Bonnes pratiques d'extension pour cables thermocouples

La connexion d'un capteur thermocouple à un instrument exige une grande rigueur pour bénéficier d'une précision optimale et pour réduire les coûts. La précision de la température relevée est directement déterminée par celle du capteur et de son interface.

Comme le thermocouple produit seulement une petite force électromotrice thermoélectrique (emf 40 μV/oC), il est nécessaire d'éliminer ou de minimiser les signaux emf thermiques parasites et les effets ohmiques susceptibles de fausser les mesures.

La longueur du câble reliant le capteur à l'instrument joue un rôle important, puisqu'elle ajoute une résistance de ligne qui doit être prise en compte. Bien que l'entrée de l'instrument offre une impédance élevée, elle intègre habituellement un circuit spécial qui ajuste la mesure en cas de défaillance du capteur. Pour la plupart des instruments, les spécifications indiquent une résistance de ligne maximale de 100 Ohm sans perte de précision significative. Cela correspondant par exemple à seulement 22 mètres de câble d'extension type K, 7/0,2 mm (ou 44 mètres de câble de compensation équivalent).

Le câble d'extension contient un véritable fil thermocouple avec la désignation X (ex. KX pour le type K). Le câble de compensation a une désignation C (ex. KC pour le type K, Vx) pour les types Vx et U. Le rapport température-force électromotrice du câble d'extension est conforme à une norme appropriée sur l'ensemble de la gamme thermique. Par conséquent, il peut être utilisé pour créer une jonction thermocouple et pour relier des thermocouples à des instruments de mesure. Thermiquement, il est seulement limité par les spécifications de son isolation.

Le câble de compensation a une composition différente de celle du câble d'extension (il est fabriqué avec d'autres alliages plus économiques), mais offre un rapport température-force similaire sur une gamme limitée. Il doit uniquement être utilisé pour relier des thermocouples à leurs instruments de mesure. Il peut uniquement être utilisé à des températures ambiantes limitées, ne dépassant pas 80oC en général. En outre, un câble de compensation est moins précis qu'un câble d'extension en termes de valeurs de tolérance thermique de la force électromotrice (normalement doublées).

Pour de grandes longueurs, il peut être nécessaire d'utiliser un câble blindé ou mis à la terre à une extrémité (sur l'instrument) pour minimiser les interférences sur le circuit de mesure. Différents types de câbles blindés sont disponibles, incluant des protections en cuivre ou en mylar.

La connexion directe doit être réalisée en choisissant un type de câble approprié, grâce au code couleur indiqué sur l'isolation, conformément à la norme IEC 584-3. Le type d'isolation spécifié est déterminé par l'environnement d'utilisation (ex. PVC, PTE, fibre de verre, etc.). Les polarités et la fiabilité de la connexion mécanique sont déterminantes.

Les connexions avec des connecteurs pour faciliter les changements de sondes ou l'addition de câbles d'extension nécessitent des prises et des fiches spéciales en alliages thermocouples, à la place d'autres métaux. Ces connecteurs spéciaux sont identifiés par un code couleur similaire aux isolants des câbles, qui spécifie le type de thermocouple approprié. Ils doivent être conformes aux spécifications IEC & CENELEC. Les connecteurs sont disponibles dans des tailles « standard » (broches rondes) ou miniatures (broches plates). La conception des broches garantit leur bonne orientation et évite tout risque de connexion erronée.

Un transmetteur de température peut être utilisé pour convertir le faible signal thermocouple en courant amplifié avant d'être transmis à l'instrument connecté. Bien que l'utilisation d'un tel transmetteur soit plus coûteuse que des câbles courts, elle est plus économique que des câbles longs, en particulier lorsque le prix du câble requis est élevé (ex. PTFE isolé et blindé 23/0,2 mm). La gamme peut être déterminée par le transmetteur, permettant donc d'utiliser des instruments de processus doté d'une interface standard 4-20 mA à 2 fils.

La liaison entre le dispositif et l'instrument peut être établie avec du fil de cuivre économique (interface à 2 fils) et

Les grandes longueurs de câbles sont possibles. Le courant d'excitation de 24 V CC requis est appliqué sur la ligne 4-20 mA, des fils supplémentaires ne sont pas nécessaires.

Il est important de noter que l'isolation entre l'entrée et la sortie n'est pas incorporée dans tous les transmetteurs, mais seulement dans les modèles plus coûteux. Par conséquent, il est indispensable d'utiliser des capteurs électriquement isolés avec des dispositifs non-isolés.

 

Ken Jefferies

Labfacility Ltd