction de tension de jonction froide pour produire la mesure correcte. Les tables polynomiales du NIST fournissent des conversions plus précises (non linéaires) sur des plages de thermocouples complètes ; l'approximation linéaire de Seebeck utilisée ici est précise à ±1 à 3 % sur des plages de températures modérées.

Exemple Résolu

Problème : Un thermocouple de type K a sa jonction chaude à 350 °C et sa jonction froide à 23 °C. Quelle est la tension mesurée et quelle est la correction de jonction froide nécessaire ? Solution : 1. Coefficient de Seebeck S de type K = 41 μV/°C 2. ΔT = T_chaud − T_froid = 350 − 23 = 327 °C 3. CEM mesuré : E = 41 × 327 = 13 407 μV ≈ 13,4 mV 4. Correction de jonction froide : e_CJC = 41 × 23 = 943 μV ≈ 0,94 mV 5. Tension de jonction chaude vraie (réf 0 °C) : 13,4 + 0,94 = 14,35 mV Résultat : La sortie du thermocouple est de 13,4 mV ; la correction CJC ajoute 0,94 mV par rapport à 0 °C.

Conseils Pratiques

  • ✓Utilisez le même type de rallonge que le thermocouple (extension de type K avec thermocouple de type K) pour éviter d'introduire des jonctions Seebeck supplémentaires au niveau des connexions.
  • ✓Un amplificateur d'instrumentation INA118 ou AD8495 avec compensation de jonction froide intégrée simplifie considérablement le conditionnement du signal des thermocouples.
  • ✓À des températures supérieures à 1 000 °C, la précision du type K se dégrade en raison de l'oxydation préférentielle de l'aluminium ; les types R ou S (à base de platine) offrent une meilleure précision à haute température.

Erreurs Fréquentes

  • ✗Ignorer la compensation de jonction froide : si le bornier est à 30 °C au lieu de 0 °C, l'erreur dans une mesure de type K est de 30 × 41 = 1230 μV, ce qui équivaut à une erreur de température de 30 °C.
  • ✗Utilisation du mauvais type de thermocouple dans les tableaux de correspondance — Les câbles de type K et de type J se ressemblent ; l'utilisation de l'étalonnage J sur un fil K introduit des erreurs pouvant atteindre 50 °C à des températures élevées.
  • ✗Acheminement du câble d'extension du thermocouple à proximité de conducteurs à courant élevé : les signaux millivolts sont facilement corrompus par le couplage inductif ; utilisez toujours une rallonge de thermocouple blindée torsadée.

Foire Aux Questions

Les thermocouples mesurent la différence de température entre les jonctions chaudes et froides, et non la température absolue. Si la jonction froide (au niveau de la borne d'instrumentation) n'est pas à la température de référence (généralement 0 °C), la lecture inclut une erreur de décalage. Le CJC mesure la température aux bornes et soustrait la contribution de tension correspondante pour récupérer la véritable température de jonction chaude.
Le type K est le thermocouple le plus utilisé couvrant une plage de −200 °C à +1372 °C avec une bonne sensibilité (41 μV/°C) et un coût raisonnable. Le type T est préféré pour les basses températures (−200 °C à +350 °C) en raison de sa meilleure précision et de sa meilleure résistance à l'oxydation dans les environnements humides.
L'approximation linéaire est précise à ±2 à 3 % sur une plage de ±100 °C autour d'un point de référence. Pour des mesures de précision ou de larges plages de température, utilisez les tables polynomiales du NIST (NIST Monograph 175), qui modélisent la non-linéarité à ±0,02 °C.

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