Il existe de nombreux appareils et mécanismes différents qui vous permettent de mesurer la température. Certains d'entre eux sont utilisés dans la vie quotidienne, certains - pour diverses recherches physiques, dans les processus de production et d'autres industries.
L'un de ces appareils est un thermocouple. Nous examinerons le principe de fonctionnement et le schéma de cet appareil dans les sections suivantes.
Base physique du fonctionnement du thermocouple
Le principe de fonctionnement d'un thermocouple est basé sur des processus physiques ordinaires. Pour la première fois, l'effet sur lequel fonctionne cet appareil a été étudié par le scientifique allemand Thomas Seebeck.
L'essence du phénomène sur lequel repose le principe de fonctionnement d'un thermocouple est la suivante. Dans un circuit électrique fermé, composé de deux conducteurs de types différents, lorsqu'il est exposé à une certaine température ambiante, de l'électricité se produit.
Le flux électrique résultant et la température ambiante agissant sur les conducteurs sont dans une relation linéaire. Autrement dit, plus la température est élevée, plus le courant électrique produit par le thermocouple est important. Sur lec'est le principe de fonctionnement du thermocouple et du thermomètre à résistance.
Dans ce cas, un contact thermocouple est situé à l'endroit où il faut mesurer la température, il est dit "chaud". Le deuxième contact, en d'autres termes - "froid", - dans la direction opposée. L'utilisation de thermocouples pour la mesure n'est autorisée que lorsque la température de l'air dans la pièce est inférieure à celle du lieu de mesure.
Ceci est un bref schéma du fonctionnement d'un thermocouple, le principe de fonctionnement. Les types de thermocouples seront abordés dans la section suivante.
Types de thermocouples
Dans toutes les industries où des mesures de température sont nécessaires, le thermocouple est l'application principale. Le dispositif et le principe de fonctionnement des différents types de cet appareil sont indiqués ci-dessous.
Thermocouples chrome-aluminium
Ces circuits thermocouples sont utilisés dans la plupart des cas pour la production de divers capteurs et sondes qui permettent de contrôler la température dans la production industrielle.
Leurs caractéristiques distinctives incluent un prix assez bas et une vaste gamme de températures mesurées. Ils vous permettent de fixer la température de -200 à +13000 degrés Celsius.
Il est déconseillé d'utiliser des thermocouples avec des alliages similaires dans les magasins et les installations à forte teneur en soufre dans l'air, car cet élément chimique affecte négativement le chrome et l'aluminium, provoquant des dysfonctionnements de l'appareil.
Thermocouples Chromel-Kopel
Le principe de fonctionnement d'un thermocouple, dont le groupe de contact est constitué de ces alliages, est le même. Mais ces dispositifs fonctionnent principalement en milieu liquide ou gazeux, qui a des propriétés neutres et non agressives. L'indice de température supérieur ne dépasse pas +8000 degrés Celsius.
Un thermocouple similaire est utilisé, dont le principe permet de l'utiliser pour déterminer le degré de chauffage de toutes les surfaces, par exemple, pour déterminer la température des fours à foyer ouvert ou d'autres structures similaires.
Thermocouples fer-constantan
Cette combinaison de contacts dans un thermocouple n'est pas aussi courante que la première des variétés considérées. Le principe de fonctionnement d'un thermocouple est le même, mais cette combinaison s'est bien révélée dans une atmosphère raréfiée. Le niveau maximum de la température mesurée ne doit pas dépasser +12500 degrés Celsius.
Cependant, si la température commence à monter au-dessus de +7 000 degrés, il existe un risque de violation de la précision des mesures en raison de modifications des propriétés physiques et chimiques du fer. Il existe même des cas de corrosion du contact fer du thermocouple en présence de vapeur d'eau dans l'air ambiant.
Thermocouples platine-rhodium-platine
Le thermocouple le plus cher à fabriquer. Le principe de fonctionnement est le même, mais il diffère de ses homologues par des lectures de température très stables et fiables. A une sensibilité réduite.
L'application principale de ces appareils est la mesure de hautes températures.
Thermocouples tungstène-rhénium
Également utilisé pour mesurer les températures ultra-élevées. La limite maximale qui peut être fixée à l'aide de ce schéma atteint 25 000 degrés Celsius.
Leur application nécessite le respect de certaines conditions. Ainsi, lors du processus de mesure de la température, il est nécessaire d'éliminer complètement l'atmosphère environnante, ce qui a un effet négatif sur les contacts en raison du processus d'oxydation.
Pour cela, les thermocouples tungstène-rhénium sont généralement placés dans des enveloppes de protection remplies d'un gaz inerte pour protéger leurs éléments.
Ci-dessus, chaque thermocouple, dispositif existant, son principe de fonctionnement, en fonction des alliages utilisés, ont été considérés. Considérez maintenant quelques caractéristiques de conception.
Conceptions de thermocouples
Il existe deux principaux types de modèles de thermocouples.
- Avec une couche isolante. Cette conception du thermocouple permet d'isoler la couche de travail du dispositif du courant électrique. Cette disposition permet d'utiliser le thermocouple dans le processus sans isoler l'entrée de la terre.
- Sans l'utilisation d'une couche isolante. De tels thermocouples ne peuvent être connectés qu'à des circuits de mesure dont les entrées n'ont pas de contact avec la terre. Si cette condition n'est pas remplie, l'appareil développera deux circuits fermés indépendants, ce qui entraînera des lectures de thermocouple invalides.
Thermocouple mobile et son application
Il y a un autreune sorte de cet appareil, appelé "en cours d'exécution". Nous allons maintenant examiner plus en détail le principe de fonctionnement d'un thermocouple en marche.
Cette conception est principalement utilisée pour détecter la température d'une billette d'acier lors de son traitement sur des machines de tournage, de fraisage et autres machines similaires.
Il convient de noter que dans ce cas, il est également possible d'utiliser un thermocouple conventionnel, cependant, si le processus de fabrication nécessite une précision de température élevée, il est difficile de surestimer le thermocouple en marche.
Lors de l'application de cette méthode, ses éléments de contact sont soudés à l'avance dans la pièce. Ensuite, lors du traitement de l'ébauche, ces contacts sont constamment exposés à l'action d'un cutter ou d'un autre outil de travail de la machine, à la suite de quoi la jonction (qui est l'élément principal lors de la prise de température) semble «fonctionner” le long des contacts.
Cet effet est largement utilisé dans l'industrie métallurgique.
Caractéristiques technologiques des modèles de thermocouples
Lors de la fabrication d'un circuit de thermocouple fonctionnel, deux contacts métalliques sont soudés, qui, comme vous le savez, sont constitués de matériaux différents. La jonction s'appelle une jonction.
Il convient de noter qu'il n'est pas nécessaire d'effectuer cette connexion par soudure. Torsadez simplement deux contacts ensemble. Mais une telle méthode de production n'aura pas un niveau de fiabilité suffisant et peut également donner des erreurs lors de la prise de température.
Si vous avez besoin de mesurer hauttempératures, le brasage des métaux est remplacé par leur soudage. Cela est dû au fait que dans la plupart des cas, la soudure utilisée dans la connexion a un point de fusion bas et se décompose lorsqu'il est dépassé.
Les circuits qui ont été soudés peuvent supporter une plage de température plus large. Mais ce mode de connexion a aussi ses inconvénients. La structure interne du métal lorsqu'il est exposé à des températures élevées pendant le processus de soudage peut changer, ce qui affectera la qualité des données obtenues.
De plus, l'état des contacts du thermocouple doit être surveillé pendant son fonctionnement. Ainsi, il est possible de modifier les caractéristiques des métaux dans le circuit en raison de l'impact d'un environnement agressif. L'oxydation ou l'interdiffusion des matériaux peut se produire. Dans une telle situation, le circuit de fonctionnement du thermocouple doit être remplacé.
Types de jonctions de thermocouples
L'industrie moderne produit plusieurs modèles qui sont utilisés dans la fabrication de thermocouples:
- jonction ouverte;
- avec jonction isolée;
- avec jonction mise à la terre.
Une caractéristique des thermocouples à jonction ouverte est leur faible résistance aux influences extérieures.
Les deux types de conception suivants peuvent être utilisés lors de la mesure de températures dans des environnements agressifs qui ont un effet dévastateur sur la paire de contacts.
En outre, l'industrie maîtrise actuellement des schémas de production de thermocouples utilisant des technologies de semi-conducteurs.
Erreur de mesure
L'exactitude des lectures de température obtenues à l'aide d'un thermocouple dépend du matériau du groupe de contact, ainsi que de facteurs externes. Ces derniers incluent la pression, le fond de rayonnement ou d'autres raisons pouvant affecter les paramètres physico-chimiques des métaux à partir desquels les contacts sont établis.
L'erreur de mesure comprend les éléments suivants:
- erreur aléatoire causée par le processus de fabrication du thermocouple;
- erreur causée par la violation du régime de température du contact "froid";
- erreur causée par une interférence externe;
- erreur de l'équipement de contrôle.
Les avantages des thermocouples
Les avantages de l'utilisation de ces dispositifs de contrôle de la température, quelle que soit l'application, incluent:
- large gamme d'indicateurs pouvant être enregistrés à l'aide d'un thermocouple;
- La jonction du thermocouple, directement impliquée dans la prise de mesures, peut être placée en contact direct avec le point de mesure;
- Les thermocouples sont faciles à fabriquer, durables et durables.
Inconvénients de mesurer la température avec un thermocouple
Les inconvénients de l'utilisation d'un thermocouple incluent:
- La nécessité d'une surveillance constante de la température du contact "froid" du thermocouple. C'est un signe distinctifcaractéristique de conception des instruments de mesure, qui sont basés sur un thermocouple. Le principe de fonctionnement de ce régime restreint le champ de son application. Ils ne peuvent être utilisés que si la température ambiante est inférieure à la température au point de mesure.
- Violation de la structure interne des métaux utilisés dans la fabrication des thermocouples. Le fait est qu'en raison de l'exposition à l'environnement extérieur, les contacts perdent leur uniformité, ce qui provoque des erreurs dans les indicateurs de température obtenus.
- Pendant le processus de mesure, le groupe de contact du thermocouple est généralement exposé à l'influence négative de l'environnement, ce qui provoque des perturbations dans le processus. Cela nécessite à nouveau de sceller les contacts, ce qui entraîne des coûts de maintenance supplémentaires pour ces capteurs.
- Il existe un risque d'exposition aux ondes électromagnétiques sur un thermocouple dont la conception prévoit un groupe de contact long. Cela peut également affecter les résultats de mesure.
- Dans certains cas, il y a une violation de la relation linéaire entre le courant électrique qui se produit dans le thermocouple et la température au site de mesure. Cette situation nécessite l'étalonnage de l'équipement de contrôle.
Conclusion
Malgré ses défauts, la méthode de mesure de la température à l'aide de thermocouples, qui a été inventée et testée pour la première fois au XIXe siècle, a trouvé sa large application dans toutes les branches de l'industrie moderne.
De plus, il existe des applications où l'utilisation de thermocouplesest le seul moyen d'obtenir des données de température. Et après avoir lu ce matériel, vous avez parfaitement compris les principes de base de leur travail.
