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Descriptions des thermocouples
Annexe C
Le thermoélément négatif, TN ou EN, est un alliage cuivre-nickel connu sous
le nom ambigu de constantan. Le mot constantan se rapporte à une famille
d'alliages cuivre-nickel contenant de 45 à 60 % de cuivre. En général, ces
alliages contiennent également de petits pourcentages de cobalt, de
manganèse et de fer, ainsi que des traces d'impuretés telles que du carbone, du
magnésium, du silicium, etc. Le constantan destiné aux thermocouples de
type T contient généralement environ 55 % de cuivre, 45 % de nickel ainsi
que du cobalt, du fer ou du manganèse en quantité minime, mais importante
au niveau thermoélectrique (environ 0,1 % ou plus). Il convient de souligner
qu'en règle générale, les thermoéléments de type TN (ou EN) ne sont PAS
interchangeables avec ceux de type JN, bien qu'on les désigne tous par le
terme « constantan ». Pour les différencier, on parle souvent de constantan
d' A dams (ou RP1080) à propos des thermoéléments de type TN (ou EN) et
de constantan SAMA pour ceux de type JN.
Les relations thermoélectriques des thermoéléments de types TN et EN sont
les mêmes : les équations et les tableaux de tension et de température pour les
thermoéléments en platine et de type TN s'appliquent aux deux types de
thermoéléments sur la plage de température recommandée pour chaque type
de thermocouple. Cependant, il ne faut pas partir du principe que les
thermoéléments de types TN et EN sont interchangeables ou ont les mêmes
tolérances de calibrage commercial initial.
Les recherches à basse température [8] effectuées par les membres de la
division de cryogénie du NBS montrent que le thermocouple de type T peut
être utilisé jusqu'aux températures de l'hélium liquide (environ 4 °K), mais
que son coefficient Seebeck devient très faible en dessous de 20 °K. À 20 °K,
il n'est que d'environ 5,6 μV/°K, ce qui représente à peu près les deux tiers de
celui du thermocouple de type E. L'homogénéité thermoélectrique de la
plupart des thermoéléments de types P et TN (ou EN) est raisonnablement
bonne. Par contre, les propriétés thermoélectriques des thermoéléments de
type TP varient beaucoup en dessous d'environ 70 °K en fonction des
différences de quantité et de type d'impuretés présentes dans ces matériaux
presque purs. La grande conductivité calorifique des thermoéléments de
type TP peut aussi poser problème dans des applications précises. Pour ces
raisons, les thermocouples de type T ne conviennent généralement pas à une
utilisation en dessous de 20 °K. Parmi les types de thermocouple désignés pas
une lettre, les thermocouples de type E sont recommandés comme étant les
mieux adaptés à une utilisation à basse température, car ils offrent la meilleure
combinaison de propriétés avantageuses.
Les thermocouples de type T sont recommandés par l' A STM [5] pour
utilisation à des températures comprises entre -200 et 370 °C (entre -328 et
698 °F) sous vide ou dans des atmosphères oxydantes, réductrices ou inertes.
La limite supérieure de température suggérée pour une utilisation continue
des thermocouples de type T protégés est de 370 °C (698 °F) pour les
thermoéléments de calibre 14 (1,63 mm
), car les thermoéléments de
type TP s'oxydent rapidement au-dessus de cette température. Cependant, les
propriétés thermoélectriques des thermoéléments de type TP ne sont
apparemment pas très affectées par l'oxydation puisque le NBS [10] a observé
des changements négligeables de tension thermoélectrique pour les
thermoéléments de type P de calibre 12, 18 et 22 pendant un réchauffage de
30 heures à l'air à 500 °C (932 °F).
Publication Rockwell Automation 1769-UM004B-FR-P – Mars 2010
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