Fonctionnement du calculateur de thermocouple
Un thermocouple produit une tension qui dépend de la différence de température entre sa jonction de mesure (soudure chaude) et le point où ses fils rejoignent le cuivre : la jonction de référence, ou soudure froide. La relation tension–température de chaque type normalisé est définie par les fonctions de référence NIST ITS-90, publiées dans la NIST Monograph 175 et reprises par IEC 60584-1. Ce sont des polynômes de la température, avec un terme exponentiel supplémentaire pour le type K au-dessus de 0 °C.
Le calculateur évalue directement ces fonctions de référence. Pour le sens inverse, de la tension vers la température, il inverse numériquement les mêmes fonctions. Le NIST publie aussi des polynômes inverses distincts, mais ils n’approchent les fonctions directes qu’à quelques centièmes de degré. Inverser la fonction directe évite cette petite erreur supplémentaire : convertir une température en millivolts puis revenir redonne la même température à mieux que 0,001 °C, pour chaque type et sur toute sa plage.
Compensation de soudure froide, étape par étape
Toutes les tables de thermocouples sont référencées à 0 °C. Votre appareil, lui, voit la tension entre la jonction chaude et ses propres bornes, généralement proches de la température ambiante. La bonne compensation se fait en tensions, pas en températures :
- Lire dans la table la f.é.m. correspondant à la température de soudure froide : E(Tsf).
- L’ajouter à la tension mesurée : E(Tchaude) = Emesurée + E(Tsf).
- Reconvertir ce total en température.
Exemple, type K. La jonction chaude est à 500 °C et les bornes à 25 °C. La f.é.m. référencée à 0 °C vaut 20,644 mV à 500 °C et 1,000 mV à 25 °C ; l’appareil lit donc 19,644 mV. Saisissez 19,644 mV avec une soudure froide à 25 °C et le calculateur renvoie 500 °C.
Si l’on cherche directement 19,644 mV dans une table de type K, on obtient 476,5 °C : une erreur de près de 24 °C. Ajouter 25 °C à ce résultat donne 501,5 °C, proche mais toujours faux, car la sensibilité du thermocouple n’est pas la même à 25 °C (40,5 µV/°C) qu’à 500 °C (42,6 µV/°C). Pour d’autres types l’écart est plus grand : pour le type J, calculer 300 °C de cette façon donne environ 2 °C d’erreur.
Choisir un type de thermocouple
| Type | Plage couverte par les tables | Usage typique |
|---|---|---|
| K | −270 à 1372 °C | Usage général, le plus répandu dans l’industrie |
| J | −210 à 1200 °C | Équipements anciens, atmosphères réductrices ; le fil de fer s’oxyde à l’air à haute température |
| T | −270 à 400 °C | Basses températures, agroalimentaire et laboratoire, bonne précision près de l’ambiante |
| E | −270 à 1000 °C | Plus forte tension par degré parmi les types en métaux communs |
| N | −270 à 1300 °C | Plus stable que le K à haute température |
| R, S | −50 à 1768 °C | Types platine pour hautes températures et mesures de référence ; faible tension |
Les plages du tableau sont celles des fonctions de référence. La plage utilisable d’un thermocouple réel est plus étroite et dépend du diamètre du fil, de la gaine et de l’atmosphère ; consultez la fiche technique de la sonde.
Classes de tolérance
IEC 60584-1 définit des classes de tolérance pour le fil de thermocouple. Pour le type K, la classe 1 vaut ±1,5 °C ou ±0,4 % de la température, la plus grande des deux, de −40 à 1000 °C ; la classe 2 vaut ±2,5 °C ou ±0,75 %. À 500 °C, cela donne ±2,0 °C et ±3,75 °C. Le calculateur affiche les deux classes pour le type et la température choisis, ou « hors plage » là où la classe n’est pas définie.
La table de f.é.m.
Le tableau sous le convertisseur liste la f.é.m. et la sensibilité (coefficient Seebeck) pour toute plage et tout pas, en °C ou en °F. Des tables de référence complètes avec téléchargement CSV existent pour les types K, J, T, E, N, R et S.
Erreurs fréquentes
Additionner des températures au lieu de tensions pour la compensation de soudure froide, comme montré plus haut.
Prolonger un thermocouple avec du fil de cuivre. Toute jonction de métaux différents est un thermocouple. Les prolongations doivent utiliser un câble d’extension ou de compensation adapté, sinon le point de raccordement devient une nouvelle soudure froide à température inconnue.
Polarité inversée. Une paire inversée, ou un câble d’extension inversé, soustrait au lieu d’ajouter ; l’erreur vaut environ deux fois la différence de température sur la section inversée.
Confondre les types. Beaucoup d’instruments sont réglés en type K par défaut. Une sonde de type J lue comme un type K donne un résultat faux sans avertissement évident.
Questions fréquentes
Pourquoi mon appareil affiche-t-il une petite tension quand la sonde est à température ambiante ?
Il ne devrait pas si les jonctions chaude et froide sont à la même température ; la tension dépend de la différence de température. Quelques microvolts peuvent provenir d’offsets et de gradients thermiques aux bornes.
Puis-je utiliser ce calculateur avec une référence au point de glace à 0 °C ?
Oui. Réglez la soudure froide à 0 et la lecture de l’appareil est égale à la f.é.m. de la table.
Quelle est la précision des fonctions de référence ?
Les fonctions sont la norme elle-même ; elles définissent les valeurs des tables. L’incertitude d’une mesure réelle provient de la classe de tolérance du thermocouple, de sa dérive, du câble d’extension et de l’instrument.
Le calculateur gère-t-il les °F ?
Oui. Basculez °C/°F en haut de la page ; les champs de température, les tableaux et les sensibilités sont convertis automatiquement.