Couple thermoélectrique
Deux soudures entre des métaux différents soumises à des températures différentes
créent une force électromotrice. C'est l'effet Seebeck qui est en fait la superposition
de l'effet Peltier (Si un courant parcourt un circuit constitué de deux métaux
différents, il y a échange d'énergie calorifique entre le milieu ambiant et
la soudure) et l'effet Thomson (Il existe une différence de potentiel entre
les extrémités d'un conducteur dont les extrémités sont à des températures différentes).
Comme
la fem est fonction de la différence de température entre les deux soudures,
il faut disposer d'une source qui donne une température de référence (en général
la "soudure froide").
En milieu industriel, on travaille avec
des couples à une seule soudure et un système qui compense l'absence de
la soudure froide. Ce système peut être un cable constitué de métaux dont les
soudures avec les fils du couple compensent l'écart entre la température
ambiante et celle de référence ou une tension de décalage.
En laboratoire
on travaille avec une source froide. On utilise souvent un vase Dewar contenant
de l'eau pure avec de la glace d'eau pure sous pression ambiante ( 0 °C).
L'amplitude
de l'effet est très variable selon la nature des fils utilisés.
De multiples
associations de métaux et d'alliages ont été testées et les couples les plus
intéressants ont été normalisés.
Le couple le plus sensible est le
couple E constitué de Chromel (alliage de 90% de nickel et de 10% de chrome)
et de Constantan (alliage de 55% de nickel et de 45% de cuivre). Sa fem varie
de 68 µV par °C au voisinage de 100 °C.
Avantages : Faible coût, faible
inertie, facilité de mise en oeuvre, mesures ponctuelles.
Inconvénients
: Non linéaires, nécessitent un vieillissement, nécessitent un couplage
thermique qui augment l'inertie, nécessitent souvent une gaine de protection.
Pour
les couples utilisés en milieu industriel on trouve des tables V = f( t ) ainsi
que des formules qui permettent de calculer V( t ) et t ( V ).
On peut par
exemple utiliser celles du site http://srdata.nist.gov/its90.
(norme ITS-90).
Remarque : Le fait de brancher un appareil de mesure dans
le circuit du thermocouple introduit des jonctions supplémentaires. Il faut
que celles-ci soient à la même température sans quoi on introduit des fem supplémentaires.
Le programme simule les couples E et J (Fer-Constantan). Pour ces deux couples,
il est possible de représenter la fonction V( t ) par un polynome.
Pour le
couple E j'ai utilisé la norme ITS-90 gamme 0 °C - 1000 °C (polynome du 10 ième
degré) et pour le couple J la norme ITS-90 gamme -210 °C - 760 °C (polynome
du 8 ième degré).
Bien que la simplicité du programme ne
l'impose pas, j'ai utilisé le schéma de Horner pour effectuer le calcul des
polynomes.
Le polynome y = a0.x0 + a1.x1
+ a2.x2 + ... + an.xn peut s'écrire
sous la forme y = ((...(an.x + an-1).x + ... + a1).x
+ a0.
Cette méthode évite le calcul des puissances successives
de la variable.