Lorsque vous devez réaliser des mesures précises de thermocouple, il est courant de faire les deux jonctions de référence avec le fil d'alimentation en cuivre au point de glace afin que les câbles de cuivre de chaque jonction puissent être branchés à l'instrument de mesure du champ électromagnétique en raison de la soudure froide. Cette procédure permet d'éviter la génération de champs électromagnétiques thermiques au niveau des bornes de l'instrument de mesure. Les changements de température de la jonction de référence influencent le signal de sortie et les instruments pratiques doivent être fournis avec un moyen d'annuler cette source d'erreur potentielle.
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Méthode de pont électrique
Méthode de réfrigération thermoélectrique
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Figure 1
Le champ électromagnétique généré dépend de la différence de température. Pour effectuer une mesure, la référence doit donc être connue. Ceci est illustré schématiquement sur la Fig. 1 et peut être obtenu en plaçant la jonction de référence dans un bain d'eau glacée à une température constante de 0 °C. Comme les bains de glace sont souvent peu évidents à conserver et peu pratiques, plusieurs méthodes alternatives sont employées.
Techniques de compensation de la soudure froide
Méthode de pont électrique
Cette méthode utilise généralement un circuit de pont électrique avec soudure froide à compensation automatique, comme illustré à la Figure 2. Ce système intègre un élément de résistance sensible à la température (RT), qui se trouve sur une branche du réseau de pont et qui est thermiquement intégré à la soudure froide (T2). Le pont est généralement alimenté par une batterie au mercure ou une source d'alimentation stable en courant continu. La tension de sortie est proportionnelle au déséquilibre créé entre la température de référence équivalente prédéfinie à (T2) et la soudure chaude (T1). Dans ce système, il est possible de choisir une température de référence de 0 °C.
Lorsque la température ambiante entourant la soudure froide (T2) varie, une tension thermiquement générée apparaît et produit une erreur dans le résultat. Toutefois, une tension égale et opposée automatique est introduite en série avec l'erreur thermique. Cela annule l'erreur et maintient la température de soudure de référence équivalente sur une large plage de températures ambiantes avec un degré de précision élevé. En intégrant des fils de cuivre à la soudure froide, le matériau du thermocouple lui-même n'est pas branché à la borne de sortie du dispositif de mesure, éliminant ainsi les erreurs secondaires.
Méthode de réfrigération thermoélectrique
La chambre de référence thermoélectrique Omega™ TRC Ice Point™ repose sur l'équilibre réel de la glace et de l'eau distillée et désionisée et de la pression atmosphérique pour maintenir plusieurs puits de référence à une température précise de 0 °C. Les puits sont prolongés dans une chambre cylindrique étanche contenant de l'eau distillée, pure et désionisée.
Les parois extérieures de la chambre sont refroidies par des éléments de refroidissement thermoélectriques, ce qui provoque le gel de l'eau dans la cellule afin de produire une référence de soudure froide. L'augmentation du volume produite par la formation d'une enveloppe de glace sur la paroi des cellules est détectée par l'expansion d'un soufflet qui actionne un microrupteur et désactive l'élément de refroidissement. La congélation et la décongélation alternées de l'enveloppe glacée maintiennent avec précision un environnement à 0 °C autour des puits de référence. Un schéma d'application est représenté sur la Fig. 3.
Le fonctionnement entièrement automatique élimine l'attention régulière nécessitée par les bains de glace courants. Les mesures de thermocouple peuvent être effectuées directement à partir des tableaux de référence du point de glace sans apporter de corrections à la température de soudure de référence.
Utilisation d'une chambre de référence
Sonde de thermocouple
Chambre de référence d'étalonnage Ice Point™ mobile
La nouvelle chambre de référence Ice Point™ TRCIII-A est le dernier-né de la gamme d'instruments de référence d'étalonnage d'OMEGA. La chambre de référence Ice Point™ TRCIII-A repose sur l'équilibre de la glace et de l'eau distillée désionisée à la pression atmosphérique pour maintenir six puits de référence à une température précise de 0 °C.
Toute combinaison de thermocouples peut être utilisée avec cet instrument en insérant simplement les soudures de référence dans les puits de référence. Il est également possible de réaliser l'étalonnage d'autres types de capteurs de température à 0 °C. Références de fours chauffés : le type à double four utilise deux fours à température contrôlée pour simuler les températures de référence des points de glace, comme indiqué sur la Fig. 4. Deux fours sont utilisés à différentes températures pour donner l'équivalent d'une faible température de référence, différente de la température de l'un des fours.
Par exemple, les câbles d'une sonde à thermocouple de type K sont branchés à un four à 150° pour produire une soudure Chromega™-Alomega™ et Alomega-Chromega à 65 °C (2,66 mV chacun).
Schéma de fonctionnement des thermocouples
La tension entre les câbles de sortie du premier four est de deux fois 2,66 mV, soit 5,32 mV. Pour compenser ce niveau de tension, les câbles de sortie (Chromega et Alomega) sont branchés aux câbles en cuivre dans un deuxième four maintenu à 129,7 °C. Il s'agit de la température précise à laquelle le Chromega et les fils de cuivre et le Alomega et les fils de cuivre produisent une tension opposée d'un différentiel de 5,32 mV.
Cette tension annule ainsi le différentiel de 5,32 mV du premier four en laissant 0 mV aux bornes de sortie en cuivre. Il s'agit de la tension équivalente à 0 °C.
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