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Matériel et produits pour industrie
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Outillage industriel
Produits pour industrie

Matériel et produits pour industrie

En milieu industriel on entend souvent dire que les thermocouples ont un inconvénient très génant c'est qu'ils dérivent, ce qui implique un réétalonnage fréquent. Qu'en est-il réellement?


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Comme le montre les figures et tableaux ci-dessus en milieu industriel un thermocouple est souvent intéressant en tant que capteur de température parce qu'il fonctionne sur une large gamme de température et le couple platine-platine rhodié sera une solution pratique dès lors qu'on veut gérer des températures supérieures à quelques centaines de degré. Dans ce cas le couple fait partie d'une canne thermométrique permettant une fixation rigide sur la paroi du four (ou du réacteur) dont on veut connaitre la température. Pour des raisons tant pratique qu'économique cette canne est de longueur généralement limitée à quelques dizaines de centimètres tout au plus.

Dès que la température atteint quelques centaines de degré on assiste à un phénomène bien connu de diffusion des atomes d'un métal du couple vers l'autre, diffusion qui sera d'autant plus favorisée que, d'une part, la température est élevée et que, d'autre part, les deux métaux sont susceptibles de former des solutions solides, c'est à dire que l'on a affaire à des atomes qui peuvent aisément se substituer l'un à l'autre dans le réseau cristallin. Ainsi dans le couple platine-platine rhodié il est clair que les atomes de rhodium vont aisément diffuser du côté platine pur. Tant que ce phénomène d'interdiffusion restelocalisé à proximité de la soudure chaude dans une zone dont la température reste identique à celle de la soudure chaude ce phénomène n'a pas de conséquence pratique, puisque la zone concernée n'est alors pas le siège d'un effet Seebeck parasite. Mais si la canne thermométrique est relativement courte, il est alors clair qu'elle va être soumise à un important gradient de température puisque la paroi extérieure du four est à température sensiblement différente de l'intérieur et dans ce cas il devient possible et même probable que la zone où l'interdiffusion a pris naissance ne se trouve plus à une température homogène et dans ce cas un effet Seebeck d'amplitude inconnue va s'ajouter (ou se retrancher) à celui du thermocouple parfait provoquant donc une erreur sur la lecture de la température. 

Précisons que ces phénomènes d'interdiffusion sont lents mais qu'ils prennent naissance dès des températures relativement basses: ainsi dans un échantillon d'alliage Au/Ni initialement homogène le rédacteur de ce site a pu mettre en évidence un tel phénomène dès 120°C et lors d'une étude de très longue durée (3 ans) il a pu constater le déplacement par gravité de l'ensemble des atomes d'or vers le bas à tel point que le matériau s'est retrouvé constitué de deux couches superposées d'or et de nickel quasiment purs (la densité de l'or est un peu plus de deux fois plus élevée que celle du nickel).

Dans ce cas la seule solution est soit de changer le thermocouple pour un neuf, soit de réétalonner. Mais le réétalonnage (ce qui est un abus de langage dans ce cas) n'est pas une opération aisée. En effet si l'on place la canne thermométrique dans des conditions dites d'étalonnage, c'est à dire dans un environnement à température définie et parfaitement homogène elle ne sera pas le siège d'effet Seebeck parasite et son signal de sortie sera celui d'un couple neuf. Donc ce n'est pas cette procédure d'étalonnage standard qui convient. On doit dans les conditions normales de fonctionnement du four substituer le couple âgé par un couple neuf et corriger l'échelle de lecture de l'enregistreur: pour une température correcte indiquée par le couple neuf on repère la fem générée par le couple âgé et on affecte à cette fem la valeur de température indiquée par le couple neuf. La difficulté pratique de cette substitution est que l'on ne peut avoir simultanément les indications des deux thermocouples puisqu'ils doivent être "substitués" et qu'on ne peut donc jamais être absolument certain d'être dans les deux manips successives rigoureusement dans les mêmes conditions thermiques.

Le conseil que l'on peut donc donner c'est de bien choisir la longueur de la canne thermométrique interne au four, de choisir avec soin son implantation dans le four pour limiter au mieux l'effet des gradients importants à l'intérieur du four. Et de choisir de préférence un thermocouple dont la limite supérieure d'emploi est la plus éloignée possible de la température effective. Ainsi si l'on veut travailler à 800°C on choisira de préférence un thermocouple platine-platine rhodié (limite 1700°C) plutôt qu'un thermocouple chromel-constantan (limite 870°C).

michel.hubin.pagesperso-orange.fr/

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