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Comment est-ce qu'un thermocouple fonctionne ?


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  • Thermocouples

    La mesure et la commande de la température est l'une des conditions les plus communes de l'instrumentation industrielle et le thermocouple est de loin la sonde de température la plus employée couramment. Ses caractéristiques incluent la bonne exactitude inhérente, la convenance sur une large température ambiante, la réponse thermique rapide, la rugosité, la fiabilité élevée et le bas coût.

    Comment est-ce qu'un thermocouple fonctionne ?

    T.J Seebeck découvert dans le 1820s ce un courant électrique entre dans un circuit fermé de deux métaux différents quand une des deux jonctions est chauffée en ce qui concerne l'autre. Dans un circuit de thermocouple le courant continue à couler tant que les deux jonctions sont aux différentes températures. L'importance et la direction du courant dépend de la différence de la température entre les jonctions et les propriétés des métaux utilisés dans le circuit. Ceci est connu comme effet de Seebeck. Cliquer ici pour voir un exemple du circuit.

    Si le circuit est cassé au centre, la tension nette de circuit ouvert (la tension de Seebeck) est une fonction de la température de jonction et de composition des deux métaux.

    Si les jonctions chaudes et froides sont renversées, le courant entrera dans la direction opposée. Deux métaux différents quelconques peuvent être employés et le circuit de thermocouple produira d'une basse tension produite qui est presque (mais pas exactement) proportionnelle à la différence de la température entre la jonction chaude et la jonction froide. Le rendement de tension est entre 15 et 40µV par degré C, dépendant des métaux de conducteur de thermocouple utilisés. Les métaux réels utilisés dans des thermocouples industriels dépendent de la gamme de mesure d'application et de température exigée.

    Prévision d'échec de thermocouple

    Comme n'importe quel autre objet en métal, les thermocouples sont sujets à l'usage et à la larme de fatigue en métal ; ils ont une vie finie. Beaucoup d'utilisateurs des thermocouples ne se rendent pas compte de la détérioration de thermocouple jusqu'à ce que la sonde se casse, souvent entraînant une interruption chère d'un processus. L'enlèvement d'un thermocouple d'un four quand à la température de fonctionnement peut être difficile et dangereux. En fait le thermocouple, une sonde simple et généralement peu coûteuse, peut causer les lectures imprécises pendant un certain temps avant que toutes les erreurs soient détectées. Les erreurs causent habituellement de basses lectures dues aux fils de thermocouple devenant plus minces.

    Les impuretés induites en manipulant pendant le bidon de fabrication ou d'installation accélèrent la détérioration chimique du thermocouple. Pour des thermocouples de métal non précieux, la détérioration se produit lentement en raison du contact avec l'atmosphère, qui cause alternativement l'oxydation. Pendant que la surface des fils de thermocouple s'oxyde le courant portant la section est réduit. La détérioration de thermocouple en métal Nobel est également bien documentée.

    Dans des « principaux et la méthode de mesure de la température », Thomas D McGee explique que le résultat habituel de la détérioration est la réduction progressive de la tension de Seebeck, souvent prolongée au-dessus de plusieurs semaines et pas fréquemment détectée. Si la tension de Seebeck est basse, la température mesurée sera également basse, ainsi la température de processus réelle sera augmentée pour produire la tension exigée de Seebeck. Le résultat net sera génération excessive de la température avec des dommages résultants au matériel et aux processus. Ceux qui utilisent des thermocouples devraient se rendre compte des possibilités de détérioration lente et de ses conséquences.

    Un contrôleur de température, par exemple, compenserait réellement la perte du thermocouple de puissance thermoélectrique en mettant plus de chaleur dans le processus avec tous coûts d'énergie, environnementaux et de processus d'usine qui seraient encourus. Heureusement, alors que M. Thomas Johann Seebeck expérimentait avec ses fils dans le 1820s, son contemporain et compatriote de camarade, M. Georg Ohm, entreprenait également ses propres expériences. Fortuitement parce qu'en tant que thermocouple les conducteurs deviennent plus minces, leur résistance change comme décrit dans « la mesure pratique de la température » par Peter R.N. Childs.

    « La résistance de boucle d'un thermocouple dépend de sa longueur, type et diamètre du fil de thermocouple, le type de longueur et le diamètre de fils de prolongation, les températures le long du circuit et la résistance de contact à tous les raccordements. Si sur l'installation, et à intervalles réguliers en service, une mesure est faite en cette résistance de boucle, alors un changement de cette valeur peut être employé pour indiquer amincir de fil dû à l'attaque chimique, lâchement ou les raccordements corrodés, la résistance de contact due aux fils cassés mais émouvants ou manoeuvre électrique due à la perte d'isolation à un certain endroit le long du fil. »

    Les mesures régulières de la boucle de thermocouple peuvent indiquer que la sonde devrait être remplacée pour des raisons d'exactitude et peut également être employée pour prévoir son échec complet (coupure de sonde). Pendant que les conducteurs de thermocouple s'oxydent ils deviennent fragiles, les rendant plus susceptibles de la rupture due au recourbement ou à la vibration. Le remplacement des thermocouples pendant une période prévue d'entretien est plus facile et plus de coût effectuant que remplaçant des thermocouples tandis que l'usine fonctionne.





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