Un thermocouple est un dispositif utilisé pour convertir la chaleur en énergie électrique. Il mesure la différence de température entre deux points. Les thermocouples sont parmi les capteurs de température les plus utilisés en raison de leur grande disponibilité et de leur coût très faible. Malheureusement, ce ne sont pas les lecteurs de température les plus précis.

L'effet Seebeck

L'effet Seebeck joue un rôle clé dans la fonction d'un thermocouple. Il indique qu'une différence de température entre deux semi-conducteurs métalliques va créer de l'électricité. Lorsque ces semi-conducteurs forment une boucle, un courant électrique est créé. Les thermocouples comptent sur cet effet pour mesurer la température. Lorsqu'un thermocouple est placé entre un gradient de température entre deux semi-conducteurs, il devient une partie du circuit créé par l'effet Seebeck. Cela lui permet de mesurer une tension et de convertir cette tension en un gradient de température lisible en fonction des types de métaux utilisés.

La fonction d'un thermocouple

Lorsqu'un thermocouple mesure un gradient de température, il mesure la différence de température entre deux semi-conducteurs. Cela signifie qu'un thermocouple doit être connecté à un multimètre, ce qui permet à son utilisateur de lire la tension des deux semi-conducteurs impliqués. La différence de température et la tension sont directement liées. Par conséquent, si l'on peut lire la tension qui traverse un circuit, on peut alors calculer la différence de température entre les deux semi-conducteurs. Cette différence de température est obtenue en mesurant la tension; car la tension correspond directement à la différence de température entre les deux jonctions des semi-conducteurs du thermocouple.

Types de thermocouples

Il existe de nombreux types de thermocouples, tous différents dans l'alliage métallique utilisé dans leur sonde . Les thermocouples de type K les plus courants (chromel-alumel) sont très bon marché et offrent une large gamme de températures qu'ils peuvent mesurer. Cependant, le bon marché de ce type montre dans le fait qu'il n'est pas très précis et peut connaître des changements de sensibilité à des températures supérieures à 354 degrés Celsius, qui est le point de Curie pour le nickel, un constituant de Chromel. Les thermocouples de type E (chromel-constantine) ont une sensibilité plus élevée que le type K et sont non magnétiques. Il existe de nombreux autres types de thermocouples, et une liste complète peut être trouvée dans la section Ressources.

Applications

Les thermocouples sont utilisés dans la fabrication de l'acier pour mesurer la température de l'acier afin de pour déterminer la teneur en carbone de l'acier en fonction de sa température de fusion. Ils sont également utilisés dans les veilleuses. Cette application nécessite que la sonde du thermocouple soit dans la veilleuse afin de savoir si la flamme est allumée. Lorsque la flamme est allumée, un courant est généré dans le thermocouple et il lit la chaleur produite par la flamme. Lorsque la flamme est éteinte, les détecteurs électroniques peuvent savoir couper le gaz pour éviter d'éventuelles fuites de gaz.

Lois d'utilisation du thermocouple

Les thermocouples obéissent à trois lois en fonctionnement. Tout d'abord, la loi des matériaux homogènes stipule que les températures non appliquées aux jonctions du thermocouple n'affectent pas la tension produite, car elles ne créent plus de gradient de température. Deuxièmement, la loi des matériaux intermédiaires stipule que les nouveaux matériaux injectés dans le circuit ne changeront pas la tension tant que les jonctions formées par le nouveau matériau ne subissent pas de gradient de température. La loi des températures successives indique que les tensions entre trois jonctions ou plus peuvent être additionnées.