Câbles de thermocouple - Caractéristiques de fonctionnement

Sommaire

1. Caractéristiques des câbles de thermocouple
2. Câbles d’extension
3. Câbles de compensation
4. Résistance des conducteurs
5. Types d’isolation
6. Codage des couleurs et spécifications
7. Résumé

Caractéristiques des câbles de thermocouple

Dans de nombreuses installations de thermocouples, il est nécessaire de tirer un long câble entre le point de mesure et un équipement de mesure ou de référence distant. Toutefois, utiliser du fil de thermocouple de haute qualité sur toute la longueur peut être inutilement coûteux et encombrant. Idéalement, nous voulons raccorder un câble plus économique qui ne compromette pas la précision de la mesure, tout en respectant la pratique standard des thermocouples consistant à ne considérer que les températures à la jonction chaude et à la jonction de référence.

Pour y parvenir, le câble additionnel doit présenter des caractéristiques thermoélectriques très proches de celles du thermocouple. Les câbles d’extension et de compensation sont conçus précisément à cet effet. Chacun offre une solution pratique avec des compromis différents en termes de précision, de coût et de plage de fonctionnement.

Les câbles d’extension sont fabriqués avec les mêmes conducteurs métalliques que le thermocouple pour lequel ils sont conçus. Ils offrent donc des caractéristiques thermoélectriques similaires et minimisent les erreurs - même si les boîtes de jonction ou les connexions intermédiaires sont exposées à des températures ambiantes variables.

Bien que plus abordables que du fil de thermocouple sur toute la longueur, les câbles d’extension ont un coût modéré. Ils sont généralement disponibles en versions souples ou multiconducteurs adaptées aux longues distances et sont recommandés pour obtenir la meilleure précision.

Les câbles de compensation constituent une alternative plus économique. Au lieu d’utiliser des métaux identiques, ils emploient des alliages de substitution dont le comportement thermoélectrique est similaire, mais non identique, à celui du thermocouple auquel ils sont associés. Cela réduit les coûts, mais implique aussi que le point de connexion entre le thermocouple et le câble de compensation doit rester dans une plage de température limitée. Si la température de la jonction dérive en dehors de cette plage, les erreurs augmentent et la précision est compromise.

Le câble de compensation est particulièrement utile pour prolonger des types de thermocouples coûteux, tels que les capteurs à base de platine ou les thermocouples de forte section utilisés dans les fours industriels ou les environnements nucléaires. Dans ces cas, les câbles de compensation offrent une solution légère et peu coûteuse qui simplifie l’installation sans trop sacrifier la précision - à condition de maîtriser les conditions environnementales.

Un exemple courant est l’utilisation d’un câble de compensation Cu vs Cu-Ni avec un thermocouple de type K à basse température. Comme le cuivre est déjà l’un des conducteurs, le nombre de jonctions de référence est réduit, ce qui simplifie le câblage des configurations de mesure multipoints. Ces câbles ont également tendance à présenter une résistance de boucle plus faible que le fil d’extension de type K standard.

⚠️ Remarque  : Pour éviter les erreurs de mesure de température, il est essentiel de s’assurer que le boîtier de raccordement ou le point de connexion où se rejoignent le thermocouple et le câble compensateur reste dans la plage de tolérance de température spécifiée. Si la température sort de cette plage, un désaccord thermoélectrique peut fausser la sortie.

Résistance des conducteurs

Pour garantir la qualité du signal sur de longues distances, il est important de prendre en compte la résistance de boucle. Les fabricants fournissent des valeurs de résistance pour les câbles d’extension et de compensation, spécifiques à chaque type de thermocouple. Ces valeurs sont généralement exprimées en ohms par mètre pour une liaison aller-retour et sont calculées en divisant une constante par la section du conducteur (voir le tableau 3.1).

Résistance en ohms/mètre des combinaisons courantes de câbles d’extension et de compensation pour thermocouples à 20 °C
Pour obtenir les résistances de boucle par mètre pour une liaison aller-retour, prenez les constantes indiquées ci-dessous pour la combinaison requise et divisez la constante par la section en mm ² du conducteur que vous envisagez d’utiliser.

Types d'isolation

Le choix de l’isolation du câble affecte à la fois l’adéquation environnementale et le mode d’installation. Les principaux types d’isolation comprennent :

1. PVC :
• Plage de température : –30°C à +105°C
• Formats disponibles : paire torsadée, paire plate ou multipaires
• Construction : fils d’ouverture (ripcords) en option, gaines en PVC, blindage, fil de continuité de masse ou armure par fils d’acier
• Types de conducteurs : monobrin ou multibrins 
2. PFA :
• Plage de température : –273°C à +250°C (jusqu’à 300°C à court terme)
• Formats : paire plate ou torsadée
• Remarque : pas de versions avec armure en fils d’acier, mais une tresse en acier inoxydable est disponible en option
3. Fibre de verre (vernie et non vernie) :
• Vernie : –50°C à +400°C
• Non vernie : jusqu’à +500°C (certains types jusqu’à +800°C)
• Formats : mono-paire ou multipaires, en formats plat ou torsadé
• Tresse en acier inoxydable en option

Codage couleur et spécifications

Les câbles d’extension et de compensation sont codés par couleur pour simplifier l’identification des circuits. Bien que les pratiques historiques aient varié selon les régions, IEC 60584-3 a établi une norme internationale unifiée, aujourd’hui largement adoptée.

Directives clés d’identification :

1. Lettres de type de câble :
• Suffixe « X » = câble d’extension (p. ex. JX)
• Suffixe « C » = câble de compensation (p. ex. JC)
2. Différenciation des classes :
• Aucune distinction de couleur entre les conducteurs de Classe 1 et de Classe 2
• Exemple : JX Classe 1 = tolérance plus stricte, JX Classe 2 = tolérance standard
3. Règles de codage couleur :
• Vernie : –50°C à +400°C
• Branche négative = toujours blanc
• Branche positive = varie selon le type de thermocouple (voir tableau page 5)
• Couleur de gaine = identique à la branche positive, sauf en systèmes à sécurité intrinsèque, où elle doit être bleu quel que soit le type

Résumé

Les câbles d’extension et de compensation permettent de connecter des thermocouples sur de longues distances sans le coût d’un fil de thermocouple aux spécifications complètes. Les câbles d’extension utilisent les mêmes conducteurs que le thermocouple, offrant une grande précision et un décalage thermique minimal. Les câbles de compensation utilisent des alliages similaires, moins coûteux, et conviennent aux applications moins critiques ou lorsque les thermocouples sont coûteux ou encombrants. Toutefois, leur précision dépend du maintien de températures stables aux points de jonction.

La résistance de câble est calculée à partir de valeurs standard de résistance de boucle, déterminées par mètre et en fonction de la section du conducteur. Un large éventail de types d’isolation est disponible selon les exigences de température, du PVC pour un usage général au PFA et à la fibre de verre pour les environnements à haute température. Enfin, tous les câbles suivent les normes internationales de codage couleur (IEC 60584-3), avec des marquages clairs pour différencier les types de thermocouples et les tolérances, assurant une identification aisée et des pratiques d’installation cohérentes.

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