Mesure de température dans différentes atmosphères

Table des matières

La mesure de la température industrielle est souvent caractérisée par des environnements difficiles. Le choix du bon thermocouple est crucial pour l’efficacité du processus ainsi que pour la sécurité et/ou la qualité du produit. Bien que chaque application soit unique, nous examinerons dans cet article certains facteurs à prendre en compte lors du choix d’un thermocouple pour chacune des atmosphères de fonctionnement les plus courantes :

  • Vide
  • Réduire
  • Oxydant
  • Inerte

Dans les quatre sections suivantes, les matériaux de gaine les plus compatibles et les types de thermocouples appropriés seront spécifiés pour chaque environnement, ainsi que quelques exemples d’applications industrielles. Nous espérons que cela vous aidera à prendre une décision éclairée.

Cet article suppose une connaissance de base de ce qui doit être pris en compte lors du choix d’un thermocouple et de la conception d’un assemblage. Obtenez un aperçu de facteurs plus généraux tels que la plage de température, le temps de réponse, le placement et la précision, veuillez vous référer à cet article.

Mesurer la température sous vide

Un environnement sous vide est un environnement dépourvu de matière et, en termes pratiques, est défini comme une quasi-absence de pression de gaz (bien inférieure à la pression atmosphérique). Des facteurs tels que la pression, la densité, l’absence de transfert de chaleur par conduction ou convection et une faible conductivité thermique sont tous pertinents pour le fonctionnement précis des thermocouples sous vide.

Applications industrielles impliquant des environnements sous vide

  • Aérospatial
  • Fours sous vide
  • Applications semi-conducteurs
  • Applications PVD (dépôt physique en phase vapeur)
  • Croissance du cristal
  • Pouvoir nucléaire
  • Céramiques avancées
  • Cellules solaires

Considérations relatives aux thermocouples sous vide

Le tableau suivant indique les propriétés des types de thermocouples les plus adaptés à une atmosphère sous vide.

TypeMatériaux de jonctionPlage de températureSensibilitéRemarques
JFer-Constantan0°C à 760°C55uV/°CFaible coût Nécessite une gaine sous vide.
KChromel (Nickel&Chrome) – Alumel (Nickel&Aluminium)-184°C à 1260°C39uV/°CFaible coût Nécessite une gaine sous vide.
TCuivre-Constantan-184°C à 400°C45uV/°CFiable jusqu’à 370°C et stable à basses températures.
NNicrosil-Nisil0°C à 1 100°C10,4uV/°CCoût inférieur à celui de B, R et S les types. Très précis et fiable à haute température. Nécessite une gaine pour une utilisation sous vide.
CTungstène (5%)/ Rhénium – Tungstène (26%)/ Rhénium0°C à 2300°C16uV/°CExcellent pour les vides à haute température Thermocouple non protégé
B Platine (6%)/Rhodium – Platine (30%)/Rhodium38°C à 1800°C10,4uV/°C Destiné aux applications à très haute température. Fonctionne de manière fiable uniquement pendant de courtes périodes dans le vide et nécessite la protection d’une gaine.
RPlatine (13%)/Rhodium – Platine 0°C à 1 593°C6uV/°CConvient aux températures très élevées et aux courtes périodes de temps sous vide. Facilement contaminé et doit être utilisé avec une gaine sous vide.
SPlatine (10%)/Rhodium – Rhodium/Platine0°C à 1538°C10,4uV/°CGénéralement utilisé avec une gaine. Uniquement destiné à de courtes périodes de temps dans le vide. Coût élevé donc uniquement pour les applications spécialisées

Matériaux de gaine

Les matériaux de gaine adaptés à la mesure de la température sous vide comprennent le tantale, le molybdène, l’INC600 et le niobium à 1 % de zinc. Consultez notre aperçu des matériaux de gaine et de leurs différentes propriétés.

Mesures à haute température

À des températures supérieures à environ 1 200 °C, les alliages de thermocouples ordinaires se rapprochent trop de leur point de fusion et ne peuvent pas être utilisés pour des mesures précises. Pour cette raison, Kamet propose une gamme de thermocouples spécialisés haute température qui peuvent être pertinents pour certains environnements sous vide, tels que les fours.

Les défis du chauffage sous vide

Kamet est en mesure de fournir des solutions non seulement pour la mesure de la température sous vide, mais également pour les défis uniques du chauffage sous vide.

En tant qu’experts dans le domaine du chauffage avec des décennies d’innovation et d’expérience, nous sommes en mesure de vous conseiller sur tous les problèmes de chauffage sous vide que vous pourriez rencontrer. Vous pouvez en savoir plus sur nos radiateurs (sur mesure) ou nous contacter pour discuter des différentes solutions et options avec l’un de nos experts.

Mesurer la température dans un environnement réducteur

Un environnement réducteur est un environnement dans lequel l’oxydation est empêchée car le thermocouple est entouré d’agents réducteurs (gaz qui éliminent l’oxygène, généralement l’hydrogène ou l’azote).

Exemples de procédés industriels avec environnements réducteurs

  • Métallurgie
  • Traitement thermique (fours de recuit)
  • Soudage

Considérations relatives aux thermocouples dans une atmosphère réductrice

Lors de la sélection du meilleur thermocouple pour un environnement réducteur, il faut tenir compte des faibles niveaux d’oxygène et de l’effet des agents réducteurs (tels que l’hydrogène, l’azote et l’ammoniac). Les agents réducteurs peuvent, par exemple, provoquer l’oxydation des alliages et ainsi réduire la sortie EMF, ce qui entraîne une lecture faible du thermocouple.

Le tableau suivant indique les propriétés des types de thermocouples les plus adaptés à une atmosphère réductrice.

TypeMatériaux de jonctionPlage de températureSensibilitéRemarques
Type JFer-Constantan0°C à 760°C55uV/°CUtiliser uniquement pour les applications sèches Oxydation rapide du fil au-dessus de 540°C.
Type NNicrosil-Nisil0°C à 1100 °C10,4uV/°CConvient uniquement aux applications sèches.
Type C Tungstène (5%)/ Rhénium – Tungstène (26%)/ Rhénium0°C à 2300°C16uV/°CThermocouple non protégé Adapté pour les atmosphères d’hydrogène de haute pureté. Ne peut pas être exposé à l’oxygène.

Il est théoriquement possible d’utiliser tous les autres types de thermocouples à condition qu’ils soient convenablement protégés. Nous n’avons pas inclus le type K dans le résumé ci-dessus car il est sensible à la « pourriture verte » dans les environnements réducteurs.

La pourriture verte fait référence à l’oxydation du chrome, un processus qui se produit généralement à des températures élevées, comprises entre 800 °C et 1 260 °C, en particulier dans des environnements à faible teneur en oxygène. Dans des circonstances normales, une couche d’oxyde à la surface de la jambe NiCr la protège de l’oxydation. Cependant, dans les environnements contenant de l’hydrogène ou d’autres agents réducteurs, cette protection est compromise, conduisant à une oxydation accélérée du chrome. Il en résulte la formation d’une couche de corrosion verte et squameuse sur la branche positive.

Matériaux de gaine

Les matériaux de gaine qui pourraient être envisagés pour un environnement réducteur sont l’Hastelloy X et le Molybdène. Pour plus d’informations sur les propriétés de ces matériaux rendez-vous sur cette page.

Mesurer la température en milieu oxydant

Un environnement oxydant est un environnement dans lequel le thermocouple sera en contact avec des gaz provoquant la combustion (principalement l’oxygène).

Exemples de procédés industriels avec milieux oxydants

  • Moteurs à combustion
  • Incinération des déchets
  • Industrie du verre

Considérations relatives aux thermocouples en atmosphères oxydantes

Comme son nom l’indique, ces atmosphères présentent un potentiel oxydant très élevé qui doit être pris en compte lors du choix du meilleur thermocouple. Le tableau suivant indique les propriétés des types de thermocouples les plus adaptés à une atmosphère oxydante :

TypeMatériaux de jonctionPlage de températureSensibilitéRemarques
Type EChromel (nickel et chrome) – Constantan0°C à 982°C76uV/°CUtiliser uniquement jusqu’à 900°C dans un environnement oxydant. Protège des attaques de soufre.
Type KChromel (nickel et chrome) – Alumel (nickel et aluminium)-184°C à 1260°C39uV/°CBon pour les environnements oxydants propres. Faible coût. Nécessite une protection contre les atmosphères sulfureuses.
Type TCuivre-Constantan-184°C à 400°C45uV/°CFiable jusqu’à 370°C et stable à basses températures. Résistant à l’humidité et à la condensation.
Type NNicrosil-Nisil0°C à 1100°C10,4uV/°CCoût inférieur à celui des types B, R et S. Résistance à l’oxydation à haute température. Très précis et fiable à haute température. Vulnérable aux attaques de soufre.
Type BPlatine (6%)/Rhodium – Platine (30% )/Rhodium700°C à 1800°C10,4uV/°C Destiné aux applications à très haute température. Utiliser avec protection en atmosphères réductrices. Peut être utilisé sans protection dans des environnements oxydants.
Type RPlatine (13%)/Rhodium – Platine0°C à 1593°C6uV/°CConvient aux très hautes températures. Facilement contaminé et généralement utilisé avec une gaine. Peut être utilisé sans protection dans des environnements oxydants.
Type SPlatine (10%)/Rhodium – Rhodium/Platine 0°C à 1538°C10,4uV/°CGénéralement utilisé avec une gaine. Nécessite une protection contre les atmosphères réductrices et la contamination. Peut être utilisé sans protection en milieu oxydant. Coût élevé donc plus adapté aux applications spécialisées.

Matériaux de gaine

Les matériaux de gaine adaptés à une utilisation dans des environnements oxydants comprennent : Pt10%Rh, Pt20%Rh, INC600 et les aciers inoxydables, tels que AISI 316, AISI 321 et AISI 310.

Mesurer la température dans un environnement inerte

Un environnement inerte est un environnement qui ne contient pas d’oxygène ou seulement de très faibles niveaux d’oxygène. Il s’agit principalement d’un (mélange de) gaz non réactifs tels que l’azote, l’argon, l’hélium et le dioxyde de carbone.

Exemples de procédés industriels avec environnements inertes

  • Semi-conducteur, tel que le dépôt de couches minces
  • Frittage de la métallurgie des poudres
  • Traitement thermique des métaux
  • Croissance cristalline
  • Essais de matériaux aérospatiaux – par exemple pour tester un propulseur à effet Hall

Considérations relatives aux thermocouples en atmosphères inertes

La présence de gaz inertes et les très faibles niveaux d’oxydation sont des facteurs à prendre en compte lors du choix d’un thermocouple adapté aux processus industriels en environnements inertes.

Le tableau suivant indique les propriétés des types de thermocouples les plus appropriés. Tous peuvent être utilisés protégés ou non dans un environnement inerte.

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TypeMatériaux de jonctionPlage de températureSensibilitéRemarques
Type CTungstène (5%)/ Rhénium – Tungstène (26%)/ Rhénium0°C à 2300°C16uV/°CConvient aux environnements inertes de haute pureté.< /td>
Type EChromel (nickel et chrome) – Constantan0°C à 982°C76uV/°CUtiliser uniquement jusqu’à 900°C dans des environnements inertes.
Type JFer-Constantan0°C à 760°C55uV/°CLa durée de vie diminue à haute température.
Type TCuivre-Constantan-184°C à 400°C45uV/°CFiable jusqu’à 370°C et stable à basses températures.
Type NNicrosil-Nisil0°C à 1 100°C10,4uV/°CCoût inférieur à celui des types B, R et S. Très précis et fiable à haute température.
Type BPlatine (6%)/Rhodium – Platine (30%)/Rhodium38°C à 1800°C10,4uV/°C    Destiné au très haut. applications de température.
Type RPlatine (13%)/Rhodium – Platine0°C à 1593°C< /td>6uV/°CConvient aux très hautes températures. Facilement contaminé et généralement utilisé avec une gaine.
Type SPlatine (10%)/Rhodium – Rhodium/Platine0°C à 1538°C10,4uV/°CGénéralement utilisé avec une gaine. Coût élevé donc plus approprié pour les applications spécialisées.

Voulez-vous en savoir plus?

Il existe également des situations dans lesquelles les thermocouples doivent résister à une combinaison de ces environnements. Kamet excelle dans la fourniture de conseils spécifiques adaptés à votre processus et à votre environnement uniques. Les solutions sur mesure font également partie de nos spécialités. Donc, si vous n’avez pas trouvé toutes les informations dont vous avez besoin sur notre site Web ou notre base de connaissances, contactez-nous et nous serons heureux de vous aider.