Les thermocouples sont des capteurs de température fabriqués à partir de deux métaux différents. Une tension est générée lorsque les métaux sont réunis pour former une jonction et qu'il existe des différences de température entre eux. Les circuits de thermocouples sont régis par des lois physiques fondamentales qui affectent leur capacité à prendre des mesures.

L'effet Seebeck

Un physicien allemand devenu physicien nommé Thomas Johann Seebeck a pris deux métaux différents, dont un à un niveau plus élevé. température que l'autre, et fait un circuit en série en les joignant ensemble pour former une jonction. Il a découvert que, ce faisant, il était capable de générer une force électromotrice (fem). Les Emfs sont des tensions. Seebeck a constaté que plus les différences de température entre les métaux sont importantes, plus la tension générée est élevée, quelles que soient leurs formes. Sa découverte s'appelle l'effet Seebeck, et c'est la base de tous les thermocouples.

Seebeck, H.G. Magnus et A.C. Becquerel ont proposé les règles empiriques des circuits thermoélectriques. Lord Kelvin a expliqué leur base thermodynamique, et W.F. Roesser les a compilés dans un ensemble de trois lois fondamentales. Ils ont tous été vérifiés expérimentalement.

La deuxième loi est parfois divisée en trois parties par les chercheurs modernes, pour donner un nombre total de cinq, mais Roesser sont toujours la norme.

Loi des matériaux homogènes

Cela a été à l'origine connu comme la loi des métaux homogènes. Un fil homogène est celui qui est physiquement et chimiquement le même partout. Cette loi stipule qu'un circuit de thermocouple qui est fait avec un fil homogène ne peut pas générer une force électromotrice, même si elle est à des températures et des épaisseurs différentes. En d'autres termes, un thermocouple doit être fabriqué à partir d'au moins deux matériaux différents afin de générer une tension. Un changement dans la section de la section d'un fil, ou un changement de la température à différents endroits dans le fil, ne produira pas de tension.

Loi des matériaux intermédiaires

C'était à l'origine connu sous le nom de la loi des métaux intermédiaires. La somme de tous les emfs dans un circuit de thermocouple utilisant deux ou plusieurs métaux différents est nulle si le circuit est à la même température.

Cette loi est interprétée comme signifiant que l'addition de différents métaux à un circuit n'affecte pas la tension créée par le circuit. Les jonctions ajoutées doivent être à la même température que les jonctions dans le circuit. Par exemple, un troisième métal tel que des fils de cuivre peut être ajouté pour aider à prendre une mesure. C'est pourquoi les thermocouples peuvent être utilisés avec des multimètres numériques ou d'autres composants électriques. C'est aussi pourquoi la soudure peut être utilisée pour joindre des métaux pour former des thermocouples.

Loi des températures successives ou intermédiaires

Un thermocouple fait de deux métaux différents produit une fem, E1, quand les métaux sont à différentes températures, T1 et T2, respectivement. Supposons que l'un des métaux a un changement de température à T3, mais l'autre reste à T2. Alors la fem créée quand le thermocouple est à la température T1 et T3 sera la sommation du premier et du second, de sorte que Enew = E1 + E2.

Cette loi permet à un thermocouple calibré avec une température de référence de être utilisé avec une autre température de référence. Il permet également d'ajouter au circuit des fils supplémentaires ayant les mêmes caractéristiques thermoélectriques sans affecter sa force électromotrice totale.