Thermocouple à pince

Un thermocouple à pince mesure la température d’une surface de machine ou d’un point percé en maintenant une sonde à ressort contre elle. La soudure de mesure se trouve dans un petit embout, et le corps qui la porte est une pince rotative à ressort allongé, si bien que la profondeur de pénétration se règle au point de mesure plutôt que de dépendre de la longueur de la sonde. Sur une presse d’injection, une extrudeuse, un moule ou une bande chauffante, c’est là la différence qui compte : la sonde doit être pressée dans une buse, un fourreau ou une bande, dans un espace qui ne permet ni un montage fileté ni l’accès d’une clé.

La version présentée ici est le type K en standard, avec le type E et un élément résistif PT100 proposés dans le même corps. Le type K couvre 0 à 800 °C, le type E 0 à 400 °C et le PT100 -200 à 450 °C. La tête filetée est en acier inoxydable M12×1,5 et se dévisse, laissant une sonde à pince simple là où il n’y a pas de bossage fileté. Le câble est une tresse d’acier inoxydable sur un câble blindé haute température, en longueurs de 1 à 5 m, et l’embout est en fer.

La soudure est soudée plutôt que torsadée. Le document fourni y insiste : les deux conducteurs sont réunis dans l’embout par soudage à l’arc sous argon et isolés par un tube en céramique haute fréquence, ce qui n’est pas la pratique courante qui consiste à torsader les conducteurs, et c’est cette différence qui apparaît en stabilité en haut de la plage.

Comment fonctionne un thermocouple

Un thermocouple produit une tension plutôt qu’une résistance. Deux métaux dissemblables réunis en un point génèrent une faible différence de potentiel lorsque cette soudure se trouve à une température différente de l’autre extrémité des fils, et la tension se compte en quelques dizaines de microvolts par degré. Rien n’est injecté dans le capteur pour qu’il fonctionne, ce qui explique qu’un thermocouple convienne au haut de l’échelle des températures là où un élément résistif dériverait, et qu’il puisse être très petit.

Ce même principe fixe les contraintes. La tension étant produite entre la soudure de mesure et les bornes où arrivent les fils, la température de ces bornes fait partie de la mesure : l’instrument doit connaître la température des bornes et la compenser. Cela signifie aussi que le circuit doit être réalisé du début à la fin avec le fil de thermocouple approprié. Chaque point où le fil de thermocouple rencontre un conducteur de cuivre constitue lui-même une soudure de thermocouple, qui n’est pas à la température des bornes et qui ajoute une erreur au lieu d’ajouter une connexion.

Les deux formes de soudure du document fourni découlent de la construction de l’embout. Dans une soudure mise à la terre, la soudure est aussi en contact électrique avec la gaine, la chaleur y parvient vite et la réponse est rapide, mais le circuit de mesure est relié à tout ce que touche la gaine. Dans une soudure isolée, la soudure reste isolée dans l’embout, ce qui sépare le circuit au prix d’une réponse plus lente. Le document propose les deux sans indiquer de temps de réponse, si bien que le choix se fait selon l’installation plutôt que selon une valeur publiée.

Deux autres propriétés pratiques viennent de la construction. La tresse qui enveloppe le câble est à la fois une protection mécanique et un blindage, ce qui compte sur une machine portant variateurs et chauffages, où un signal en millivolts dépourvu de blindage capterait des perturbations. Et cette tresse est en acier inoxydable tandis que l’embout est en fer, si bien que la sonde supporte le contact avec la machine sans que le câble raidisse et devienne cassant comme le ferait un câble polymère près d’une bande chaude.

Comment choisir le thermocouple à pince

Commencez par la température et par l’instrument. Le type suit la plage de mesure : type K jusqu’à 800 °C, type E jusqu’à 400 °C, ou la variante PT100 lorsqu’un élément résistif convient mieux à l’instrument. À partir de là la décision est forcée, car le capteur doit correspondre au type d’entrée de l’instrument de température auquel il se raccorde ; un PT100 sur une entrée type K donne un affichage plausible et faux, et le document fourni le signale précisément.

Puis la fixation. Là où la machine présente un bossage fileté au point de mesure, la tête M12×1,5 en acier inoxydable s’y visse et le ressort règle l’effort de contact. Sinon la tête est dévissée et la sonde est pincée directement. Le siège de pince mesure 11,5 mm intérieur et 13 mm extérieur pour 18 mm de hauteur, et les versions 12 mm et 14 mm sont réalisées sur commande, si bien que le siège doit correspondre au bossage ou à l’alésage où il se loge.

Puis la forme de soudure, mise à la terre ou isolée, pour les raisons ci-dessus : la rapidité contre l’isolement.

Puis le câble. La gamme standard va de 1 à 5 m, avec 1 m, 5 m et 7 m nommés comme longueurs usuelles, et d’autres longueurs sur commande. Un trajet plus long que la gamme standard suppose une extension, et une extension doit être faite du même fil de thermocouple avec des connecteurs assortis ; le document fourni ne les spécifie pas. Là où le câble passe près d’une surface chaude ou le long d’un axe mobile, la tresse est ce qui le protège, et le rayon de courbure minimal pour cela n’est pas indiqué.

Enfin les extrémités. Les cosses à fourche sont standard, rouge à la borne positive et bleue à la borne négative. Là où la borne de l’instrument n’accepte pas une cosse à fourche, des cosses à broche peuvent être réalisées sur commande.

Limites et points à confirmer

Le capteur ne constitue pas à lui seul un instrument de mesure traçable. Le document fourni n’indique ni classe d’exactitude ni tolérance pour le thermocouple, et aucun temps de réponse, si bien que cette page donne les plages mais pas d’incertitude de mesure. Là où un relevé doit être défendable, le thermocouple doit être associé à un transmetteur ou à un instrument dont l’exactitude est connue et, idéalement, vérifiée contre un étalon.

Le câble est une limite que l’on oublie facilement. Une sonde annoncée à 800 °C à l’embout ne veut pas dire que le câble supporte 800 °C, et le document fourni n’indique la tenue en température ni du câble ni de l’isolant. Le point de mesure et le trajet du câble doivent donc être examinés séparément.

Plusieurs propriétés nommées dans le document ne sont pas chiffrées. La sonde est décrite comme pouvant se cintrer et supporter une pression élevée, mais aucun rayon de courbure minimal et aucune valeur de pression ne sont donnés, si bien que ni l’un ni l’autre n’est publié ici. Le document donne aussi une gamme standard de câble de 1 à 5 m puis compte 7 m parmi les longueurs usuelles, ce qui sort de cette gamme telle qu’elle est annoncée.

Enfin l’identification reste ouverte. Le document fourni place le type de thermocouple dans le champ de désignation plutôt que sous une référence produit, et un type est commun à tous les fournisseurs de ce thermocouple, si bien qu’il n’est pas utilisé ici comme identifiant. Une commande doit indiquer le type, la forme de soudure, la longueur du câble, les extrémités et les dimensions du siège de pince.