Vous pouvez réécrire l'équation 2 sous la forme de l'équation 3 dans laquelle V (T ) est la tension mesurée par le thermocouple en supposant une température de jonction de référence de 0
TC TC
°C, et V (T ) est la tension qui serait générée par le même thermocouple à la température de référence actuelle en supposant une jonction de référence de 0 °C :
TC ref
Équation 3 : V = V (T ) - V (T )
MEAS TC TC TC ref
Équation 4 : V (T ) = V + V (T )
TC TC MEAS TC ref
Dans l'équation 4, la tension calculée du thermocouple suppose une jonction de référence de 0 °C. Par conséquent, en mesurant V et T et en connaissant le rapport tension/température du
MEAS ref
thermocouple, il est possible de déterminer la température au niveau de la soudure principale du thermocouple.
Deux techniques permettent de mettre en œuvre la compensation de soudure froide lorsque la jonction de référence est mesurée avec un capteur à lecture directe : la compensation matérielle et
la compensation logicielle Un capteur à lecture directe possède une sortie qui ne dépend que de la température du point de mesure. Des capteurs de type semi-conducteurs, des thermistances ou
des RTD sont couramment utilisés pour mesurer la température de la jonction de référence. Par exemple, plusieurs matériels de mesure par thermocouple de National Instrument intègrent des
thermistances de haute précision situées à proximité des borniers à vis de connexion des fils du thermocouple.
Avec la compensation matérielle, une source de tension variable est insérée dans le circuit pour annuler l'influence de la température de soudure froide. La source de tension variable génère une
tension de compensation en fonction de la température ambiante, ce qui permet à la température d'être calculée en supposant une valeur constante pour V (T ) dans les équations 3 et 4. Avec
TC ref
la compensation matérielle, il n'est pas nécessaire de connaître la température au niveau des terminaux du système d'acquisition de données lors du calcul de la température du thermocouple.
Cela simplifie l'équation de mise à l'échelle. Le principal inconvénient de la compensation matérielle est que chaque type de thermocouple doit être doté d'un circuit de compensation indépendant
pour ajouter la tension de compensation appropriée. Cela renchérit considérablement le coût du circuit. En général, une compensation matérielle est aussi moins précise qu'une compensation
logicielle.
La deuxième méthode consiste à utiliser une compensation de soudure froide logicielle. Après la mesure de la température de la jonction de référence par un capteur à lecture directe, le logiciel
peut ajouter la valeur de tension appropriée à la tension mesurée pour compenser la température de la soudure froide. L'équation 3 indique que la tension mesurée, V , est égale à la
MEAS
différence entre les tensions au niveau de la soudure chaude (thermocouple) et au niveau de la soudure froide.
Les tensions de sortie du thermocouple sont fortement non linéaires ; quant au coefficient de Seebeck, il peut varier d'un facteur de trois, voire davantage, sur la gamme de températures de
fonctionnement de certains thermocouples. Pour cette raison, vous devez, soit approximer la courbe de tension/température du thermocouple à l'aide de polynômes, soit utiliser une table de
référence. Les polynômes sont de la forme suivante où v est la tension du thermocouple en volts, T est la température en degrés Celsius et a à a sont des coefficients spécifiques à chaque type
0 n
de thermocouples :
Équation 5 : T = a + a v + a v + ... + a v
0 1 2 2nn
Considérations pour des mesures de thermocouples précises
En règle générale, les signaux de sortie d'un thermocouple sont situés dans la gamme des millivolts et ont une sensibilité très basse de la température par rapport à la tension, ce qui signifie que
vous devez faire très attention aux sources d'erreurs susceptibles d'influencer la précision de vos mesures. Les principales sources d'erreurs à prendre en considération dans le cadre des mesures
par thermocouples sont le bruit, les erreurs de gain et d'offset, la précision de la compensation de soudure froide, et les erreurs de thermocouple.
Erreurs causées par la compensation de soudure froide
Les erreurs dues à la compensation de soudure froide (CSF) représentent la différence entre la température réelle au point de connexion entre le thermocouple et le matériel de mesure
(température de soudure froide), et la température mesurée par le matériel. L'erreur due à la CSF est souvent l'un des critères les plus déterminants pour la précision globale. L'erreur due à la
compensation de soudure froide comprend l'erreur causée par le capteur de température de la CSF (le plus souvent une thermistance) utilisé pour mesurer la température de soudure froide,
l'erreur générée par le matériel mesurant le capteur de la CSF, et le gradient de température entre la soudure froide et le capteur de la CSF. De ces trois erreurs, le gradient de température entre
la soudure froide et le capteur de la CSF est généralement le plus important, et c'est d'ordinaire lui qui varie le plus. L'erreur générée par le capteur de la CSF peut être déterminante dans de
nombreux matériels ; cependant, les thermistances haute précision ou les capteurs de température à résistance (RTD) avec de petites erreurs sont courants dans de nombreux équipement haut
de gamme pour des mesures par thermocouple.
L'erreur provenant du gradient de température entre la soudure froide et le capteur CSF est celle sur laquelle vous avez généralement le plus de contrôle. Bien souvent, un dispositif à
thermocouple bien conçu peut considérablement minimiser cette erreur ; cependant, l'amplitude de cette dernière dépend de l'environnement dans lequel le thermocouple est utilisé. Étant donné
que l'erreur provient de la différence de température entre la soudure froide et le capteur de la CSF, tout ce qui peut introduire un gradient au niveau du dispositif de mesure par thermocouple
influence cette erreur. Maintenir votre dispositif dans un environnement stable avec une variation de température minimale et une faible circulation d'air est la meilleure façon d'améliorer la
précision de la CSF. Des sources de chaleur adjacentes, comme d'autres instruments, peuvent également avoir des répercussions sur la précision de la CSF. Certains dispositifs ont un seul
capteur de CSF pour plusieurs voies, tandis que d'autres ont plusieurs capteurs de CSF. De manière générale, les dispositifs avec un faible rapport voies/capteurs de CSF sont moins sujets aux
erreurs provenant de gradients de température. Reportez-vous à la documentation du matériel pour en savoir plus sur la précision de la CSF et trouver des conseils pour améliorer la précision de
CSF globale.
Erreurs de gain et d'offset
Étant donné que les thermocouples génèrent souvent des signaux très proches de 0 V et ont une gamme d'entrée complète mesurée en millivolts, les erreurs d'offset provenant du matériel de
mesure peuvent contribuer grandement à la précision globale. Plusieurs dispositifs intègrent une fonction de mise à zéro automatique qui mesure automatiquement l'offset interne du circuit. Si un
dispositif supporte la mise à zéro automatique, c'est souvent le meilleur moyen de compenser les erreurs d'offset et la dérive d'offset dans le dispositif de mesure. Consultez la documentation du
matériel pour savoir s'il supporte la mise à zéro automatique. Si la mise à zéro automatique n'est pas supportée, prêtez une attention particulière à la contribution de la spécification de l'erreur
d'offset sur la précision globale du dispositif de mesure, et assurez-vous que le matériel est régulièrement étalonné.
Les erreurs de gain sont proportionnelles à la tension d'entrée ; c'est pourquoi elles ont généralement un impact plus grand lorsque les thermocouples mesurent des températures à la limite de la
gamme supportée.
Erreurs dues au bruit
Les signaux de sortie d'un thermocouple sont généralement situés dans la gamme des millivolts, ce qui les rend sensibles au bruit. Le bruit peut être introduit soit par l'environnement externe, soit
par le matériel de mesure. Des filtres passe-bas sont couramment utilisés dans les systèmes d'acquisition de données par thermocouples pour éliminer efficacement le bruit haute fréquence dans
ce type de mesures. Par exemple, les filtres passe-bas sont utiles pour éliminer le bruit généré par les lignes électriques à 50 et 60 Hz, présent dans de nombreuses installations de laboratoires et