BIEN CHOISIR SON THERMOCOUPLE

09 février 2023

Graphique des differents types de Thermocouples

Parmi les nombreux capteurs de mesure de température, le thermocouple est sûrement le produit le plus couramment utilisé, car il offre une bonne précision tout en restant économique.

Étant donné la multitude de variantes, de formes, de tubes de protection, il n’est pas toujours simple de faire un choix par rapport aux produits à utiliser. Avant tout, il convient de se poser les bonnes questions :

Quelle est ma température d’utilisation (les thermocouples peuvent mesurer des températures de -200°C à +1700°C) ?

Quel est l’environnement de mesure (environnement liquide / solide / gazeux, environnement chimiquement agressif, conditions extremes…)?

Quel est le niveau de précision souhaité ?

Quelle place est disponible pour realiser ces mesures?…

Il existe de nombreux types de thermocouples, en fonction des alliages de métaux utilisés, mais 8 types sont majoritairement utilisés en nos ateliers (T, K, N, J, E, R, S, B). Découvrez quel est le bon par rapport à votre besoin.

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 (-)	Usage: aussi bien en atmosphère oxydante que réductrice Sa stabilité à basse température permet d’avoir une meilleure précision. Recommandé pour la très basse température (cryogénie). Température d’utilisation: -200°C à 350°C	Usage: entre -40 à 350°C Très stable pour les applications de mesure de basse température et la cryogénie. Lors d’utilisations en-dessous de 0°C, vérifier la compatibilité de la gaine externe
K	Chromel (+) Alumel (-)	Usage: fiable et précis, il est intensivement utilisé pour des températures jusqu’à 1200°C. En atmosphère réductrice (présence de gaz carbonique): protéger ce thermocouple avec un tube métallique ou en céramique / alumine . En atmosphère oxydante (ex. four électrique, présence d’oxygène), protection non nécessaire. Durée de vie généralement plus longue que le type J, qui va s’oxyder plus rapidement (spécialement à hautes températures) Température d’utilisation: -40°C à 1200°C	Usage: entre -40 et 1200°C . Entre 315°C et 600°C, MESUREX recommande le type J ou N, car une instabilité de la structure des alliages internes causera une dérive de +2°C environ après quelques heures d’utilisation. Très bonne solution pour des environnements nucléaires.
N	Nicrosil (+) Nisil (-)	Usage: principalement à haute température jusqu’à 1250°C. 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. Aucun problème de vieillissement prématuré (comme le type K). Température d’utilisation: -40°C à 1250°C	Usage: entre 0 et 1250°C. Très stable dans le temps sans 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 (-)	Usage: 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, oxydation rapide au-dessus de 540°C. L’utilisation d’un simple conducteur de plus gros diamètre augmentera sa longévité. Température d’utilisation: -40°C à 750°C.	Usage: entre -40 et 750°C . Grande stabilité entre 0 et 538°C par rapport aux types E et K (dérive associée au vieillissement). Thermocouple très économique essentiellement proposé avec une gaine en acier inoxydable.
E	Chromel (+) Constantan (-)	Usage: moins couramment utilisé, mais pourtant un bon choix pour les températures jusqu’à 900°C. 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. Température d’utilisation: -40°C à 800°C	Usage: entre 0 et 900°C. Entre 315 et 600°C , MESUREX recommande néamoins le type J ou N (dérive associée au vieillissement). .
R	Pt 13% Rh (+) Pt (-)	Thermocouples destinés aux températures élevées. Température d’utilisation: Type S ou R de 0 à 1600°C Type B de 600 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 thermocouples, la gaine métallique externe va souvent être un frein à l’utilisation. Produits proposés avec des gaines en Inconel ou platine (très couteux) pour le type S essentiellement. Température d’utilisation: Type S 0 à 1250°C.
S	Pt 10% Rh (+) Pt (-)
B	Pt 30% Rh (+) Pt 6% Rh (-)

Classe de précision : que dit la norme ?

TYPE	Valeur de tolérance
TYPE	Classe 1	Classe 2	Classe 3
T	±0.5 ou 0.004×T	±1 ou 0.0075×T	±1 ou 0.015×T
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
E	-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
J	-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
K	-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
N	-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
R & S	0…1600°C	0…1600°C
B		±1.5 ou 0.0025×T	±4 ou 0.005×T
B		600 à 1700°C	600 à 1700°C

Températures limites des gaines et matériaux de protection.

Le thermocouple va se présenter majoritairement sous 3 formes :
-> Version fils nus avec une protection externe en forme de tube rigide
-> Version chemisée : 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 filaires souples 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 capteur filaire garantit toutes les caractéristiques thermoélectriques du thermocouple sur toute la plage de température.
Câble d’extension : utilisé pour connecter le thermocouple à l’instrument de mesure; ses conducteurs ont les mêmes caractéristiques et propriétés thermoélectriques que 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 chemisées souples avec isolant minéral :

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 températures.
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

800°C

310SS

700°C

920°C

1050°C

446SS

700°C

920°C

1070°C

1100°C

Inconel 600

700°C

920°C

1070°C

1150°C

Versions rigides avec tube de protection externe :

Ces versions 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 utilisée 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 procédés ayant des températures oscillantes d’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 thermocouples 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.