Thermocouple et rallonges

[samtrops]

Bonjour,

je suis confronté à un problème physique / électrique auquel je ne trouve pas d'explication.

Je travaille sur les équipements de mesure pour l'industrie de production en série et dans un process de chauffage de produits dans un four, je dois mesurer le profil thermique des produits à l'aide de thermocouples NiCrNi (Type K Classe 1).
Pour des raisons d'accessibilité, le logger ne pouvant pas être inséré dans le four (T° trop élevées, espace réduit), je dois prolonger les fils des capteurs à l'aide de rallonges. Encore pour des raisons d'encombrement, les connecteurs (Type 1EC K de RS ou Rössel (AL/CR)) entre les rallonges doivent être supprimés et les fils de capteurs raccordés directement au fil des rallonges. Cependant, que les fils (capteurs/rallonges) soient simplement sertis ensembles ou soudés (à l'étain) je relève un effet d'hystérésis de l'ordre de 5°C dans le ffour d'essai qui n'apparait pas sur les capteurs directement connectés au logger, ni sur les capteurs connectés au logger avec les rallonges équipées des connecteurs précités. Toutes les connections se trouvent encore à l'extérieur du four d'essai, les thermocouples rassemblés dans de la bande adhésive Haute T° (Type Kapton).

Ma question concerne la provenance de cet effet d'hystérésis, jusque là incontournable. Le cable utilisé pour ces rallonges est en acier cuivré à enveloppe de silicone, que ce soit les rallonges avec ou sans connecteurs. Se produit-il un thermocouple au point de raccordement du fait de la probable différence de nature de matériau entre le cable du connecteur et celui de la rallonge? mais dans ce cas pourquoi n'apparaît-il pas avec les connecteurs, qui , même s'il sont constitués des matériaux appropriés pour éviter l'effet Seebeck (CR/AL) sont tout de même raccordés dirrectement aux câbles des rallonges? Si quelqu'un a une explication de ce problème, ou mieux une solution pour les raccordements, j'en serais ravi!

Merci d'avoir lu ce long message!
-----

[gienas]

Bonjour samtrops et tout le groupe

... je suis confronté à un problème physique / électrique auquel je ne trouve pas d'explication.

Je travaille sur les équipements de mesure pour l'industrie de production en série et dans un process de chauffage de produits dans un four, je dois mesurer le profil thermique des produits à l'aide de thermocouples NiCrNi (Type K Classe 1) ...

Je n'ai pas compris toutes les descriptions que tu as faites, mais il me semble que tu "ignores" (tu ne tiens pas compte) des règles élémentaires de l'utilisation des thermocouples, qui imposent d'utiliser du cordon de compensation et des connecteurs adaptés.

Toute jonction créée dans la ligne, c'est un nouveau thermocouple susceptible d'introduire des erreurs.

[samtrops]

Bonjour Sienas, et merci pour votre réponse.

Effectivement, je cherche à passer outre les règles des constructeurs de thermocouples (et sans doute un peu de la physique) pour arriver à mes fins.
J'ai refais un essai dans la matinée en cablant la rallonge du thermocouple avec des fils d'un autre thermocouple qui devraient être en ou à base de) Ni/Al (-) pour l'un et de Ni/Cr (+) pour l'autre. J'ai remplacé les connecteurs "adaptés" par un sertissage des fils, isolé par de la gaine thermo.
Les résultats sont meilleurs, même si bien sûr l'imprécision augmente (dT=4°C). En revanche, si tous mes thermocouples sont câblés de la même facon, les mesures devraient être comparables, ce qui est primordial.
Il semble donc que le matériau de mes câble de rallonge d'origine (achetés c omme rallonge pour thermocouples type K et donc du genre "cordon de compensation") ne soient pas constitués de matériaux adéquats.
Ce que je ne m'esxplique pas, et c'est ma question fondamentale qui est un peu noyée dans mon premier post: Pourquoi le fait de raccorder ce cable de rallonge avec des connecteurs constitués des "bons" matériaux ne produit pas cet effet de thermocouple au jonctions qui semble dans ce cas produire un hystérésis (alors que la température de la jonction reste à température ambiante dans les essais)?
Je ne vois pas la différence entre utiliser des connecteurs et sertir les conducteurs.

[Forhorse]

Tout changement de nature du métal au niveau d'une jonction crée un nouveau thermocouple, ce qui fausse la mesure. Je ne vois pas ce qu'il y a de compliqué à comprendre là dedans.
Il faut utiliser le BON câble de compensation, et les BON connecteurs (constitué du même métal que le thermocouple donc) en respectant bien sûr la polarité.

[A voir en vidéo sur Futura]

[samtrops]

Merci beaucoup pour vos réponses mais la question reste.

Il me semble avoir très bien compris le principe des thermocouples.
Pourquoi y a-t-il une différence entre coupler un câble de compensation avec des connecteurs et coupler ce même câble en le sertissant aux conducteurs du thermocouple (polarité respectée)?
Il n'y a pour moi pas d'explication, et pour vous non plus me semble-t-il.

[gienas]

... Il faut utiliser le BON câble de compensation, et les BON connecteurs (constitué du même métal que le thermocouple donc) en respectant bien sûr la polarité.

Je pense qu'il n'y a rien à rajouter.

Si quand-même. Tous les thermocouples qui s'ajoutent, comportent, à chaque fois, une partie dite soudure chaude, et une autre, dite soudure froide. J'ai cru "comprendre", dans le contournement volontaire des règles, qu'il y avait une mention de température ambiante. Elle n'a pas de sens. Et puis, il n'a pas été question, non plus, de compensation de soudure froide, obligatoire, si l'on veut afficher des températures "vraies" et non pas seulement des différences.

Pour ne plus avoir du tout de problème de jonction ni de câble de compensation, il "suffit" d'utiliser, d'un bout à l'autre, un fil de thermocouple ininterrompu. La soudure à la mesure, et la compensation de soudure froide à l'autre, ou l'instrument, si c'est lui qui réalise la compensation.

Le cordon de compensation, dont les matériaux sont adaptés à chaque type de thermocouple, est supposé être moins onéreux que le câble de thermocouple. Il n'est pas forcément constitué des mêmes matériaux, mais choisi, par sa structure atomique, pour ne pas introduire d'erreur. Encore faut-il que toutes les jonctions créées soient homogènes en température, car l'effet thermoélectronique n'est jamais loin.

Si c'est pour des motifs économiques que la transgression a été tentée, je pense que tout le crédit accumulé a été dilapidé.

[Forhorse]

Pourquoi y a-t-il une différence entre coupler un câble de compensation avec des connecteurs et coupler ce même câble en le sertissant aux conducteurs du thermocouple (polarité respectée)?

Faut-il encore savoir comment et avec quoi ont été serti les conducteurs...

[samtrops]

Merci pour votre intérêt à mon problème.

Je viens de trouver la solution qui ne réside pas dans le matériel lui-même mais dans le câblage. L'électricien qui a serti les conducteurs, bien qu'il m'ait affirmé le contraire, a inversé la polarité du câble de compensation et "corrigé" le problème en inversant les connecteurs.
Ce qui m'a mis la puce à l'oreille c'est que sur l'enregistrement de la T°, juste avant la mise au four, la température mesurée descendait à 6°C, probablement du fait de l'augmentation de température des jonctions capteur/câble de compensation.
J'ai ouvert un connecteur et ai découvert la supercherie...

Les conducteurs sont sertis ensemble à l'aide d'un appareil qui fait tourner le cable le plus souple autour du plus rigide, sans apport de matériau extérieur.

Sur la question des températures de soudure froide et de soudure chaude, il me semble qu'il s'agissent là de constantes reliées directement au matériaux en présence. Dans ce cas, la correction est identique pour tous mes capteurs et est préenregistrée dans le logger.

@Genias:
que veux-tu dire par température de jonction homogène? Y-a-t-il une possibilité que la T° de jonction ne soit pas homogène en dehors du cas ou une tension est appliquée? si la jonction présente une résistance???

Les capteurs sont en train d'être ressertis de la bonne manière et je lance ensuite un test pour comparer les mesures de mes 10 capteurs "rallongés" avec 2 autres capteurs du même type, l'un rallongé de facon classique (avec cable de compensation et connecteurs) et l'autre sans rallonge, connecté directement.
D'après moi cela devrait fonctionner: Avez-vous un autre prognostic?

Je prends les paris:
avec ces thermocouples type K +/- 1,5°C de précision (certifiés, et vendus certifiés seulement avec un longueur de câble d'1m requis par le client Bosch) et le logger +/-0,8°C de précision (calibré) je table sur une différence maximale de 3°C avec mes rallonges d'1,5m (2m de cable en tout par capteurs).
qui dit mieux, qui dit pire?

[Forhorse]

Comme quoi il y avait bien un (des) thermocouples parasites !

[samtrops]

Comme quoi il y avait bien un (des) thermocouples parasites !

Exactement mais ils étaient cachés...