Un thermocouple est un dispositif de mesure de la température qui est exposé à un processus afin de déterminer sa température. Un puits thermométrique est une structure qui entoure la sonde du thermocouple (ou RTD) et la protège des aspects du processus tels que les débits de fluide ou les matériaux caustiques ou dégradants. Les puits thermométriques sont également utilisés pour maintenir l'intégrité des limites de pression dans les systèmes.
Les puits thermométriques sont utilisés pour protéger les capteurs de température tels que les thermocouples, les thermistances et les thermomètres bimétalliques contre les dommages causés par une pression excessive, la vitesse des matériaux et la corrosion. Ils augmentent également la longévité du capteur, permettent de le remplacer sans vidanger le système et réduisent le risque de contamination. Les puits thermométriques conçus pour les applications à haute pression sont généralement usinés à partir de barres afin de garantir leur intégrité. Les puits thermométriques plus petits destinés à être utilisés dans des environnements à basse pression peuvent être fabriqués à partir de tubes dont une extrémité est fermée par soudure.
Types de puits thermométriques
Les puits thermométriques sont classés en fonction de la conception de leur tige. Un puits thermométrique droit a le même diamètre sur toute sa longueur d'insertion et offre une protection contre la corrosion et l'érosion. Les sondes thermométriques étagées ont généralement un diamètre de ¾" au sommet, qui est réduit à ½" près de l'extrémité. La surface réduite permet des vitesses plus régulières et une réponse plus rapide à la température pour les dispositifs de détection. Les sondes thermométriques coniques ont un diamètre qui diminue progressivement sur toute la longueur d'insertion. Ils offrent une résistance supérieure ainsi que des temps de réponse rapides aux changements de température. Les sondes thermométriques coniques sont le plus souvent utilisées dans les applications à grande vitesse. Des études de cas réalisées sur des sondes thermométriques droits et coniques utilisées dans des gazoducs ont montré que les thermocouples droits subissaient un défaut prématuré lorsqu'ils étaient exposés à des vibrations induites par le débit.
Conception à souder par emboîtement 
Sonde thermométrique fileté à usage intensif 
Sondes thermométriques filetées standard Type de connexion
Les sondes thermométriques peuvent être connectées à une tête RTD, thermistance ou thermocouple à l'aide de plusieurs types de connexion différents. Voici quelques-uns des plus courants :
- Sonde thermométrique fileté
- À souder
- À souder par emboîtement
- Joint torique
- Bride
Les raccords filetés sont fabriqués à partir de matériaux pouvant être soudés ou brasés et offrent une résistance supplémentaire. Dans les processus où les contaminants provenant des filetages doivent être évités, comme dans les industries alimentaire et pharmaceutique, les raccords à souder sont couramment utilisés. Les raccords à joint torique utilisent un joint torique pour assurer l'étanchéité à l'intérieur d'un manchon soudé à un réservoir. La construction à double soudure de la sonde thermométrique à bride ANSI B16.5 scelle les joints ouverts à l'intérieur et à l'extérieur afin d'empêcher les substances corrosives de pénétrer dans les interstices.
Sondes thermométriques à bride Diamètre intérieur
Dans les processus où plusieurs types d'appareils de mesure sont utilisés, le choix d'un diamètre intérieur standard offre une plus grande flexibilité. Il permet d'utiliser un seul doigt de gant pour un thermocouple, un RTD, un thermomètre bimétallique ou un thermomètre d'essai. Ces diamètres d'alésage standard s'adaptent aux dispositifs de détection de température les plus couramment utilisés et comprennent les éléments suivants :
Alésage de 0,26 pouce de diamètre :
Thermomètres bimétalliques à tige de ¼ pouce Thermocouples de calibre 20 Thermomètres de test en verre sans armature contenant un liquide Autres dispositifs d'un diamètre maximal de 0,25 pouce
Alésage de 0,385 po de diamètre :
Thermocouples de calibre 14 Thermomètres à liquide dans du verre blindés Autres dispositifs d'un diamètre maximal de 0,35 po
Sélection des matériaux
Le choix du matériau approprié est essentiel à la longévité d'une sonde thermométrique. Le type de produit chimique, la température et le débit auxquels la sonde thermométrique sera exposée doivent être pris en compte lors du choix du matériau. Les effets corrosifs des produits chimiques augmentent à des concentrations et des températures plus élevées. De plus, les particules en suspension dans les liquides peuvent provoquer une érosion. La liste suivante comprend certains des matériaux les plus fréquemment utilisés pour la fabrication des sondes thermométriques :
- Aciers au carbone
- Aciers au chrome/molybdène
- Soudure par emboîtement
- Acier inoxydable
- Incoloy®
- Inconel®
- Monel®
- Hastelloy®
- Alliage Haynes®
- Titane
Les aciers au carbone ont une faible résistance aux substances corrosives et sont limités à des applications à basse température et basse pression. Le matériau le plus couramment utilisé pour les puits thermométriques est l'acier inoxydable. Un puits thermométrique en acier inoxydable est économique et très résistant à la chaleur et à la corrosion. L'acier au chrome/molybdène est un acier inoxydable à haute résistance utilisé pour les récipients sous pression. L'ajout de molybdène améliore la résistance à la corrosion. L'alliage Haynes est composé de cobalt, de nickel, de chrome et de tungstène. Il est le plus souvent utilisé dans les environnements contenant du sulfure, de la coke et du chlore.
Longueur d'insertion
La longueur d'insertion est la distance entre le point de connexion de la sonde thermométrique et l'extrémité. Pour obtenir la plus grande précision possible, la longueur d'insertion doit être suffisamment longue pour permettre à toute la partie sensible à la température du dispositif de mesure de s'étendre dans le milieu à mesurer. Lors de la mesure de la température de liquides à l'aide d'un capteur de température, l'appareil doit être plongé dans la solution sur une longueur égale à la partie sensible à la température plus un minimum d'un pouce. Pour le gaz ou l'air, il doit être immergé sur une longueur d'immersion égale à la partie sensible à la température plus trois pouces supplémentaires. La partie sensible à la température d'un thermocouple ou d'une thermistance est courte ; par conséquent, un puits thermométrique avec une longueur d'insertion plus courte peut être utilisé. La partie sensible à la température des thermomètres bimétalliques, des RTD et des thermomètres à liquide dans le verre mesure entre 1 et 2 pouces et doit être immergée d'au moins 2½ pouces dans le liquide pour obtenir une précision acceptable.
Conclusion
Tous les dispositifs de détection de température sont susceptibles de se détériorer lorsqu'ils sont exposés au débit, à la chaleur et à la pression. Au fil du temps, l'environnement de traitement difficile peut affecter les performances ainsi que l'intégrité structurelle du capteur. Par exemple, les métaux utilisés dans la fabrication d'une sonde à thermocouple sont vulnérables aux environnements corrosifs. De plus, le fil du thermocouple mesure en moyenne 0,10 à 0,20 pouce de diamètre et subit des changements métallurgiques en cas d'exposition prolongée à la chaleur. Les puits thermométriques protègent le capteur de mesure des effets néfastes de l'environnement de traitement afin d'éviter toute dérive de mesure. Toutes les données de température pour les processus critiques doivent être documentées à l'aide d'appareils d'enregistrement tels que des régulateurs de température. De plus, tous les capteurs de température utilisés dans ces processus doivent être étalonnés périodiquement afin de vérifier leur précision. Les calibrateurs à bloc sec offrent un étalonnage traçable NIST pour les sondes à thermistance, à thermocouple et à résistance. Les équipements sans contact tels que les caméras thermiques et les pyromètres, les calibrateurs à corps noir infrarouge offrent une précision de 1 %, mais avec une répétabilité élevée. Bien que les étalonnages puissent être effectués en interne, un laboratoire d'étalonnage accrédité AS17025 garantira que les méthodes utilisées sont traçables NIST.
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