Table des Matières
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Descriptions des thermocouples
Annexe C
Des recherches [27] ont montré qu'il est possible d'utiliser les thermocouples
de type S à des températures comprises entre -50 °C (-58 °F) et le point de
fusion du platine. On peut les utiliser de façon intermittente à des
températures allant jusqu'au point de fusion du platine et en continu jusqu'à
environ 1 300 °C (2 372 °F) avec seulement de petits changements de
calibrage. La durée de vie utile des thermocouples lorsqu'ils sont utilisés à des
températures aussi élevées dépend essentiellement des problèmes physiques
liés à la diffusion des impuretés et la croissance des grains, qui entraînent une
défaillance mécanique. Le thermocouple offre sa meilleure fiabilité lorsqu'il
est utilisé dans une atmosphère oxydante non perturbée (à l'air), mais peut
également l'être dans des atmosphères gazeuses inertes ou sous vide pendant
de courtes périodes. Cependant, les thermocouples de type B sont
généralement mieux adaptés à de telles applications au-dessus de 1 200 °C
(2 192 °F). Les thermocouples de type S ne doivent pas être utilisés dans
des atmosphères réductrices ni dans celles qui contiennent des vapeurs
métalliques (telles que plomb ou zinc), des vapeurs non métalliques (telles
qu'arsenic, phosphore ou soufre) ou des oxydes facilement réduits, à moins
qu'ils ne soient protégés par des tubes non métalliques. D'autre part, ils ne
doivent jamais être insérés directement dans un tube protecteur métallique
pour une utilisation à haute température. La stabilité des thermocouples de
type S à haute température (>1 200 °C (>2 192 °F)) dépend essentiellement
de la qualité des matériaux de protection et d'isolation et a fait l'objet d'études
par Walker et coll. [25,26] et par Bentley [29]. Une alumine très pure à faible
teneur en fer semble être le matériau le mieux adapté pour l'isolation, la
protection et le support mécanique des fils de thermocouple.
Les deux thermoéléments des thermocouples de type S sont sensibles à la
contamination par des impuretés. En fait, les thermocouples de type R ont été
développés essentiellement en réponse à la contamination par le fer de certains
fils en alliage platine-10 % rhodium produits au Royaume-Uni. Les effets de
différentes impuretés sur la tension thermoélectrique des thermocouples à base
de platine ont été décrits par Rhys et Taimsalu [35], Cochrane [36] et
Aliotta [37]. La contamination entraîne généralement des changements
négatifs [25,26,29] de tension thermoélectrique des thermocouples dans le
temps, et l'amplitude dépend du type et de la quantité de contaminants
chimiques. Des études [25, 26, 29] ont montré que ces changements sont
dus principalement au thermoélément en platine. La volatilisation du rhodium
du thermoélément positif pour le transport de vapeur de rhodium du
thermoélément positif au thermoélément négatif en platine pur entraîne
également des dérives négatives de la tension thermoélectrique. Bentley [29] a
démontré qu'il est presque possible d'éliminer le transport de vapeur de rhodium
à 1 700 °C (3 092 °F) en utilisant une seule longueur de tube à deux alésages
pour isoler les thermoéléments et de réduire la contamination du thermocouple
par des impuretés transférées de l'isolateur en alumine en traitant l'isolateur
avant utilisation.
McLaren et Murdock [30-33] ainsi que Bentley et Jones [34] ont fait des
recherches approfondies sur les performances des thermocouples de type S à des
températures comprises entre 0 et 1 100 °C (entre 32 et 2 012 °F). Ils ont décrit
comment des effets thermiquement réversibles, tels que les défauts de lacune de
trempe ponctuelle, les contraintes mécaniques et l'oxydation préférentielle du
rhodium dans le thermoélément de type SP, entraînent des irrégularités
chimiques et physiques dans le thermocouple et limitent donc sa précision
dans cette plage. Ils ont souligné l'importance des techniques de recuit.
Publication Rockwell Automation 1769-UM004B-FR-P – Mars 2010
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