Introduction

Un thermocouple mesure la température à partir de la tension thermoélectrique produite par deux conducteurs de nature différente. Selon les alliages utilisés, les thermocouples sont notamment classés en types K, J, T, E, N, R, S et B.

Le thermocouple de type E se distingue par une tension thermoélectrique relativement élevée et de bonnes performances à basse température.

Il est constitué d’alliages nickel-chrome et cuivre-nickel. Pour une même différence de température, il génère généralement une tension plus élevée que les thermocouples de type K, J ou T. Cette caractéristique peut être intéressante lorsque l’on souhaite disposer d’un signal de mesure plus important.

Le choix d’un thermocouple ne doit toutefois pas reposer uniquement sur sa sensibilité. La plage de température, l’atmosphère, la construction de la sonde, le temps de réponse, la classe de précision et la compatibilité avec l’instrument doivent également être pris en compte.

Points essentiels

● Le type E utilise généralement un conducteur positif en nickel-chrome et un conducteur négatif en cuivre-nickel.
● Il appartient à la catégorie des thermocouples à métaux de base et offre une tension thermoélectrique relativement élevée.
● Il convient particulièrement aux mesures de basse à moyenne température.
● À différence de température identique, il produit généralement un signal en millivolts supérieur à celui des types K, J et T.
● La plage réelle d’utilisation dépend également du diamètre des fils, de l’isolation, de la construction de la sonde et de l’environnement.
● Le thermomètre, l’enregistreur de données ou le régulateur doit être configuré pour le type E et assurer la compensation de soudure froide correspondante.

Qu’est-ce qu’un thermocouple de type E ?

Le thermocouple de type E est un thermocouple à métaux de base standardisé constitué de deux alliages métalliques différents.

Il utilise généralement :

● Conducteur positif (+) : alliage nickel-chrome, couramment appelé Chromel.
● Conducteur négatif (−) : alliage cuivre-nickel, couramment appelé Constantan.

Lorsque ces deux matériaux forment une jonction de mesure et qu’une différence de température existe entre cette jonction et la jonction de référence, une tension thermoélectrique est générée.

L’instrument mesure cette faible tension puis la convertit en température à l’aide de la relation température-force électromotrice propre au type E et de la température de la jonction de référence.

Le thermocouple ne fournit donc pas directement une température en degrés Celsius. Il génère un signal électrique de l’ordre du millivolt, qui doit être interprété par l’instrument de mesure.

Comment un thermocouple de type E mesure-t-il la température ?

Son fonctionnement repose sur l’effet Seebeck.

Lorsque deux métaux différents constituent un circuit thermoélectrique et que leurs jonctions sont soumises à des températures différentes, une tension thermoélectrique apparaît. Cette tension dépend de la nature des matériaux et de la différence de température entre les jonctions.

L’extrémité de la sonde en contact avec l’objet mesuré est appelée jonction de mesure ou jonction chaude. Le point de raccordement à l’instrument constitue la jonction de référence ou jonction froide.

L’instrument doit connaître :

● La tension thermoélectrique générée par le thermocouple de type E.
● La température au niveau de la jonction de référence.

À l’aide de la compensation de soudure froide (CJC) et de la courbe température-tension du type E, l’appareil calcule la température réelle de la jonction de mesure.

C’est pourquoi le type de thermocouple doit être correctement sélectionné sur l’instrument. Une sonde de type E raccordée à un appareil configuré en type K ou J peut produire une erreur de température importante.

Quelle est la plage de température d’un thermocouple de type E ?

Le type E offre de bonnes performances sur une plage allant des basses températures aux températures intermédiaires.

À titre indicatif, sa plage globale peut atteindre environ −200°C à 900°C. Cela ne signifie toutefois pas que toutes les sondes de type E peuvent être utilisées sur l’ensemble de cette plage.

La plage réellement admissible dépend notamment de :

● Diamètre des fils thermoélectriques.
● Matériau de la gaine.
● Matériau d’isolation.
● Construction de la jonction.
● Conception de la sonde.
● Utilisation continue ou temporaire.
● Atmosphère oxydante, corrosive ou chimiquement agressive.

Une sonde de type E dotée d’une gaine métallique haute température peut ainsi supporter une température maximale très différente de celle d’une sonde équipée de fils à isolation polymère classique.

Il faut donc distinguer la plage générale associée aux matériaux du type E de la plage spécifiée pour une sonde particulière.

Pourquoi le thermocouple de type E est-il très sensible ?

L’un des principaux avantages du type E est sa tension thermoélectrique relativement élevée parmi les thermocouples à métaux de base courants.

Dans certaines plages de température, sa sensibilité est de l’ordre de plusieurs dizaines de microvolts par degré Celsius et elle est généralement supérieure à celle des thermocouples de type K ou T couramment utilisés. Cette valeur varie avec la température et n’est pas constante sur toute la plage.

Une tension thermoélectrique plus élevée signifie qu’une même variation de température entraîne généralement une variation de tension plus importante.

Cela peut faciliter l’acquisition et le traitement de faibles signaux.

Une sensibilité élevée ne signifie cependant pas automatiquement une meilleure précision globale. Celle-ci dépend aussi de la tolérance du thermocouple, de la précision de l’instrument, de la compensation de soudure froide, de l’installation de la sonde et des conditions ambiantes.

Quelles sont les principales caractéristiques du type E ?

Le thermocouple de type E présente plusieurs caractéristiques importantes.

● Tension thermoélectrique élevée : le type E fournit un signal relativement important parmi les thermocouples à métaux de base.
● Bon comportement à basse température : il convient aux équipements basse température, aux laboratoires, à la réfrigération et aux essais environnementaux.
● Absence de conducteur en fer : contrairement au type J, il ne comporte pas d’élément thermoélectrique en fer et ne présente donc pas les mêmes problématiques d’oxydation du fer.
● Adapté aux atmosphères oxydantes ou inertes : avec une construction appropriée et dans les limites de température admissibles, il peut être utilisé dans différents environnements industriels et de laboratoire.
● Adapté aux mesures dynamiques : des fils fins ou une jonction à faible masse thermique permettent d’obtenir un temps de réponse court.

Ces caractéristiques rendent le type E particulièrement intéressant lorsque les basses températures et un signal de sortie élevé sont prioritaires.

Quelle est la différence entre les thermocouples de type E et de type K ?

Les types K et E sont tous deux des thermocouples à métaux de base utilisant des alliages à base de nickel. Leur conducteur positif est généralement à base de nickel-chrome, mais leur conducteur négatif est différent, ce qui entraîne des caractéristiques thermoélectriques distinctes.

Le type K est très répandu, bénéficie d’un large choix de sondes et d’accessoires et couvre de nombreuses applications industrielles, y compris à des températures relativement élevées.

Le type E offre pour sa part une tension thermoélectrique supérieure et de bonnes performances à basse température.

En résumé :

● Le type K est souvent privilégié pour les applications industrielles générales et une large compatibilité de sondes.
● Le type E peut être préférable pour des mesures de basse à moyenne température lorsqu’un signal thermoélectrique plus élevé est recherché.

Aucun des deux types n’est systématiquement meilleur : le choix dépend des conditions de mesure.

Quelle est la différence entre les thermocouples de type E et de type J ?

Le type J utilise généralement du fer comme conducteur positif et un alliage cuivre-nickel comme conducteur négatif. Le type E utilise du nickel-chrome et du cuivre-nickel.

La présence de fer dans le type J impose une attention particulière à l’oxydation du conducteur dans les environnements humides, oxydants ou à température élevée.

Le type E ne contient pas de conducteur en fer et génère généralement une tension thermoélectrique plus élevée que le type J, ce qui peut être avantageux pour certaines mesures basse température ou à forte sensibilité.

Le type J reste toutefois très répandu dans de nombreux systèmes industriels existants. La compatibilité avec l’installation doit donc être prise en compte.

Quelle est la différence entre les thermocouples de type E et de type T ?

Le type T est généralement constitué de cuivre et d’un alliage cuivre-nickel et offre lui aussi de bonnes performances à basse température. Certaines applications peuvent donc convenir aux deux types.

Les principales différences concernent les matériaux utilisés et leurs courbes température-tension respectives.

Le type E offre une tension thermoélectrique élevée et couvre les basses ainsi que les températures intermédiaires. Le type T est largement utilisé dans la réfrigération, les laboratoires et les applications nécessitant une bonne stabilité à basse température.

Le choix doit donc être effectué selon la plage de température, la compatibilité de l’instrument, la construction de la sonde et les exigences de précision.

Quelles sont les applications du thermocouple de type E ?

Grâce à sa tension thermoélectrique élevée et à ses bonnes performances à basse température, le type E peut être utilisé dans :

● Les mesures de température en laboratoire.
● Les équipements basse température et les systèmes frigorifiques.
● Les essais de réfrigération et les essais environnementaux.
● La surveillance de la température d’équipements industriels.
● La mesure de température de procédé.
● Les équipements de recherche et d’essai.
● Les systèmes d’acquisition de données.
● Le suivi des variations de température.
● Les mesures rapides avec thermocouples à fils fins.

L’adéquation d’une sonde à une application dépend également du matériau de gaine, du type de jonction, du diamètre, de l’isolation et des conditions ambiantes.

La seule mention « type E » ne suffit donc pas pour sélectionner correctement une sonde.

De quoi dépend la précision d’un thermocouple de type E ?

La précision ne dépend pas uniquement de la lettre qui désigne le thermocouple.

Les erreurs d’un système de mesure de type E peuvent notamment provenir de :

● La tolérance des matériaux thermoélectriques.
● La classe de précision du thermocouple.
● L’erreur du thermomètre ou du système d’acquisition.
● L’erreur de compensation de soudure froide.
● Un contact thermique insuffisant avec l’objet mesuré.
● Les effets de conduction thermique.
● Les variations de température ambiante.
● Les interférences électromagnétiques et le bruit électrique.
● L’utilisation de câbles d’extension ou de compensation inadaptés.
● La présence de jonctions indésirables entre métaux différents.

L’erreur globale résulte donc de la combinaison de l’erreur de la sonde, de l’instrument, de la compensation de soudure froide ainsi que des erreurs d’installation et d’application.

Pour les mesures exigeantes, il convient d’évaluer l’ensemble de la chaîne de mesure.

Pourquoi faut-il sélectionner le bon type de thermocouple sur l’instrument ?

Chaque type de thermocouple possède sa propre courbe température-tension.

Une même tension en millivolts peut donc correspondre à des températures différentes selon qu’elle est interprétée comme provenant d’un type E ou d’un type K.

Avec un thermomètre numérique, un régulateur ou un système d’acquisition compatible avec plusieurs thermocouples, l’entrée doit impérativement être configurée en type E.

La polarité doit également être respectée.

Si les conducteurs sont inversés, l’indication peut évoluer dans le mauvais sens ou devenir manifestement incorrecte lorsque la jonction de mesure est nettement plus chaude que la jonction de référence.

En cas d’indication anormale, vérifier :

● Le type de thermocouple configuré.
● La polarité.
● La compatibilité des connecteurs.
● Les raccordements intermédiaires.

Quelles précautions prendre pour prolonger un thermocouple de type E ?

Les thermocouples génèrent des tensions très faibles. Le câblage et les raccordements peuvent donc affecter directement le résultat.

Pour prolonger un thermocouple de type E, il convient d’utiliser un câble d’extension compatible avec le type E ou une solution de compensation appropriée. Un câble en cuivre ordinaire ne doit pas être introduit arbitrairement dans les parties critiques du circuit.

L’ajout de métaux différents dans des zones présentant un gradient thermique peut créer des tensions thermoélectriques supplémentaires et entraîner des erreurs.

Il convient de respecter :

● La polarité.
● La qualité des contacts électriques.
● L’utilisation de connecteurs adaptés au type E.
● Une distance suffisante par rapport aux fortes sources de perturbations électromagnétiques.
● Un blindage et des mesures antiparasites adaptés aux longues liaisons lorsque cela est nécessaire.

Comment choisir une sonde thermocouple de type E ?

Les principaux critères sont les suivants :

● Plage de température : vérifier les températures minimale et maximale ainsi que la plage admissible de la sonde.
● Construction de la sonde : sélectionner une géométrie adaptée aux surfaces, liquides, gaz, tuyauteries ou mesures internes.
● Temps de réponse : une sonde fine et une jonction de faible masse thermique réagissent généralement plus vite, au prix éventuel d’une moindre robustesse mécanique.
● Matériau de gaine : choisir selon la température, la corrosion, les contraintes mécaniques et l’environnement.
● Type de jonction : les jonctions exposées, reliées à la masse ou isolées se distinguent par leur temps de réponse, leur isolation électrique et leur comportement face aux perturbations.
● Exigence de précision : choisir une classe adaptée et prendre également en compte la précision de l’instrument.
● Compatibilité de l’instrument : vérifier que le thermomètre, le régulateur ou le système d’acquisition prend en charge le type E et la compensation de soudure froide.

Le choix doit toujours être fondé sur l’ensemble des conditions d’utilisation et non uniquement sur la désignation du thermocouple.

FAQ

Quelle température peut mesurer un thermocouple de type E ?
La plage générale peut atteindre environ −200°C à 900°C, mais la plage réelle d’une sonde dépend de son diamètre, de son isolation, de sa gaine et de sa construction.

Le type E est-il plus précis que le type K ?
Pas nécessairement. Le type E fournit une tension plus élevée, mais la précision globale dépend également de la tolérance du thermocouple, de l’instrument, de la compensation de soudure froide et de l’installation.

Le type E convient-il aux basses températures ?
Oui. Il présente de bonnes performances à basse température et convient aux laboratoires, à la réfrigération, aux équipements basse température et aux essais environnementaux.

Peut-on utiliser une sonde de type E avec un thermomètre de type K ?
Uniquement si le thermomètre prend également en charge le type E et peut être configuré en conséquence. Un appareil exclusivement prévu pour le type K ne fournira pas une mesure correcte.

Le type E nécessite-t-il une compensation de soudure froide ?
Oui. La tension générée correspond à une différence de température entre la jonction de mesure et la jonction de référence. Les thermomètres numériques modernes intègrent généralement cette compensation.

Pourquoi le type E génère-t-il une tension relativement élevée ?
Cela provient des propriétés thermoélectriques de l’association nickel-chrome/cuivre-nickel. À différence de température identique, le type E génère généralement une tension plus élevée que plusieurs autres thermocouples à métaux de base courants.

Conclusion

Le thermocouple de type E associe un alliage nickel-chrome à un alliage cuivre-nickel. Il se caractérise par une tension thermoélectrique relativement élevée, de bonnes performances à basse température et une plage d’utilisation adaptée aux températures intermédiaires.

Il convient notamment aux laboratoires, aux systèmes frigorifiques, aux essais environnementaux, à la surveillance industrielle et aux applications nécessitant un signal thermoélectrique relativement élevé.

Le type de thermocouple n’est toutefois qu’un élément de la chaîne de mesure. La plage admissible de la sonde, sa classe de précision, le type de jonction, le matériau de gaine, le temps de réponse, la compensation de soudure froide et la compatibilité de l’instrument doivent également être pris en compte.

Une bonne adéquation entre la sonde, le câblage et l’instrument est indispensable pour obtenir des mesures de température fiables.