Introduction

Lors du choix d’un thermocouple ou d’un thermomètre à thermocouple, il est fréquent de rencontrer des indications telles que « Classe 1 », « Classe 2 » ou « classe de précision ». Elles sont parfois interprétées comme la précision du thermomètre complet. Ainsi, une sonde de classe 1 peut être considérée à tort comme garantissant une précision globale de ±1,5 °C.

Ce n’est pas exact.

D’un point de vue technique, il est plus juste de parler de classe de tolérance. Celle-ci définit l’écart maximal admissible entre la force électromotrice réellement produite par le thermocouple et la relation température–f.e.m. normalisée correspondant à son type.

La classe caractérise donc principalement le thermocouple lui-même et non l’erreur totale d’un système complet de mesure.

Points essentiels

● La classe de précision d’un thermocouple correspond essentiellement à une classe de tolérance de l’élément thermoélectrique.
● Les classes 1, 2 et 3 imposent des écarts admissibles différents ; la classe 1 est généralement plus stricte que la classe 2.
● Une même classe ne correspond pas nécessairement à la même tolérance numérique pour tous les types de thermocouples ni à toutes les températures.
● La tolérance est souvent définie par la combinaison d’une valeur fixe en °C et d’une valeur proportionnelle à la température mesurée.
● Une sonde de classe 1 ne transforme pas automatiquement le thermomètre complet en système de mesure de classe 1.
● La précision réelle dépend également de l’instrument, de la compensation de soudure froide, des connecteurs, des câbles, du montage et des conditions ambiantes.

Qu’est-ce que la classe de précision d’un thermocouple ?

Un thermocouple mesure la température grâce à la tension thermoélectrique générée par deux conducteurs métalliques différents. Pour les types normalisés K, J, T, E, N, R, S et B, une relation de référence entre température et force électromotrice est définie.

En théorie, tous les thermocouples d’un même type devraient produire exactement la même f.e.m. à une température donnée.

En pratique, de légères différences de composition des alliages, de fabrication et d’état métallurgique entraînent des écarts par rapport aux valeurs de référence.

La classe de tolérance fixe l’amplitude maximale autorisée de ces écarts.

La norme IEC 60584-1 définit notamment les fonctions de référence et les tolérances applicables aux thermocouples normalisés de types K, J, T, E, N, R, S et B.

D’un point de vue technique, la classe de précision peut donc être définie comme :

L’écart maximal admissible d’un thermocouple par rapport à sa relation température–force électromotrice normalisée.

Plus la tolérance est serrée, plus l’écart admissible est faible et plus les exigences relatives à l’homogénéité du matériau thermoélectrique sont élevées.

Que signifient les classes 1, 2 et 3 ?

Dans le système IEC, les classes 1, 2 et 3 sont couramment utilisées.

En règle générale :

● Classe 1 : tolérance plus serrée et exigences plus élevées.
● Classe 2 : classe largement utilisée dans les applications industrielles, avec une tolérance plus large.
● Classe 3 : applicable à certains types de thermocouples dans des plages de basses températures spécifiques ; elle n’existe pas pour tous les types.

Il ne faut donc pas résumer ces classes à « Classe 1 = ±1,5 °C » ou « Classe 2 = ±2,5 °C ».

La tolérance dépend à la fois du type de thermocouple et de la température réelle.

Pour un thermocouple de type K, les valeurs couramment associées à l’IEC 60584-1 sont par exemple :

t représente la température mesurée en °C. La valeur absolue la plus élevée entre les deux expressions est généralement retenue.

Pourquoi la tolérance est-elle exprimée à la fois en °C et en pourcentage ?

Les thermocouples couvrent généralement de très larges plages de température. Un thermocouple de type K peut, selon sa construction, être utilisé depuis les basses températures jusqu’à plus de 1000 °C.

Une tolérance fixe unique en ±°C ne permettrait pas de représenter correctement les écarts admissibles sur toute cette plage.

La tolérance est donc généralement définie à partir de deux termes :

● Une valeur fixe, par exemple ±1,5 °C.
● Une valeur proportionnelle à la température, par exemple ±0,004 × |t|.

La valeur la plus élevée s’applique.

Pour un thermocouple K de classe 1 mesurant 200 °C :

Tolérance fixe :

±1,5 °C

Tolérance proportionnelle :

±0,004 × 200 = ±0,8 °C

La tolérance applicable est donc :

±1,5 °C

À 800 °C :

Tolérance fixe :

±1,5 °C

Tolérance proportionnelle :

±0,004 × 800 = ±3,2 °C

La tolérance applicable devient :

±3,2 °C

Une classe 1 ne correspond donc pas à une valeur fixe en ±°C sur toute sa plage de validité.

Une même classe offre-t-elle la même précision pour tous les types de thermocouples ?

Non.

Les appellations Classe 1 et Classe 2 définissent des niveaux de tolérance, mais les limites numériques varient selon le type de thermocouple.

Cette différence s’explique par la composition des alliages, les caractéristiques thermoélectriques et les plages d’utilisation propres à chaque type.

Par exemple, pour un thermocouple de type T, la partie fixe de la tolérance de classe 1 peut atteindre ±0,5 °C sur une partie de sa plage spécifiée, alors que les types K, J, E et N utilisent couramment une valeur fixe de ±1,5 °C pour la classe 1 dans leurs plages concernées.

Pour comparer correctement la précision, il faut donc vérifier :

● Le type de thermocouple.
● La norme applicable.
● La classe de tolérance.
● La plage de température couverte par cette classe.
● La tolérance numérique à la température réellement mesurée.

La désignation de classe seule ne suffit pas.

La classe de précision et la plage de mesure sont-elles identiques ?

Non.

Il s’agit de deux caractéristiques différentes.

La plage de mesure ou d’utilisation indique les températures auxquelles le thermocouple peut être utilisé en fonction de ses matériaux, de son isolation, de sa gaine et de sa construction.

La plage de validité d’une classe de tolérance correspond à l’intervalle de température dans lequel la tolérance normalisée de cette classe est applicable.

Ces deux plages ne coïncident pas nécessairement.

Un thermocouple peut être physiquement capable de supporter une température supérieure à la limite d’une classe 1, sans que la tolérance normalisée de classe 1 reste applicable au-delà de cette limite.

Cela ne signifie pas que le thermocouple cesse immédiatement de fonctionner. Cela signifie simplement que ses performances ne peuvent plus être évaluées selon cette tolérance de classe 1.

Lors de la sélection, il ne suffit donc pas de demander :

« Quelle est la température maximale mesurable ? »

Il faut également vérifier :

« Jusqu’à quelle température la classe de tolérance requise est-elle valable ? »

Un thermocouple de classe 1 est-il toujours préférable à un classe 2 ?

Du point de vue de la tolérance du thermocouple, la classe 1 impose généralement un écart admissible inférieur à celui de la classe 2 pour un même type et dans la plage applicable.

Cela ne signifie toutefois pas que toutes les applications nécessitent une classe 1.

Pour la maintenance industrielle, les contrôles d’équipements, les applications HVAC ou la surveillance de tendances, une différence pratique de l’ordre de ±1 °C à ±2 °C peut ne pas modifier l’interprétation du résultat.

Une classe 2 peut alors être parfaitement adaptée.

En revanche, les essais en laboratoire, la vérification de température, le contrôle précis de procédés ou les mesures comparatives de faibles écarts de température peuvent justifier une tolérance plus serrée.

Le principe de sélection est donc :

Choisir la classe de tolérance en fonction de la plage de température réelle et de l’erreur maximale admissible pour l’application.

Pourquoi la classe du thermocouple ne correspond-elle pas à la précision du thermomètre ?

C’est un point fondamental.

Un système complet de mesure par thermocouple peut comprendre :

● La jonction de mesure.
● Les conducteurs du thermocouple.
● Les connecteurs ou câbles d’extension.
● Le circuit d’entrée du thermomètre.
● Le convertisseur analogique-numérique.
● Le capteur de température de la jonction de référence.
● La compensation de soudure froide.
● La linéarisation du signal.

La classe 1 ou la classe 2 concerne principalement la tolérance du thermocouple par rapport à sa fonction de référence normalisée.

La température affichée par l’instrument dépend également de la précision électronique, de la compensation de soudure froide et d’autres contributions du système.

On peut résumer ainsi :

Tolérance du thermocouple ≠ précision du thermomètre ≠ précision globale du système.

Une sonde de classe 1 raccordée à un thermomètre dont l’erreur propre est importante ne produit pas automatiquement un système très précis.

À l’inverse, un thermomètre de haute précision reste limité par la tolérance d’un thermocouple moins précis.

Quels facteurs influencent la précision réelle d’une mesure par thermocouple ?

Au-delà de la classe de tolérance, plusieurs facteurs peuvent affecter le résultat final.

● Précision du thermomètre : le circuit d’entrée, le convertisseur analogique-numérique et les algorithmes internes introduisent leur propre incertitude.
● Compensation de soudure froide : la température au point de raccordement doit être mesurée et compensée correctement.
● Câbles et connecteurs : un type de câble incorrect ou des matériaux de connexion inadaptés peuvent créer des tensions thermoélectriques supplémentaires.
● Contact thermique : un mauvais contact peut faire mesurer au capteur une température influencée par l’environnement plutôt que la température réelle de l’objet.
● Conduction thermique : la gaine, les fils et les éléments de montage peuvent évacuer de la chaleur depuis la zone mesurée.
● Temps de réponse : lorsque la température varie rapidement, la sonde peut ne pas avoir encore atteint l’équilibre thermique.
● Dérive à long terme : températures élevées, oxydation, contamination et cycles thermiques peuvent modifier progressivement les propriétés thermoélectriques.

Pour les applications exigeantes, le choix entre Classe 1 et Classe 2 n’est donc qu’un élément de l’évaluation globale.

Comment choisir la classe de précision d’un thermocouple ?

Une méthode pratique consiste à :

● Déterminer les températures minimale et maximale de l’application.
● Choisir un type K, J, T, E, N ou autre en fonction de la plage, de l’environnement et de la construction de la sonde.
● Vérifier que la température de fonctionnement se situe dans la plage de validité de la classe souhaitée.
● Sélectionner Classe 1, Classe 2 ou une autre classe en fonction de l’erreur de procédé admissible.
● Vérifier la précision du thermomètre et les performances de sa compensation de soudure froide.
● Pour les applications de haute précision, tenir compte de l’ensemble sonde, instrument, câblage et installation.

Pour une inspection courante d’équipements, la classe la plus stricte n’est pas toujours nécessaire.

Lorsque la température influence directement le procédé, la qualité du produit ou les résultats d’essais, il convient d’évaluer à la fois la tolérance du thermocouple et l’incertitude globale du système.

Peut-on comparer directement les classes de précision de normes différentes ?

Pas uniquement à partir de leur appellation.

Les normes IEC utilisent couramment les classes 1, 2 et 3, tandis que l’ASTM E230/E230M emploie notamment les notions Standard Limits of Error et Special Limits of Error.

Les plages de température, les tolérances et les définitions ne sont pas identiques.

Il ne faut donc pas supposer qu’une désignation d’un système correspond directement à une désignation de l’autre.

Si une fiche technique indique :

« Type K, Class 1 »

ou

« Type K, Special Limits of Error »,

il convient d’identifier la norme de référence.

Pour une comparaison technique, il faut examiner conjointement la norme, le type de thermocouple, la plage de température et les limites numériques de tolérance.

FAQ

Un thermocouple de classe 1 est-il plus précis qu’un classe 2 ?

Pour un même type de thermocouple, une même norme et dans la plage de température concernée, la classe 1 présente généralement une tolérance plus serrée.

Un thermocouple K de classe 1 signifie-t-il toujours ±1,5 °C ?

Non. À température élevée, la limite proportionnelle ±0,004 × |t| peut devenir supérieure à ±1,5 °C et donc devenir la valeur applicable.

Une sonde de classe 1 garantit-elle une précision globale de ±1,5 °C ?

Non. La classe concerne principalement le thermocouple. Il faut également considérer l’erreur de l’instrument, la compensation de soudure froide et les autres contributions du système.

Une classe plus précise signifie-t-elle une plage de température plus large ?

Non. La classe de tolérance et la plage d’utilisation sont deux spécifications distinctes.

Tous les thermocouples disposent-ils des classes 1, 2 et 3 ?

Non. Les classes disponibles et leurs plages de validité varient selon le type de thermocouple.

La classe de précision suffit-elle pour choisir une sonde ?

Non. Il faut également considérer le type de thermocouple, la plage de température, la construction de la sonde, le temps de réponse, l’environnement et la précision du thermomètre.

Résumé

La classe de précision d’un thermocouple définit l’écart admissible par rapport à la relation normalisée entre température et force électromotrice.

Les classes 1, 2 et 3 ne correspondent pas à une valeur fixe en ±°C applicable à toute la plage de mesure. La tolérance réelle dépend du type de thermocouple, de la norme applicable et de la température mesurée.

Lors de la sélection, il faut vérifier :

● Si la classe souhaitée couvre la température réelle d’utilisation.
● L’écart admissible à la température cible.
● Si la tolérance de la sonde répond aux exigences de l’application.
● La précision propre du thermomètre utilisé.
● Les performances du système complet composé de la sonde, du câblage, de l’instrument et du montage.

La précision d’un système de mesure par thermocouple ne doit donc pas être évaluée uniquement à partir de « Classe 1 » ou « Classe 2 ». Il faut considérer conjointement la tolérance du thermocouple, la précision de l’instrument et les conditions réelles d’utilisation.