Quels sont les types de câbles thermocouples?

Le fil thermocouple est vendu par une lettre. K, J, T, E, N, R, S et B sont les huit désignations par lettres couramment utilisées dans l'industrie, et chacune est une combinaison publiée de deux métaux différents avec sa propre table de tension, sa propre plage de température et sa propre erreur autorisée. La lettre est la seule chose dont l'instrument a besoin pour convertir les millivolts en température, c'est pourquoi elle est la première ligne de toute spécification.

Ce que la lettre fixe, et ce qu'elle laisse ouvert

La lettre répond à quatre questions à la fois : quels sont les deux alliages à l'intérieur, pour quelle plage de température la combinaison a été caractérisée, quelle est la marge d'erreur autorisée lorsque le fil est neuf, et quelle est la couleur de l'isolation. Ces quatre raisons expliquent l'existence des lettres, car un acheteur dans un pays et un instrument dans un autre peuvent s'accorder sur une lecture sans échanger de tables.

Ce à quoi la lettre ne répond pas, c'est où ce fil peut être utilisé. La plage nominale sur une fiche technique est l'étendue sur laquelle la combinaison se comporte, et ce n'est pas la limite de l'installation. Le calibre du conducteur, l'isolation, la gaine et l'atmosphère retirent tous de la température maximale, et ceux-ci appartiennent à l'acheteur, car la norme n'a rien à dire à leur sujet.

Les huit types de lettres

Quatre des huit sont des paires de métaux de base, construites sur du nickel, du fer et du cuivre, et quatre sont des paires de métaux nobles construites sur du platine et du rhodium. Les deux groupes sont tarifés très différemment et se comportent différemment, et la distinction est la première chose à savoir.

Trois faits concernant ce tableau méritent d'être isolés, car chacun modifie une décision. Le type E a la sortie la plus élevée de tous les types standard, donc un petit changement de température produit un signal plus important et l'instrument a un travail plus facile ; c'est pourquoi on le trouve plus sur les bancs d'essai que sur les travaux de processus généraux. Le type B a la sortie la plus faible des huit, et ses données publiées indiquent qu'il lit la même chose à 0 °C et 42 °C, c'est pourquoi il ne peut pas être utilisé du tout à l'extrémité froide. Et le type K couvre la plus large plage des types de métaux de base, ce qui explique en grande partie pourquoi il est le défaut.

Les paires tungstène-rhénium ne sont pas dans ce tableau à dessein. Les types C et D utilisent respectivement W5Re/W26Re et W3Re/W25Re, et ce ne sont pas des désignations par lettres au même sens : elles sont couvertes par l'ASTM E1751, le guide pour les combinaisons non désignées par lettres, et elles se situent en dehors des tables désignées par lettres. Une spécification qui demande une paire de tungstène est une conversation différente de celle qui demande une lettre.

La plage sur la fiche technique n'est pas la plage en service

Une plage nominale est indiquée pour la paire d'alliages. Les limites supérieures publiées ci-dessous concernent les thermocouples protégés, dans une gaine à extrémité fermée, et elles varient selon le calibre du conducteur. Le même type qui est évalué à 1 250 °C sur papier est évalué à 760 °C dans le calibre le plus fin indiqué.

Une deuxième plage est également importante, et c'est celle qui cause des disputes. Les tables de tolérance ne couvrent pas la plage nominale complète. Selon l'ASTM E230, les limites publiées s'appliquent au type J de 0 à 760 °C, aux types K et N de 0 à 1 260 °C, au type T de 0 à 370 °C, au type E de 0 à 870 °C, aux types R et S de 0 à 1 480 °C, et au type B de 870 à 1 700 °C. En dehors de ces plages, le fil n'est pas acheté selon une limite publiée, quelle que soit la plage nominale indiquée, et les pourcentages s'appliquent aux lectures supérieures à zéro.

Tolérance : deux systèmes, deux ensembles de nombres

L'Europe et l'Amérique du Nord décrivent le même fil dans des langues différentes, et les deux ne sont pas interchangeables sur un bon de commande. L'Amérique du Nord utilise des grades, appelés limites standard et limites spéciales, et cite chacun comme le plus grand d'un nombre fixe de degrés ou d'un pourcentage de la lecture. L'IEC 60584 classe les fils en classes, numérotées 1, 2 et 3, et cite chacune par rapport à une plage de température.

L'expression « le plus grand de » a plus d'importance qu'il n'y paraît. Une lecture de 500 °C sur un fil de type K de qualité standard peut être erronée de±3,75 °C, car 0,75 % de 500 est supérieur au 2,2 °C fixe ; un fil de qualité spéciale au même point peut être erroné de 2,0 °C. En dessous d'environ 293 °C, le chiffre fixe prend le relais et régit à la place. L'erreur à laquelle un acheteur a droit n'est donc pas une constante, et une affirmation d'exactitude qui ne mentionne pas la température n'est pas une affirmation du tout.

Deux autres pièges se cachent dans la comparaison. Le type J est couvert jusqu'à 750 °C selon l'IEC et 760 °C selon l'ASTM, donc une fiche technique rédigée selon une norme et lue par rapport à l'autre semblera erronée de 10 °C. Et les classes IEC sont des plages, donc le même fil de classe 2 porte deux nombres différents selon l'endroit où il est utilisé dans sa plage. Lorsque le fil est cité, la norme doit être nommée à côté de la classe ou du grade, sinon le nombre ne signifie rien.

Le code couleur, et l'erreur qu'il provoque

La couleur de l'isolation est censée identifier le type sans lire l'impression, et les deux normes qui la sous-tendent sont en désaccord. Selon l'ANSI MC96.1 et l'ASTM E230, le fil négatif est toujours rouge et le fil positif porte la couleur du type. Selon l'IEC 60584, le fil négatif est blanc à la place, ce qui change chaque combinaison.

Un câble de type K jaune et rouge dans un panneau nord-américain et un vert et blanc sur un équipement importé sont le même thermocouple dans deux dialectes. Deux erreurs en découlent, et toutes deux sont commises aux bornes, pas à la table de conception. La première est la polarité : inverser les branches d'une paire inverse la lecture, et le résultat ressemble à un problème de calibration. La seconde est le câble d'extension. Chaque jonction entre des métaux dissemblables ajoute sa propre tension, donc un câble en cuivre ordinaire reliant le capteur à l'instrument introduit des jonctions qui n'ont jamais été dans le calcul. Le câble d'extension doit correspondre à la lettre de type sur toute la longueur, et la norme doit être nommée lors de la commande du câble.

Ce que chaque type échoue

Aucun type n'échoue au hasard. Chacun a une faiblesse connue, et la plupart d'entre elles se manifestent par un changement de lecture, sans rien de visiblement cassé.

Choisir un type, en cinq vérifications

L'ordre des vérifications est important, car les deux premières éliminent des types et les suivantes ne font que choisir parmi ce qui reste.

1. Plage de température. Choisissez un type dont la plage publiée laisse une marge au-dessus du pic, puis réduisez-la pour le calibre, l'isolation et la gaine. Le chiffre nominal est le point de départ, pas la réponse.
2. Atmosphère. Les conditions oxydantes conviennent à K, N, R et S. Le vide, les conditions inertes et réductrices conviennent à J. L'humidité favorise T et exclut J. L'hydrogène et les gaz réducteurs excluent les types de platine.
3. Précision. Décidez si les limites standard sont suffisantes avant de tarifer la qualité spéciale, et rappelez-vous que le résultat n'est aussi bon que la gestion de la jonction de référence et l'instrument qui la sous-tend.
4. Instrument et câble. Le contrôleur, l'émetteur ou l'enregistreur doit être réglé sur la lettre exacte, et le câble d'extension doit y correspondre jusqu'aux bornes.
5. Norme de couleur. Confirmez si le site lit les couleurs ANSI ou IEC avant que le fil ne soit coupé.

Ces cinq vérifications produisent une spécification courte, et la spécification est ce que la commande doit porter.

Questions que les acheteurs posent

Quel type de thermocouple est le plus courant ?

Type K, de loin. Il couvre la plus large plage des types de métaux de base, c'est le moins cher des quatre paires à usage général, et presque tous les contrôleurs et émetteurs le prennent en charge dès la sortie de la boîte. Ce qui l'exclut, c'est l'atmosphère : c'est le mauvais choix sous vide, ou dans un four qui alterne entre des conditions oxydantes et réductrices.

Quel type est le plus précis ?

Types R et S, sur le papier. Leurs limites spéciales sont de ±0,6 °C ou 0,1 % de la lecture, les plus serrées des huit, et le type S est souvent utilisé comme référence. Parmi les types de métaux de base, le type T est le plus serré à ±0,5 °C ou 0,4 %, ce qui explique en partie pourquoi il est utilisé pour la chaîne du froid et les travaux de laboratoire. La précision sur le papier n'est pas la précision sur le terrain : la jonction de référence, le câble d'extension et l'instrument ajoutent tous de l'erreur.

Que me dit la couleur du fil thermocouple ?

Si vous connaissez la norme selon laquelle il a été coloré. Selon l'ANSI, la branche négative est rouge et la branche positive prend la couleur du type, donc une paire de type K est jaune et rouge. Selon l'IEC, la branche négative est blanche, et la même paire de type K est verte et blanche. Une paire qui semble inhabituelle est plus susceptible d'être de l'autre norme que du mauvais capteur.

Quelle est la différence entre les limites standard et les limites spéciales ?

L'erreur autorisée, et environ la moitié. Pour le type K, la limite standard est de ±2,2 °C ou 0,75 % et la limite spéciale est de ±1,1 °C ou 0,4 %, quel que soit le chiffre le plus élevé à la température considérée. L'IEC décrit le même fil avec des numéros de classe au lieu de grades, et les numéros diffèrent légèrement, donc la norme doit être nommée sur la commande.

Puis-je substituer le type N au type K ?

Pas sans changer le reste de la boucle. Le type N a été développé comme une alternative plus stable au K sous chaleur soutenue, et il porte les mêmes limites publiées, mais c'est une paire d'alliages différente avec une table de tension différente. L'émetteur, le régulateur ou l'enregistreur doit être réglé sur N, et le câble d'extension doit également être de type N, sinon la lecture sera prise sur la mauvaise table.

Pourquoi le même fil a-t-il deux limites de température différentes ?

Parce que la plage nominale décrit la paire d'alliages et la limite de service décrit l'installation. Une paire de type K est caractérisée de −200 à 1 250 °C, mais la limite supérieure publiée pour un thermocouple protégé tombe de 980 °C en 20 AWG à 760 °C en 30 AWG, et les tables de tolérance ASTM couvrent une plage plus étroite que la plage nominale dans tous les cas. La limite qui s'applique est la plus basse des trois.

Résumé

Les huit types de lettres sont un raccourci pour quatre choses à la fois : la paire d'alliages, la plage pour laquelle la combinaison a été caractérisée, l'erreur autorisée et la couleur de l'isolation. Le type K est le défaut général, T et E couvrent l'extrémité froide et l'extrémité haute résolution, N est le type de métal de base plus stable au-dessus de 1 000 °C, et R, S et B prennent les extrêmes à un prix de platine. Ce que la lettre ne règle pas, c'est la limite en service, que le calibre, la construction et l'atmosphère décident.

DLX Alloy fabrique des alliages de nickel à Changzhou, Jiangsu depuis 2002, sur un site de 12 000 m² certifié ISO 9001 et audité par SGS. Le fil thermocouple est fourni dans les huit types de lettres ci-dessus, sous forme de fil nu et de câble à isolation minérale : envoyez le type, le grade ou la classe, la plage et la construction pour un devis confirmé.

Références

1. ASTM E230/E230M, tables de température-force électromotrice pour thermocouples standardisés. Source des limites d'erreur, des plages sur lesquelles ces limites s'appliquent, et du code couleur sous sa forme ANSI.
2. IEC 60584-1, thermocouples : spécifications et tolérances de la FEM. Source du système de classes et de la table de tolérances.
3. IEC 60584-3, thermocouples : câbles d'extension et de compensation, tolérances et système d'identification. Source du code couleur IEC et de la branche négative blanche.
4. ANSI MC96.1, thermocouples de mesure de température. Source des affectations de couleurs ANSI, dans lesquelles la branche négative est rouge pour chaque type.
5. ASTM E1751/E1751M, guide pour les tables de température-FEM pour les combinaisons de thermocouples non désignées par des lettres. Source de la position des paires tungstène-rhénium, types C et D, en dehors des désignations par lettres.
6. Comparaison des types de thermocouples par TE Connectivity. Source des noms commerciaux, des plages d'application, des tables de spécifications de conception et des limites supérieures recommandées par calibre de fil.
7. Tableau des types de thermocouples publiés et comparaison des tolérances, Tripoint Technical Services. Source des limites d'erreur par grade, de l'exemple de la règle du « plus grand de », de la comparaison des couleurs ANSI par rapport à l'IEC et des modes de défaillance par type.
8. Données produit détenues par DLX Alloy. Source des formes fournies.

Les chiffres cités sont des valeurs publiées pour un fil neuf et ne sont pas des limites d'acceptation. Un lot de thermocouples est accepté selon le type, le grade ou la classe, la plage et la construction commandés, et les chiffres de tolérance décrivent uniquement un fil neuf : ils ne disent rien de la dérive après que le capteur a été en service, ce qui relève de la calibration.