Sondes à résistance et thermocouples Manuel de référence

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1 Manuel de référence Sondes à résistance et thermocouples Manuel de référence

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3 Manuel de référence Sonde à résistance et thermocouple Conseils de montage et d installation pour les thermomètres à résistance et les ensembles thermocouples AVIS IMPORTANT Lire ce manuel avant d utiliser le produit. Pour garantir la sécurité des personnes et des biens, ainsi que le fonctionnement optimal du produit, s assurer de bien comprendre le contenu du manuel avant d installer, d utiliser ou d effectuer l entretien du produit. Pour plus d informations, nous contacter. PRUDENCE Le produit décrit dans ce document N est PAS conçu pour les applications de type nucléaire. L emploi d instruments non certifiés dans des installations nucléaires risque d entraîner des mesures inexactes. Veuillez vous renseigner auprès de votre représentant commercial Emerson Process Management local pour toute installation de type nucléaire.

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5 Manuel de référence Sonde à résistance et thermocouple Table des matières SECTION 1 Introduction SECTION 2 Mesure de la température avec des thermomètres à résistance SECTION 3 Mesure de la température avec des thermocouples SECTION 4 Assemblage du boîtier Comment utiliser ce manuel Consignes de sécurité Description et principe de mesure Structure Méthodes de raccordement Champs d application Description et principe de mesure Installation des tubes de protection Fils et raccordements Champs d application Règles et instructions Contraintes Couple Assemblage du boîtier Installation d un boîtier céramique Raccordement de transmetteurs ANNEXE A Ecarts limites applicables aux valeurs de base ANNEXE B Ecarts limites applicables aux thermocouples

6 Sonde à résistance et thermocouple Manuel de référence Table des matières-2

7 Manuel de référence Section 1 Sonde à résistance et thermocouple Introduction Comment utiliser ce manuel page 1-1 Consignes de sécurité page 1-1 COMMENT UTILISER CE MANUEL Ce manuel explique comment installer, configurer, utiliser et dépanner les produits de la série Rosemount Il inclut également les spécifications et d autres informations importantes. Section 2 : Mesure de la température avec des thermomètres à résistance Contient des informations sur la description et le principe de mesure, la structure, les méthodes de raccordement et les champs d application. Section 3 : Mesure de la température avec des thermocouples Contient des informations sur la description et le principe de mesure, l installation des tubes de protection, les fils et les raccordements, et les champs d application. Section 4 : Assemblage du boîtier Contient des informations sur les règles et les règlements applicables aux produits de la série Rosemount Annexe A : Ecarts limites applicables aux valeurs de base Présente un tableau répertoriant les écarts limites applicables aux valeurs de base selon les normes DIN CEI 751 et DIN Annexe B : Ecarts limites applicables aux thermocouples Présente un tableau répertoriant les écarts limites applicables aux thermocouples selon la norme DIN CEI CONSIGNES DE SÉCURITÉ Certaines des procédures et instructions contenues dans ce manuel peuvent nécessiter des précautions spéciales pour assurer la sécurité du personnel. Se reporter aux consignes de sécurité indiquées au début de chaque section avant d effectuer toute opération.

8 Sonde à résistance et thermocouple Manuel de référence 1-2

9 Manuel de référence Section 2 Sonde à résistance et thermocouple Mesure de la température avec des thermomètres à résistance Description et principe de mesure page 2-1 Structure page 2-1 Méthodes de raccordement page 2-3 Champs d application page 2-4 DESCRIPTION ET PRINCIPE DE MESURE La mesure de la température avec des thermomètres à résistance est basée sur une propriété commune à tous les conducteurs et les semi-conducteurs, à savoir que leur résistance varie en fonction de la température. Cette propriété est plus ou moins marquée selon le matériau utilisé. La variation relative de la résistance en fonction de la température (dr/dt), appelée «coefficient de température», n est généralement pas constante sur la plage de température concernée, mais est elle-même fonction de la température. C est pour cette raison que la relation mathématique entre résistance et température a la forme d un polynôme d ordre élevé. La Figure 2-1 montre la variation de la résistance en fonction de la température pour un thermomètre à résistance type Pt100. Figure 2-1. Courbe caractéristique Pt100 R t STRUCTURE La sonde de température à résistance est composée d une bobine de platine enroulée autour d un support adapté. La bobine de fil métallique est soit fondue dans du verre, soit incorporée dans de la céramique. Pour satisfaire les besoins actuels portant sur des dimensions plus compactes et des valeurs de résistance plus élevées, on utilise des couches de platine extrêmement minces appliquées sur un substrat céramique à la place de fils métalliques (voir Figure 2-2).

10 Sonde à résistance et thermocouple Manuel de référence Figure 2-2. Thermomètres à résistance bobinée à support verre ou céramique et à couches minces Fils Fils de de raccordement raccordement Support en verre Bobine de mesure Gaine de verre Fils de raccordement Verre Bobine de mesure Tube céramique Poudre d oxyde d aluminium Verre Fils de raccordement Bague anti-traction Bobine de mesure Substrat céramique Ces éléments de mesure sont généralement installés dans des tubes de protection (inserts de mesure) adaptés pour les protéger contre les dommages mécaniques. Cela permet également de faciliter leur remplacement en évitant d avoir à remplacer l installation complète. Comme les thermomètres à résistance sont des sondes de température de contact (la sonde doit atteindre la température du milieu dans lequel la mesure est à effectuer), le boîtier doit être adapté à l application (voir Figure 2-3). Figure 2-3. Modules de thermomètres à résistance Résistance de mesure Insert de mesure Boîtier 2-2

11 Manuel de référence Sonde à résistance et thermocouple MÉTHODES DE RACCORDEMENT Lorsqu on utilise des thermomètres à résistance pour procéder à des mesures de température, il faut tenir compte du fait que la résistance du fil sélectionné a un impact sur le résultat de la mesure. Trois types de circuits sont couramment utilisés : les circuits à 2 fils, à 3 fils et à 4 fils. Les mesures les plus précises sont obtenues avec les circuits à 4 fils, car dans ce cas elles ne sont pas affectées par la résistance ni par la température ambiante des fils (voir Figure 2-4). Les circuits à 3 fils permettent normalement d éliminer la résistance des fils (pont de Wheatstone). Dans le cas des circuits à 2 fils, la résistance des fils est intégralement mesurée par le pont de mesure. En utilisant un équipement de régulation moderne, il est possible de compenser la résistance des fils sur un circuit à 2 fils avec une résistance compensatrice de ligne, qui est indépendante de la température. Figure 2-4. Méthodes de raccordement Vers l unité de mesure Vers l unité de mesure Vers l unité de mesure 2-3

12 Sonde à résistance et thermocouple Manuel de référence CHAMPS D APPLICATION Les thermomètres à résistance peuvent être utilisés sur une plage de température de 220 C à +600 C. Ils offrent les avantages suivants : Plages de température étendues Résistance aux vibrations Insensibilité aux interférences électriques Stabilité à long terme Conception robuste Haute précision Les thermomètres à résistance sont couramment utilisés dans les secteurs d activité suivants : Industrie chimique Industrie pétrochimique Industrie pharmaceutique Production d énergie Industrie mécanique Industrie agroalimentaire Industrie minière 2-4

13 Manuel de référence Section 3 Sonde à résistance et thermocouple Mesure de la température avec des thermocouples Description et principe de mesure page 3-1 Installation des tubes de protection page 3-3 Fils et raccordements page 3-3 Champs d application page 3-3 DESCRIPTION ET PRINCIPE DE MESURE Un thermocouple est composé de deux conducteurs électriques de matériaux différents reliés entre eux à une extrémité (jonction de mesure). Les deux extrémités libres constituent un point de compensation, soit une jonction de référence. Le thermocouple peut être étendu à l aide d un câble prolongateur ou d un câble de compensation, lui-même raccordé à un instrument de mesure, comme un galvanomètre ou une unité de mesure électronique (voir Figure 3-1). Figure 3-1. Jonction de référence Câble prolongateur/ câble de compensation Point de raccordement Jonction de mesure Le tension thermo-électrique au niveau de la jonction de référence dépend du matériau de fil du thermocouple et de la différence de température entre la jonction de mesure et la jonction de référence. Pour les mesures de température, la température de la jonction de référence doit être maintenue constante (par ex. : 0 C) ou doit être connue avec précision pour apporter la correction voulue en mv (voir Figure 3-2).

14 Sonde à résistance et thermocouple Manuel de référence Figure 3-2. Fil de cuivre Jonction de référence Câble prolongateur/ câble de compensation Point de raccordement Jonction de mesure Les câbles prolongateurs sont à base du même matériau que le thermocouple correspondant (par ex. : Cu-CuNi, Fe-CuNi). Les câbles de compensation sont à base de matériaux spéciaux. Jusqu à 200 C, les câbles de compensation fournissent la même tension thermo-électrique que les thermocouples auxquels ils sont raccordés. Les tensions thermo-électriques des thermocouples sont établies sur la base de séries de valeurs dites «de base». Par ex. PtRh30 %-PtRh6 % Type B Fe-CuNi Type J NiCr-NiAl Type J PtRh87/13 %-Pt Type R PtRh90/10 %-Pt Type S et autres selon DIN CEI et Fe-CuNi Type L Cu0CuNi Type U Ces thermocouples ne sont plus adaptés pour utilisation dans les nouvelles installations (tension thermo-électrique selon DIN 43710). Les tables de valeurs de base sont disponibles sur demande uniquement dans les locaux du fabricant. Comme le câble de compensation d un thermocouple doit être à base d un matériau adapté au type de thermocouple en question, les fils de compensation sont à code couleur. Pour les câbles de compensation normalisés, les règles stipulées dans le document DIN EN s appliquent. Il faut tenir compte des températures maximales indiquées par le fabricant. La plupart des thermocouples sont fournis «prêts à l emploi», c est-à-dire dans un châssis-support de protection destiné à les protéger contre les forces mécaniques ou l attaque chimique. 3-2

15 Manuel de référence Sonde à résistance et thermocouple INSTALLATION DES TUBES DE PROTECTION FILS ET RACCORDEMENTS CHAMPS D APPLICATION Les tubes de protection des thermocouples doivent être adaptés aux conditions d exploitation particulières. Les thermocouples à base de métaux précieux sont toujours protégés par un tube céramique, même si l unité est équipée d un châssis-support de protection métallique. A des températures élevées, il est préférable d installer les tubes de protection verticalement lorsque c est possible c est-à-dire en suspension, pour éviter tout risque de déformation par flexion du tube de protection et du thermocouple. Si les conditions spécifiques en vigueur sur le site rendent une installation horizontale inévitable, les tubes de protection longs doivent être soutenus de façon adéquate. Lors de la pose et du raccordement des câbles prolongateurs et de compensation, il faut veiller à raccorder le pôle positif du thermocouple à la borne positive de l appareil de mesure indicateur. En cas d utilisation de câbles prolongateurs ou de compensation, il faut veiller à ne pas intervertir le conducteur positif et le conducteur négatif. Les fils négatif et positif portent une marque correspondante pour éviter les risques d erreur. Toutes les connexions doivent être bien assujetties et solidement serrées. Il est préférable que la borne positive et la borne négative aient le même potentiel de température. Les câbles de compensation entre le thermocouple et l appareil de mesure indicateur doivent être conformes aux spécifications applicables aux fils isolés dans les systèmes électriques (VDE 0250). Dans certains cas exceptionnels, les règlements concernant les fils isolés dans les systèmes de télécommunications (VDE 0810) peuvent s appliquer. Dans la plage de température négative, les thermocouples peuvent être utilisés jusqu à 200 C. Pour les températures supérieures à C, il convient d utiliser des thermocouples à base de platine et d alliages platine-rhodium. Les thermocouples offrent les avantages suivants : Plages de température très étendues Réponse rapide Conception compacte Très haute résistance aux vibrations Stabilité à long terme Conception robuste Les thermocouples sont couramment utilisés dans les secteurs d activité suivants, entre autres : Industrie chimique Industrie pharmaceutique Production d énergie Industrie mécanique Industrie agroalimentaire Industrie minière Industrie sidérurgique Industrie céramique et verrerie 3-3

16 Sonde à résistance et thermocouple Manuel de référence 3-4

17 Manuel de référence Section 4 Sonde à résistance et thermocouple Assemblage du boîtier Règles et instructions page 4-1 Contraintes page 4-1 Couple page 4-1 Assemblage du boîtier page 4-1 Installation d un boîtier céramique page 4-2 Raccordement de transmetteurs page 4-2 RÈGLES ET INSTRUCTIONS Contraintes Couple Assemblage du boîtier Veuillez suivre les instructions ci-après pour l assemblage du boîtier. VDE/VDI 3511 Consignes techniques pour la mesure de la température VDE/VDI 3512 Préparation aux mesures de température AD notices d instruction (1) Groupe de travail sur les cuves sous pression TRB instructions techniques pour la construction de réservoirs (1) Vd règlements TDV (1) Les contraintes indiqués sur le dessin s appliquent au boîtier fourni. Les indications de charge, incluses dans les normes correspondant à chaque type, sont valables pour les boîtiers conformes aux normes DIN et DIN Couples de démarrage pour les raccords filetés de type à visser Applicables aux raccords filetés de type à visser selon les normes DIN et DIN 43772, ainsi qu aux boîtiers comparables selon les spécifications du client. G 3 /8, G 1 /2 50 Nm G 3 /4 100 Nm Les couples de démarrage ci-dessus s appliquent également aux bagues d accouplement de filetages similaires. Assemblage des boîtiers munis d une bride d assemblage Le joint doit être sélectionné sur la base des spécifications. Prévoir un support adéquat au cours de l insertion du joint. Serrer les vis de fixation en croix en appliquant un couple de serrage uniforme. (1) A étudier en cas de tubes de type soudé. Choix des matériaux, procédé de soudage et essai de résistance à la pression selon les conditions d exploitation.

18 Sonde à résistance et thermocouple Manuel de référence Installation d un boîtier céramique Raccordement de transmetteurs Installation d un boîtier céramique dans des installations à la température de service Température de l installation : 1600 C ; vitesse d insertion : 1 2 cm/min C ; vitesse d insertion : cm/min. En cas de raccordement d un transmetteur, suivre les instructions d installation, de connexion et d essai du fabricant. 4-2

19 Manuel de référence Annexe A Sonde à résistance et thermocouple Ecarts limites applicables aux valeurs de base Tableau A-1. Ecarts limites applicables aux valeurs de base selon DIN CEI 751 et DIN Eléments de sonde à résistance en platine selon DIN CEI 751 Valeurs de base Eléments de sonde à résistance au nickel selon DIN Classe A Eléments de sonde à résistance en platine selon DIN CEI 751 Ecarts limites Classe B Eléments de sonde à résistance au nickel selon DIN C ohms ohms/k ohms ohms/k ohms Corresp. C ohms Corresp. C ohms Corresp. C ,49 0,44 ±0,24 ±0,55 ±0,56 ±1, ,25 0,41 ±0,14 ±0,35 ±0,32 ±0, ,5 0,47 ±1,0 ±2, ,0 0,39 100,0 0,55 ±0,06 ±0,15 ±0,12 ±0,3 ±0,2 ±0, ,5 0,38 161,8 0,69 ±0,13 ±0,35 ±0,30 ±0,8 ±0,8 ±1, ,84 0,37 240,7 0,90 ±0,20 ±0,55 ±0,48 ±1,3 ±1,6 ±1, ,2 1,04 ±2,3 ±2, ,02 0,35 ±0,27 ±0,75 ±0,64 ±1, ,04 0,34 ±0,33 ±0,95 ±0,79 ±2, ,90 0,33 ±0,38 ±1,15 ±0,93 ±2, ,59 0,33 ±0,43 ±1,35 ±1,06 ±3, ,13 0,31 ±1,17 ±3, ,71 0,30 ±1,28 ±4, ,26 0,29 ±1,34 ±4,6 A-1

20 Sonde à résistance et thermocouple Manuel de référence A-2

21 Manuel de référence Annexe B Sonde à résistance et thermocouple Ecarts limites applicables aux thermocouples Tableau B-1. Ecarts limites applicables aux thermocouples selon DIN CEI Classe (1) Ecarts limites (2) 0,5 C ou 0,004 x t 1 C ou 0,0075 x t 1 C ou 0,015 x t (a) Les écarts limites s appliquent aux plages de températures suivantes : Type T 40 C à 350 C 40 C à 350 C 200 C à 40 C Ecarts limites (2) 1,5 C ou 0,004 x t 2,5 C ou 0,0075 x t 2,5 C ou 0,015 x t (±) Les écarts limites s appliquent aux plages de températures suivantes : Type E 40 C à 800 C 40 C à 900 C 200 C à 40 C Type J 40 C à 750 C 40 C à 750 C Type K 40 C à C 40 C à C 200 C à 40 C Ecarts limites (2) 1 C ou [(1+9t 1100) x 003] C 1,5 C ou 0,0025 x t 4 C ou 0,005 x t (±) Les écarts limites s appliquent aux plages de températures suivantes : Types R et S 0 C à C 0 C à C Type B 600 C à C 600 C à C (1) Les thermocouples et les fils de thermocouple sont généralement fournis avec des écarts limites selon le tableau ci-dessus, valables pour une plage de température supérieure à 40 C. Il se peut que les écarts limites applicables à des thermocouples à base des mêmes matériaux soient dépassés à des températures inférieures à 40 C, comme indiqué pour la classe de tolérance 3 selon DIN CEI A la demande de l acheteur, il est possible de fournir des thermocouples conformes aux classes de tolérance 1, 2 ou 3 par sélection de matériaux spéciaux. (2) Les écarts limites applicables aux thermocouples sont indiqués en degrés centigrades ou sous forme de pourcentage de la température mesurée en degrés centigrades. La plus grande valeur des deux s applique. t = températures en degrés centigrades B-1

22 Sonde à résistance et thermocouple Manuel de référence B-2

23 Manuel de référence Index Sonde à résistance et thermocouple A AD notices d'instruction alliages platine-rhodium assemblage du boîtier attaque chimique B bagues d'accouplement bobine de platine borne positive C câble de compensation câbles de compensation câbles prolongateurs céramique châssis-support de protection châssis-support de protection métallique circuits à 2 fils circuits à 3 fils circuits à 4 fils code couleur coefficient de température conception , 3-3 conducteur négatif conducteurs , 3-1 considérations environnementales considérations d ordre environnemental D dimensions compactes DIN DIN DIN CEI B-1 DIN EN dommages mécaniques E Ecarts limites A-1, B-1 éléments de mesure F fil négatif fil positif fils de compensation fonction de la température forces mécaniques G galvanomètre I indépendante de la température..2-3 indications de charge insensibilité installation horizontale installation verticale recommandée 3-3 interférences électriques J joint jonction de mesure jonction de référence L La M matériau de fil mesure de température , 3-1 modules de thermomètres à résistance mv N normes P plage de température platine pôle positif pont de mesure potentiel de température précision Principe de mesure R raccords filetés de type à visser remplacement réponse résistance , 2-4 résultat de la mesure S semi-conducteurs sonde de température à résistance sondes de température de contact spécifications HART et Foundation Fieldbus A-1 stabilité , 3-3 substrat céramique support T température maximale tension tension thermo-électrique thermocouple , 3-2 thermocouples à base de métaux précieux thermocouples en platine thermomètre à résistance Pt thermomètres à résistance. 2-1, 2-2 TRB instructions techniques pour la construction de réservoirs tube céramique tubes de protection , 3-3 U unité de mesure électronique V valeurs de base a-1 valeurs de résistance supérieures 2-1 Vd règlements TDV VDE/VDI VDE/VDI verre vibrations vis de fixation

24 Sonde à résistance et thermocouple Manuel de référence Index-2

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26 Manuel de référence Les conditions de vente standard sont disponibles sur Internet à l adresse suivante : Le logo Emerson est une marque de commerce et une marque de service d Emerson Electric Co. Rosemount, le logo Rosemount et Hot Backup sont des marques déposées de Rosemount Inc. HART est une marque déposée de HART Communication Foundation. FOUNDATION est une marque commerciale de Fieldbus Foundation. PlantWeb est une marque déposée de l une des sociétés d Emerson Process Management. Téflon est une marque déposée de E.I. du Pont de Nemours & Co. Toutes les autres marques sont la propriété de leurs détenteurs respectifs. Emerson Process Management Emerson Process Management 14, rue Edison B. P. 21 F Bron Cedex France Tél. : (33) Fax : (33) Rosemount Temperature GmbH Frankenstrasse Karlstein Allemagne Tél. : 49 (6188) Fax : 49 (6188) Emerson Process Management AG Blegistrasse 21 CH-6341 Baar Suisse Tél. : (41) Fax : (41) info.ch@emersonprocess.com Emerson Process Management Asia Pacific Private Limited 1 Pandan Crescent Singapour Tél. : (65) Fax : (65) Enquiries@AP.EmersonProcess.com Emerson Process Management nv/sa De Kleetlaan, 4 B-1831 Diegem Belgique Tél. : (32) Fax : (32) Rosemount, Inc Market Boulevard Chanhassen, MN Etats-Unis Tél. (Etats-Unis) : Tél. (international) : (952) Fax : (952) Rév. BA, 09/09