Eléments chauffants, capteurs thermiques et sondes à résistance pour les applications industrielles : Des conseils pour un choix adapté à vos besoins.
Les éléments chauffants, les sondes thermiques et les thermomètres à résistance sont des composants de la technique thermique électrique. Ils font partie des composants fonctionnels, clés d’innombrables produits, systèmes, procédés et technologies. Dans presque tous les domaines de la vie moderne, ils permettent de réguler, de commander et de contrôler les processus thermodynamiques de manière précise et sûre. Généralement invisibles, on les trouve dans les appareils ménagers et les automobiles, dans les installations de fabrication de plastique et d’emballage, dans les appareils médicaux et de laboratoire, dans les systèmes électrotechniques et microélectroniques ainsi que dans de nombreuses applications de l’automatisation industrielle, de la construction mécanique, de la technique des fluides et de la construction d’outils.
Les éléments chauffants servent à apporter de manière ciblée et homogène des valeurs thermiques et calorifiques définies dans les composants, les outils, les procédés et les produits. Ils sont disponibles dans différents designs pour de nombreuses positions de montage et tâches.
Les capteurs thermiques et les sondes à résistance sont quant à eux utilisés pour détecter, mesurer et surveiller rapidement les valeurs (limites) de température. Ils couvrent un large spectre de performances et conviennent, selon le modèle, à différentes situations de raccordement et de montage.
Le développement technique progresse continuellement, tant dans le domaine des éléments chauffants que dans celui des thermocouples/thermomètres à résistance. Outre les exigences croissantes en matière de qualité, d’efficacité énergétique et de flexibilité des produits et des applications, la tendance à la miniaturisation des modules est également à l’origine d’impulsions innovantes. En effet, les éléments chauffants, les capteurs thermiques et les sondes à résistance font partie des composants qui s’intègrent très facilement dans des constructions compactes et peu encombrantes et qui permettent de réaliser des processus thermodynamiques très efficaces. C’est notamment pour cette raison qu’ils servent d’éléments de système fondamentaux pour l’automatisation industrielle et l’assurance qualité.
Éléments chauffants – cartouches fines et tubes souples
Les cartouches chauffantes, les éléments chauffants tubulaires flexibles et les cartouches à tubes spiralés sont les principales formes de construction des éléments chauffants et couvrent un large éventail d’applications techniques.Les cartouches chauffantes sont des éléments chauffants en forme de tige de différentes longueurs, diamètres, géométries et types de raccordement. Elles disposent de différentes certifications VDE, sont conformes aux normes UL et CSA et sont également proposées dans la classe de protection IP67 (étanche à la poussière et à l’eau). Selon le modèle, ils conviennent à des températures maximales allant jusqu’à 750° C. Elles se distinguent par les matériaux de leur enveloppe (par ex. nickel, acier inoxydable) et par leurs propriétés électriques.
Les cartouches chauffantes de la famille de produits hotrod® font partie des éléments centraux des systèmes à canaux chauds de nombreux outils de moulage pour l’injection plastique. Les domaines d’application typiques sont également le chauffage des lames de coupe dans les installations de traitement des textiles, des barres de soudure dans les machines d’emballage sous film et des poinçons de marquage à chaud dans la technique d’identification. D’autres applications sont le chauffage interne des buses de moulage par injection, le chauffage des cylindres de gaufrage des machines de transformation du papier ainsi que la thermorégulation des appareils de laboratoire. Parmi les principaux représentants des cartouches chauffantes, on trouve les cartouches chauffantes de fonderie, les cartouches chauffantes haute performance ainsi que les cartouches chauffantes en spirale rigides, flexibles et équipées de lames de coupe.
Cartouches chauffantes de fonderie
Les cartouches chauffantes de fonderie sont principalement utilisées dans le domaine de la fonderie. L’une de leurs tâches principales consiste à gérer de manière optimale la température de la fonte qui s’écoule dans le moule à travers le col de coulée. Pour faciliter leur installation, elles sont équipées de blocs coudés, d’éléments tubulaires ou de tuyaux métalliques articulés.
Cartouches chauffantes haute performance
Les cartouches chauffantes haute performance se distinguent par leur forme compacte et mince, mais aussi par leur aptitude à travailler à des températures supérieures à 750° C. Elles sont utilisées pour des applications à haute température comme dans les centrales électriques, les hauts fourneaux ou la construction de turbines et de fusées. Elles sont également utilisées de préférence dans les projets de recherche et de développement.
Cartouches chauffantes en spirale
Les cartouches chauffantes en spirale existent en versions rigides et flexibles. Les modèles dotés de lames de coupe en métal dur sont spécialement conçus pour l’utilisation dans le traitement des textiles et des films. Les cartouches chauffantes en spirale simples et rigides sont considérées comme une solution économique avec une longue durée de vie, tandis que les variantes flexibles peuvent être adaptées à l’environnement donné jusqu’à une longueur de 3.000 mm et un rayon de courbure de 15 mm.
Les éléments chauffants tubulaires de la série hotflex® peuvent également être posés de manière très flexible. Grâce à leur flexibilité, ils conviennent aux applications dans lesquelles des températures élevées allant jusqu’à 700° C doivent être amenées par des passages à angle étroit. Ils assurent par exemple un transfert de chaleur optimal et précis dans les plaques chauffantes ou les surfaces de thermostatisation. Ils sont disponibles en sections rondes et carrées de différentes tailles. Ils peuvent être insérés sans outil spécial dans des fraisages prévus à cet effet. Différents types de raccords garantissent une intégration simple dans les systèmes de chauffage et de thermostatisation.Cartouches de tubes spiralés
Les cartouches à serpentin de la série hotspring® constituent un autre grand groupe d’éléments chauffants. Elles sont également disponibles dans de nombreuses formes et tailles avec différentes densités et répartitions de puissance. Selon le modèle, elles ont des sections rondes ou plates ainsi que différentes variantes de raccordement et de mécanismes de serrage pour la fixation dans leur environnement constructif. Le type de mécanisme de serrage a une influence sur l’efficacité du transfert de chaleur entre l’élément chauffant et le moule ou la pièce.
Les cartouches à tube spiralé atteignent des températures d’enveloppe allant jusqu’à 750° C. Parmi leurs principaux domaines d’application, on compte le chauffage des buses et des barres de distribution des canaux chauds des moules dans le moulage par injection de plastique. Dans les machines de fabrication d’emballages en film et en sachet, elles servent à chauffer les règles de soudage et les têtes de scellage. Dans la technique de fonderie et de processus, ils sont utilisés pour tempérer les buses de machines.
Les caractéristiques distinctives des cartouches à tube spiralé sont le nombre et la géométrie de leurs spires. Ils peuvent être cylindriques, en forme d’assiette, de méandres ou de cône, et très denses ou ouverts. Un autre critère de sélection est la charge de surface de l’enveloppe d’une cartouche à tube spiralé lorsqu’elle est montée.
Capteurs thermiques et sondes à résistance
La mesure, la surveillance et la documentation des courbes et des valeurs de température font partie des disciplines les plus importantes dans presque tous les domaines techniques. Les sondes thermiques et les sondes à résistance de la ligne de produits hotcontrol® sont utilisées à cet effet. Elles sont disponibles dans de nombreuses variantes pour de nombreuses situations de raccordement et de montage. Elles sont utilisées dans la fabrication de composants électroniques et électrotechniques ainsi que dans la technique des processus, la chimie, les laboratoires et la technique des procédés, la plasturgie et la construction d’outils. Les capteurs thermiques et les sondes à résistance se distinguent par leur structure et leur fonction. Toutes les versions ont en commun le fait que leurs dimensions suivent la norme DIN 2768-m.
Les capteurs thermiques (thermocouples) sont composés de deux fils de différents matériaux métalliques. Leur fonction repose sur la dépendance entre la température et la tension électrique. Si la température varie au point de mesure, les charges électriques des fils se déplacent de différentes manières et il en résulte une tension électrique qui peut être mesurée et interprétée. Les thermocouples couvrent de grandes plages de température, mais leur précision est limitée.Si les exigences en matière de précision de mesure sont plus élevées, les thermomètres à résistance constituent un meilleur choix. Dans ce cas, la mesure de la résistance s’effectue par le biais d’un conducteur électrique et il existe une relation définie entre la résistance et la température. Elle peut être représentée sous forme de courbe caractéristique. Les thermomètres à résistance pour la technique d’étalonnage disposent par exemple de résistances de mesure en platine enroulées sur un fil. Elles offrent une plage de température détectable allant jusqu’à 400° C et marquent des points avec une grande précision.
Thermocouples – universels pour de nombreuses applications de capteurs
Les thermocouples sont étalonnés selon différents critères. Les types J, K, T et E sont très répandus. Les types R, S et B sont plus rares et conçus pour les applications à haute température. Les thermocouples peuvent détecter de grandes plages de température et conviennent aux applications de précision simple et moyenne. Ils sont également réalisables selon la norme américaine ANSI.
Au sein des sondes thermiques, les thermocouples à gaine occupent une place importante. Ils sont proposés dans de nombreux diamètres (de 0,6 à 6,0 mm) et avec différents câbles de raccordement, leurs dimensions étant conformes aux tolérances de la norme EN 61515. Selon le calibrage, le matériau du fil et la normalisation (IEC, DIN, ANSI), ils peuvent être utilisés pour des plages de mesure allant de -40° C à 760°C ou de -40°C à 1.100 °C. Les thermocouples chemisés font partie des sondes thermiques ayant les plages de mesure les plus grandes et les plus élevées.
Il existe en outre des thermocouples dont les formes de construction spéciales sont adaptées à différentes situations de montage et de fixation. Il s’agit notamment de modèles à enficher et de thermocouples à baïonnette. Il existe également des thermocouples coudés, des thermocouples de surface ainsi que des variantes avec une géométrie de collier de serrage, avec des anneaux de fixation ou encore pour un montage par bride. Selon la variante, ils répondent aux normes DIN ou CEI et conviennent pour des mesures de 0°C à 260°C, 0°C à 360°C ou 0°C à 400°C.Sondes à résistance – solution en platine pour une très grande précision
Parmi les sondes à résistance, ce sont surtout les sondes à résistance chemisées qui ont une grande importance. Ils disposent de conducteurs électriques en platine et se distinguent par le type de câble de raccordement (PFA, GLS, silicone) et les possibilités de raccordement. Les thermomètres à résistance chemisée en platine de type Pt100, qui présentent une résistance électrique de 100 Ω à 0° C, sont très répandus. Le deuxième type important a une résistance électrique de 1 000 Ω à 0° C et porte la désignation Pt1000. Ces deux types conviennent pour des plages de mesure allant de -60° à 600°C.
En outre, il existe également différentes formes de construction au sein des sondes à résistance, adaptées aux possibilités de montage de différents environnements constructifs. Les variantes avec tête de mesure coudée, à insérer ou à enfoncer et avec différentes fermetures à baïonnette sont importantes à cet égard. Selon le modèle, ces sondes à résistance couvrent des plages de mesure de 0° C à 360° C ou de 0° C à 400° C.
Capteurs thermiques et thermomètres à résistance pour la construction automobile
Pour la construction automobile, il existe des thermocouples et des sondes à résistance adaptés à l’utilisation dans les compartiments moteur, les catalyseurs, les turbocompresseurs, les carters d’huile et les lignes d’échappement. Il s’agit notamment de thermocouples à gaine prêts à monter et de thermomètres à résistance à gaine de platine avec écrous-raccords et à visser pour des plages de mesure de -40° C à 1100° C ou de -60° C à 600° C.
Les thermocouples à fil et les versions autocollantes pour un montage facile en surface pour les plages de mesure de 0° C à 260° C sont également conçus sur mesure pour l’utilisation dans l’automobile. Pour les plages de mesure plus élevées, de 0° C à 860° C, les variantes avec tête de mesure à ressort, les sondes de mesure à friction ainsi que les thermocouples à enficher conviennent pour surveiller les températures des disques de frein.
Capteurs thermiques et sondes à résistance de haute résistance
Pour les applications nécessitant une grande stabilité thermique et mécanique, notamment au niveau de la zone de transition entre la pointe de mesure et le câble de raccordement, il existe des thermocouples et des sondes à résistance avec des douilles de transition en un matériau hybride innovant. Avec un manchon de transition résistant à la chaleur jusqu’à 400° C, ils offrent une sécurité de fonctionnement et une durée de vie élevées, même dans des conditions extrêmes.
Images: HOTSET, Adobe Stock
