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ThermaCAM E2
Support de formation
ThermaCAM E2
Programme
• Qui est FLIR ?
• Bases de la thermographie
 Rappel sur les transferts thermiques
 Rapide historique sur la théorie des rayonnements
 Le spectre infrarouge
 Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
 Les corps réels - émissivité
• Les caméras de thermographie et présentation de la E2
• Conditions de Mesure par thermographie
• Application en Maintenance
• Mesures sur le terrain
Suggestion de procédures, pièges à éviter, conseils
• Exploitation des données
Installation et mise en route de ThermaCAM Connect
Transfert des fichiers sur le PC
ThermaCAM E2
Qui est FLIR ?
www.flir.com
ThermaCAM E2
FLIR Systems : constructeur de
caméras de Thermographie
Infrarouge
ThermaCAM E2
Le Marché de l’Imagerie
 Lutte contre l’incendie
 Sécurité et
Surveillance
 Systèmes aéroportés
ThermaCAM E2
Le Marché de la Mesure
2 7
8 7
4 0
6 0
8 0
Maintenance Conditionnelle
Surveillance et contrôle de procédés continus
Recherche & Développement / CND
ThermaCAM E2
Introduction à la théorie de la
Thermographie Infrarouge
ThermaCAM E2
1) Rappel sur les transferts thermiques
Conduction
Convection
Rayonnement
2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements
3) Le spectre infrarouge
4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
5) Les corps réels - émissivité
6) Les caméras de thermographie et présentation de la E2
ThermaCAM E2
Transferts thermiques
Différence entre chaleur et température
Dans un matériau, les molécules sont agitées d ’un
mouvement
permanent, à une certaine vitesse.
La température
dépend de la vitesse
moyenne de
déplacement des
molécules (1).
La chaleur dépend de la
vitesse moyenne de
déplacement des
molécules ainsi que de
leur nombre (2).
Chaleur = énergie
ThermaCAM E2
Transferts thermiques
Basse température
= activité faible
Haute température
= activité élevée
Température / activité moléculaire
Barrière
Barrière supprimée. Énergie répartie = même température
ThermaCAM E2
Transferts thermiques
Température / Chaleur
Au zéro absolu,
il n ’y a plus
d ’agitation
moléculaire
(1)
Supposons a) une brique à
50°C, et b) un gravillon à la
même température.
Question :
Que choisissait-on pour
réchauffer un lit froid,
lorsqu’il n ’y avait pas de
chauffage central a) ou b) ?
Pourquoi ?
(2)
ThermaCAM E2
Surfaces
Transferts thermiques - Rayonnement
• La grande
bouilloire rayonne
plus que la petite en
raison de sa plus
grande surface
externe.
ThermaCAM E2
Transferts thermiques
Température / Chaleur
Unités
Température
- Kelvin K, unité absolue de référence
- Degré Celsius (centigrade)
0°C = solidification de l ’eau
100°C =vaporisation de l ’eau
0 K = -273,15°C
- Degré Fahrenheit
Y °F = (1,8 x Z °C) + 32
20°C = 68°F
30°C = 86°F
0°F correspondrait à une température
mesurée en hiver 1709 à Dantzig
Aussi Degré Rankine, Degré Réaumur
Chaleur
- Joule J
- Calorie cal
1 cal = 4,18 J
Quantité de chaleur nécessaire pour
élever de 1°C, un gramme d ’un corps dont
la chaleur massique est égale à celle de
l ’eau à 15°C sous pression de 101325
pascals.
Note : CAL = calorie alimentaire
1 CAL = 1000 cal
ThermaCAM E2
Transferts thermiques
Production chimique
*>47.7°C
*<-11.6°C
-10.0
-5.0
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
Il y a transfert de
chaleur entre
l ’intérieur - chaud -
et l ’extérieur -
froid - où est
disposée la caméra.
La caméra permet
de visualiser le
transfert.
ThermaCAM E2
Transferts thermiques
QUELQUES EFFETS DE LA CHALEUR
• Changement de température
• Expansion volumique
• Changement d ’état : gaz/liquide, liquide/solide, gaz/solide
• Incandescence
• Génération de force électromotrice
• Variation de viscosité
• Variation de paramètres électriques
• Etc...
ThermaCAM E2
Transferts thermiques
Thermographie infrarouge . Exemple
d ’utilisation de la chaleur spécifique : contrôle
de toitures.
Des zones humides présentent
une chaleur spécifique
supérieure aux zones bien
sèches.
La journée, le toit est soumis à
un rayonnement solaire
intense.
La nuit, les zones humides
gardent plus longtemps la
chaleur, et sont perçues
comme des parties chaudes.
Mouillé
ThermaCAM E2
Transferts thermiques
TRANSFERTS DE
CHALEUR
ThermaCAM E2
Transferts thermiques
Il n ’existe que trois modes de transfert de chaleur
- Conduction
- Convection
- Rayonnement
ThermaCAM E2
METAL
Transferts thermiques - Conduction
Du côté de la flamme, les molécules s ’excitent, bougent de plus en
plus rapidement et se cognent avec leurs voisines. Elles échangent
de l ’énergie. De proche en proche, l ’agitation moléculaire se
développe. Le flux de chaleur diffuse.
Dans les solides et les liquides, les molécules sont ordonnées et
la distance moyenne entre elles est bien plus faible que dans
un gaz. On comprendra alors que dans un gaz, la conduction soit
quasiment nulle.
ThermaCAM E2
Transferts thermiques - Conduction
Exemple en thermographie infrarouge
Surveillance de réfractaire.
ThermaCAM E2
Transferts thermiques - Convection
“Milieu fluide”
ThermaCAM E2
Transferts thermiques - Convection
Convection forcée
Surfaces d ’échange ! ! ! !
ThermaCAM E2
Transferts thermiques - Convection
Convection forcée
Exemple de convection
forcée sur un système
de ventilation sur la
vitre avant d’une
voiture.
On remarque la zone
ou le flux d’air est le
plus important.
ThermaCAM E2
Transferts thermiques
Rayonnement
Tous les corps de l’univers émettent un rayonnement d’ondes
électromagnétique.
Ce rayonnement se propage à la vitesse de la lumière.
Il ne nécessite pas de milieu matériel. Il existe dans le vide.
La théorie est connue, la résolution des problèmes est souvent
très difficile, surtout dès qu’il est question d ’interaction
rayonnement/conduction.
ThermaCAM E2
Transferts thermiques - Rayonnement
Pas de matière, pas de fluide.
Fonctionne même dans le vide.
ThermaCAM E2
Prenez une plaque électrique
dans une pièce noire...
Vous alimentez la plaque...
Même si vous ne voyez pas la chaleur émise, vous la
‘sentez’ progressivement
Si la plaque est à la puissance maximum, et si vous ne
mettez pas de casserole dessus, elle va devenir rouge
Au fur et à mesure que la température augmente, les
caractéristiques du rayonnement changent. Une caméra de
thermographie peut ‘voir’ les changements imperceptibles à
l’œil !
Transferts thermiques - Rayonnement
ThermaCAM E2
Transferts thermiques - Rayonnement
L ’énergie infrarouge est similaire à la lumière, excepté qu’elle n’est pas visible à l ’œil
L ’énergie visible du soleil stimule l ’œil
L ’énergie infrarouge du soleil est absorbée (par notre peau)
Les caméras de thermographie mesurent cette énergie.
infrarouge
soleil
soleil
visible
Tous les objets émettent du rayonnement infrarouge.
La quantité émise est d ’autant plus grande que la température est élevée.
Seul les objets très chauds (température > 500°C) émettent du rayonnement ‘ visible’ à
l ’œil.
Les caméras de thermographie ne sont pas sensibles dans le visible.
ThermaCAM E2
Une caméra de thermographie reçoit et mesure un flux thermique infrarouge
d ’une façon similaire à l ’impression que nous laisse un radiateur.
Transferts thermiques - Rayonnement
Les couleurs ne sont qu’apparence
Les températures « colorisées »
ne sont qu’apparence
ThermaCAM E2
Transferts thermiques - Rayonnement
Une caméra de thermographie infrarouge est donc un
appareil qui capte un rayonnement invisible et le restitue
sous forme d’une image visible colorisée.
24,8°C
63,9°C
30
40
50
60
ThermaCAM E2
1) Rappel sur les transferts thermiques
Conduction
Convection
Rayonnement
2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements
3) Le spectre infrarouge
4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
5) Les corps réels - émissivité
6) Les caméras de thermographie
ThermaCAM E2
Rapide historique sur la théorie des rayonnements
Fin du 17ème siècle
1666-1672 Newton découvre la nature composite de la lumière blanche et il émet la
théorie corpusculaire de la lumière (réfraction par un prisme).
ThermaCAM E2
Rapide historique sur la théorie des rayonnements
Début du 19ème siècle
1800 Herschel découvre l ’existence de rayonnements hors du spectre visible
Rayonnement provenant
d’un prisme
Planche inclinée avec
une fente mince
Thermomètres avec
bulbes noircis
ThermaCAM E2
Rapide historique sur la théorie des rayonnements
Seconde moitié du 19ème siècle
1860 Kirchoff propose qu ’un bon absorbeur est aussi un bon émetteur. Corps noir. Loi de Kirchoff.
Transmission t + absorption a + réflexion r = 1
et absorption a =émission e
e
t r
Emission
Transmission
Réflexion
Absorption
ThermaCAM E2
Rapide historique sur la théorie des rayonnements
1855-1864 Maxwell prédit l ’existence des ondes électromagnétiques. Il conclut à une
similitude entre une onde électromagnétique et la lumière, puisque leurs vitesses sont
théoriquement identiques.
1879 Stefan conclu expérimentalement que l ’énergie émise est proportionnelle à T4.
1884 Boltzmann démontre les résultats de Stefan, par des considérations thermodynamiques.
Loi de Stefan Boltzmann.
1887 Hertz confirme expérimentalement la proposition de Maxwell, réussi à créer des ondes,
montre que leur vitesse de propagation est bien celle de la lumière.
Problème : chacun avait des résultats intéressants, mais aucune relation entre ces lois
n ’était possible en physique classique. La théorie et l ’expérience divergeaient (Wien,
Rayleigh).
1900 Planck introduit la quantification d ’échange d ’énergie radiante, discontinue. Loi de
Planck.
Permet de décrire la distribution spectrale des rayonnements, d ’un corps noir.
ThermaCAM E2
Rapide historique sur la théorie des rayonnements
Depuis le début du siècle ……….les capteurs
Guerre 14-18 : Premiers capteurs bolométriques (qui mesurent un flux d’énergie
rayonnante). Détection d ’un homme à 200 m et d ’un avion à 1000 m
A partir de 1929 : Capteurs dans le proche
infrarouge avec cathode Ag/O/Cs et
illuminateur à filament de tungstène.
Caméra mécanique à disque rotatif
Noctovision de Baird.
ThermaCAM E2
Rapide historique sur la théorie des rayonnements
Depuis le début du siècle ……….les capteurs
A partir de 1938 : Capteurs refroidis PbS (< 4 µm), PbTe (< 6 µm), PbSe (< 8 µm)
Guerre 39-45 : Caméra de détection actives utilisées par les armées allemande et alliées.
Sniperscope et Snooperscope US (1945).
A partir de 1955 : Missiles à guidage infrarouge (PbS, PbTe, InSb) : Sidewinder (US 1955)
Falcon (US 1956), Red Top (GB 1957), Firestreak (GB 1958), Matra 530 (F 1959)
A partir de 1960 : Caméras militaires d ’observation (InSb, HgCdTe), puis caméras civiles
etc.……
ThermaCAM E2
1) Rappel sur les transferts thermiques
Conduction
Convection
Rayonnement
2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements
3) Le spectre infrarouge
4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
5) Les corps réels - émissivité
6) Les caméras de thermographie
ThermaCAM E2
Le spectre infrarouge
La limitation de bande spectrale est liée à l ’atmosphère
à la technologie
au référentiel terrestre (gamme
de température habituellement
rencontrée)
Ondes courtes = de 2 à 5,5 µm Ondes longues = de 8 à 12 µm
Longueurs d’onde en micromètres
Gamma
Rays
X-Rays
Ultra-
Violet
Visible Micro-ondes
Infrarouge Radio
UHF VHF
Visible
Infrarouge
2 5 8 12
SW LW
ThermaCAM E2
1) Rappel sur les transferts thermiques
Conduction
Convection
Rayonnement
2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements
3) Le spectre infrarouge
4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
5) Les corps réels - émissivité
6) Les caméras de thermographie
ThermaCAM E2
Le corps noir
Dans le cas général, lorsqu'un corps reçoit un rayonnement EM, une
partie de celui-ci est transmise, une autre est absorbée et le reste est
réfléchi par sa surface.
Rayonnement
reçu par le corps
Rayonnement
réfléchi par le corps
Rayonnement
transmis par le corps
Rayonnement
absorbé par le corps
ThermaCAM E2
Le corps noir
Le corps noir est un objet idéal qui absorbe tous les rayonnements EM
incidents, quels que soient la longueur d ’onde et l ’angle d ’incidence.
Surface interne
absorbante
d d 
2
i
Soit une enceinte dont la surface interne est absorbante
(de façon à limiter autant que possible les phénomènes
de diffusion) et dans laquelle existe une ouverture dS
de dimension très petite par rapport au volume de
l'enceinte.
Le rayonnement qui pénètre par dS va être piégé car la
petite partie du flux incident qui est diffusée sur la
paroi interne est elle-même presque entièrement
absorbée par celle-ci.
Ce n'est donc qu'une infime partie du rayonnement
incident qui ressort par dS et on peut admettre que
l'ouverture dS est un corps noir puisqu'elle a absorbé la
quasi-totalité du flux d2fi.
Si maintenant on remplace l'orifice dS par un morceau de matière M constituant la paroi et que l'intérieur de l'enceinte
comprenne, à l'instant où on bouche l'orifice, diverses parties à des températures différentes, il va y avoir, entre chacune,
un échange thermique par rayonnement jusqu'à ce que la totalité de la surface interne soit à la température T.
Lorsque toutes les parties sont à la même température, elles émettent toujours un rayonnement thermique mais, pour
chacune d'elles, le bilan énergétique est nul (elles reçoivent autant d'énergie qu'elles en émettent).
Ce raisonnement s'applique en particulier à M et comme il absorbe tout le rayonnement qu'il reçoit, il émet également tout
: ainsi, un corps noir est non seulement un absorbeur parfait, mais aussi un émetteur parfait. Le corps noir est, en
quelque sorte, un "étalon de rayonnement" et l'énergie émise par les corps réels est toujours évaluée par rapport à celle
qu'émettrait le corps noir dans les mêmes conditions.
ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
La loi de Planck décrit la distribution spectrale du rayonnement électromagnétique
d ’un corps noir :
Excitance spectrique d'un corps noir à la longueur d'onde .
c = vitesse de la lumière = 3 x 106 m/sec
h = constante de Planck = 6,6 x 10-34 J.s
k = constante de Boltzmann = 1,4 x 10-23 Joule/K
T = température absolue du corps noir exprimée en K
l = longueur d'onde (m)
Note : Le facteur 10-6 est utilisé puisque l'excitance est exprimée en Watts/m² µm.
Si ce facteur est éliminé, la dimension sera Watts/m²m.
   mmWattsx
e
hc
W kThcCN 
l

l l
26
/5
2
/10
1
2 


ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
.
COURBES DE PLANCK
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
260°C (490°F)
20°C (70°F)
Relativeblackbody
radiantemittance
Longueur d’onde (microns)
102
101
1
10-1
10-2
10-3
10-4
0
   mmWattsx
e
hc
W kThcCN 
l

l l
26
/5
2
/10
1
2 


ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
La formule de PLANCK permet de tracer
une famille de courbes pour les différentes
températures. Suivant ces courbes, nous
constatons que le flux de puissance est nul
pour la longueur d'onde l  0 , puis grandit
rapidement pour atteindre un maximum à
une longueur d'onde appelée l  lmax et
décroît lentement vers zéro pour les
longueurs d'onde supérieures.
COURBES DE PLANCK
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 121314
260°C (490°F)
20°C (70°F)
Relativeblackbody
radiantemittance
Longueur d’onde (microns)
102
101
1
10-1
10-2
10-3
10-4
0
Plus la longueur d’onde est faible et la
température du corps élevée, plus l’objet
rayonne.
Un objet chaud émet donc un rayonnement
plus puissant qu’un objet froid et le
rayonnement est émis à des longueurs
d’onde d’autant plus courtes que le corps est
chaud
ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
Longueur d’onde
Corps noir à 25 °C
E
n
e
r
g
i
e
r
a
y
o
n
n
é
e
ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
Longueur d’onde
Corps noir à 300 °C
E
n
e
r
g
i
e
r
a
y
o
n
n
é
e
ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
Longueur d’onde
Corps noir à 750 °C
E
n
e
r
g
i
e
r
a
y
o
n
n
é
e
ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
Longueur d’onde
Corps noir à 6000 °C, le soleil
E
n
e
r
g
i
e
r
a
y
o
n
n
é
e
ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
La dérivée de la formule de Planck, par rapport à la longueur d ’onde, permet d ’obtenir
la position du maximum de chaque courbe.
C ’est la loi de Wien.
Elle indique que plus un corps est chaud, plus son pic d ’émission maximum se
déplace vers les courtes longueurs d ’onde.
 m
T
l
2898
max 
(T en Kelvin)
ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan BoltzmannLe corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
6000
4000
2000
750
300
25
-75
Longueur d’onde
temp. °C
«
P
u
i
s
s
a
n
c
e
»
r
a
y
o
n
n
é
e
 m
T
l
2898
max 
(T en Kelvin)
ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
• Rigel 12000°
• Sirius 10000°
• Soleil, Capella
6000°
• Betelgeuse 3000°
ThermaCAM E2
Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
Loi de STEFAN BOLTZMANN.
On peut aussi démontrer que l ’énergie comprise entre l = 0 et l = lmax représente
seulement 25% du total. Il y a donc 75% de l’autre côté du maximum.
25% 75%
Zone où on
essayera de
préférence
de faire une
mesure car
c’est là où il
y a plus
d’énergie
ThermaCAM E2
1) Rappel sur les transferts thermiques
Conduction
Convection
Rayonnement
2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements
3) Le spectre infrarouge
4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
5) Les corps réels - émissivité
6) Les caméras de thermographie
ThermaCAM E2
Emission, réflexion, transmission
• Suivant les principes de la thermodynamique (Loi de Kirchoff):
Absorption = Emission
Transmission
Réflexion
Emission
Absorpsion
Objet
Energie incidente
• Emission + Transmission + Réflexion = 1
• On notera par la suite: ε + τ + r = 1
ThermaCAM E2
Emission, réflexion, transmission
Transmission
Réflexion
Emission
Absorpsion
Objet
Energie incidente
• Si l'objet est considéré opaque, on a une transmission = 0
• En thermographie infrarouge, les corps sont considérés opaques
ThermaCAM E2
Emission, réflexion, transmission
Réflexion
Emission
Absorpsion
Objet
Energie incidente
• Si l'objet est considéré opaque, on a une transmission = 0
• d'ou : Emission + Réflexion = 1
Transmission
ThermaCAM E2
Emission, réflexion, transmission
• Absorbe toute l’énergie
• Toute la réflexion est absorbée
T0
Energie incidente
Rappel:
Absorption = Emission
Emission + Réflexion = 1
Un corps noir absorbe tout donc
émet tout. On a finalement:
Emission = 1
minimum
Corps noir
• Le Corps noir:
Un corps parfait.
ThermaCAM E2
Emission, réflexion, transmission
• Corps réel: Il n’émet qu’une fraction de ce qu’émettrait un
corps noir porté à la même température.
Transmission
Réflexion
Emission
Absorpsion
Objet
Energie incidente
noircorpsparémisRayons
réelobjetparémisRayons
Q
Q
EMISSIVITE 
L’émissivité est une caractéristique du corps réel.
ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
Types généraux de corps
Corps opaque Transmission = 0
donc Réflexion + Emission = 1
Corps brillant Réflexion élevée
et émission faible
Corps gris Emission constante sur une
bande de longueur d ’onde
Corps sélectif Emission, réflexion et
transmission varient en
fonction de la longueur
d ’onde
ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
Courbe d ’émission d ’un corps noir
ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
Courbe d ’émission d ’un corps gris, à la même température
ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
Courbe d ’émission d ’un corps sélectif, à la même température
ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
L ’émissivité
L’émissivité est le rapport de l’émission de l’objet à
mesurer par l’émission d’un corps noir à la même
température et pour une longueur d’onde donnée
e  Obj / CN
Sa valeur est donc comprise entre 0 et 1
ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
L ’émissivité, quelle est sa valeur ?
Impossible à dire tel que, elle varie :
1. En fonction de la nature du matériau
5. En fonction de la longueur d’onde
4. En fonction de l’angle d’observation
3. En fonction de la Température du matériau
2. En fonction de l’état de surface du matériau
ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
1. En fonction de la nature du matériau
5. En fonction de la longueur d’onde
4. En fonction de l’angle d’observation
3. En fonction de la Température du matériau
2. En fonction de l’état de surface du matériau
Émissivité, comment varie t’elle ?
ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
Emissivité …. Cuivre
oxydé
oxydé
oxydé
ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
Emissivité …. suite
ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
Variation de l’émissivité en fonction de l’angle d’observation
20°
30°
40°
50°
60°
70°
80°
1.0
.9
.8
.7
.6
.5
.4
.3
.2
.1
0
10°
ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
1. Tableau de valeur
bonne approximation mais attention aux
conditions de validité
à utiliser avec précaution
Émissivité, comment la connaître ?
ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
Matière Température Valeur
Aluminium brillant 20°C 0,04
Aluminium traité 20°C 0,83 à 0,94
Cuivre poli 100°C 0,05
Cuivre très oxydé 20°C 0,75 à 0,8
Fonte oxydée 100°C 0,65
Feuillard de fer rouillé 20°C 0,7 à 0,95
Nickel électrolytique poli20°C 0,05
Acier inox 18/8 poli 20°C 0,16
Acier inox oxydé 60°C 0,85
Brique rouge 20°C 0,93
Suie de charbons 20°C 0,95
Ciment sec 35°C 0,95
Verre (au delà de 4,5µm) 35°C 0,96
Huile de lubrification (épaisse) 17°C 0,87
Film huile 30 microns 20°C 0,27
Film huile 130 microns 20°C 0,72
Film huile épais 20°C 0,82
Plâtre blanc 20°C 0,85 à 0,9
Peau humaine 32°C 0,98
Eau liquide 20°C 0,96
Cristaux de glace -10°C 0,98
Neige -10°C 0,85
ThermaCAM E2
Les corps réels - émissivité
4. Thermocouple à contact et Sonde PT100 de
référence
délicat, mais peut donner une bonne approximation
3. Peinture de « référence »
méthode par approximations successives
Émissivité, comment la connaître ?
2. Expérience
- pas de problème sur câbles, manchons, isolants,
plastiques, caoutchouc
- délicat sur métaux polis, mieux s’ils sont oxydés
ThermaCAM E2
1) Rappel sur les transferts thermiques
Conduction
Convection
Rayonnement
2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements
3) Le spectre infrarouge
4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann
5) Les corps réels - émissivité
6) Les caméras de thermographie
ThermaCAM E2
6) Les caméras de thermographie
6.1) Principes généraux
6.2) Types de détecteurs
6.3) Matériaux
Exemples
ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Module optique
Module détecteur
Electronique &
Logiciel
ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Module optique
Module détecteurElectronique &
Logiciel
•Convertit le signal en
unités de température
•Fonctions opérateurs
•Crée l’image dans le
viseur
•Conversion
analogique /
numérique
•Stockage digital des
données
•Convertit le
rayonnement
reçu en signal
électrique
•Focalise le
rayonnement IR sur
le détecteur
•Inclut les références
de temperature
•Crée l’image (horiz.
Vert.)
ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
x horizontal
y vertical
xy pixels infrarouges
Système IR à matrice
ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Microprocesseur Convert.
A/D
Stockage
numérique
Sortie
Vidéo
Compensation
de dérive
Références
Température
Tables de
Calibration
Signal du
détecteur
RS - 232
Commande à distance
ThermaCAM E2
6) Les caméras de thermographie
6.1) Principes généraux
6.2) Types de détecteurs
6.3) Matériaux
Exemples
ThermaCAM E2
Refroidissement
Sur les détecteurs électroniques, la sensibilité est inversement proportionnelle
à la température.
Température basse = plus de millivolts en sortie, pour un flux infrarouge reçu
déterminé.
Sur les détecteurs thermiques, la sensibilité est maximale aux alentours
de la température ambiante.
TEMPERATURE STABILISEE
REFROIDISSEMENT
Détecteurs thermiques
• Le Rayonnement reçu par un détecteur
provoque un échauffement de celui-ci.
ThermaCAM E2
Refroidissement
ThermaCAM SC1000
256 x 256 pixels
PtSi
575, 595, Alert,
SC500, SC2000
320 x 240 pixels
Bolomètres VOx
ThermaCAM E2
6) Les caméras de thermographie
6.1) Principes généraux
6.2) Types de détecteurs
6.3) Matériaux
Exemples
ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie - matériaux
Matériaux utilisés en infrarouge (objectifs, hublots, etc.) :
Germanium (Ge) transparence entre 1,8 µm et 23 µm
température inférieure à 150°C
associé à un traitement SiO2 en OC et ZnSe en OL
Matériaux fluorés (CaF2, BaF2) transparence dans bandes VIS, OC, OL
température inférieure à 600°C
Ne pas oublier
• du film plastique alimentaire est transparent, et offre une bonne protection contre
des projections
• l’aluminium, le cuivre, l’argent, l’or, après polissage et dépôt d’oxyde de silicium sont
des bons miroirs
ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Quelques caméras de thermographie FLIR Systems
AGA
AGEMA
INFRAMETRICS
ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Quelques caméras de thermographie FLIR Systems
THV651 (1964)
ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Quelques caméras de thermographie FLIR Systems
AGA 782
(fin 70s)
ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Quelques caméras de thermographie FLIR Systems
AGEMA 470
(1988)
ThermaCAM E2
Les caméras de thermographie
Quelques caméras de thermographie FLIR Systems
THERMACAM PM695
ThermaCAM E2
ThermaCAM E2
Caractéristiques générales
ThermaCAM E2 est la caméra de thermographie infrarouge la
plus légère et la plus maniable disponible sur le marché. C’est un
appareil polyvalent.
ThermaCAM E2 est radiométrique, c’est à dire qu’elle est
étalonnée et possède des capacités intégrées de mesurage en direct.
Les thermogrammes (images infrarouges) sont sauvegardés en
format JPG, puis transférables sur un PC afin d’être insérées dans
des pages de rapport.
ThermaCAM E2
Caractéristiques générales
ThermaCAM E2 est un véritable instrument de terrain.
IP 54
Vibrations
2G (IEC 68-2-6)
Chocs
25 G (IEC 68-2-29)
Fonctionnement entre -
15 et 45 °C
ThermaCAM E2
Caractéristiques générales
ThermaCAM E2 utilise un capteur matriciel de 160 x 120 pixels,
positionné derrière un objectif en germanium.
Capteur 160 x 120
Objectif
ThermaCAM E2
Contenu de la valise
La
caméra
700 gr
S’accroche à la
ceinture
ThermaCAM E2
Contenu de la valise
Les
batteries
Autonomie : 1 ½ h
Lithium - ion
105 gr
ThermaCAM E2
Contenu de la valise
Le chargeur de
batterie2 emplacements
Temps de charge à 95
% = 2 heures
ThermaCAM E2
Contenu de la valise
Les batteries peuvent
aussi être rechargées
dans la caméra, avec
un adaptateur secteur
et un adaptateur
allume-cigare (opt)
ThermaCAM E2
Contenu de la valise
Logiciel ThermaCAM
Connect
Câbles d’alimentation
secteur et 12 Volts
Câble de liaison
RS232 ou USB
ThermaCAM E2
Contenu de la valise
Remarque :
Molette de
pressurisation
ThermaCAM E2
Caméra
Objectif 25°x19°
La mise au point
(focalisation) est
manuelle
ThermaCAM E2
Champ
Mesuré
H x V
IFOV
Objectif 25°x 19°
Distance de
travail
Champ
horizontal
Champ vertical IFOV - pixel
30 cm (mini) 13,5 cm 10,5 cm 0,8 x 0,8 mm
1 mètre 45 cm 35 cm 3 x 3 mm
2 mètres 90 cm 70 cm 6 x 6 mm
Caméra
(valeurs arrondies)
ThermaCAM E2
Caméra
Trappe à batterie
(Utilisation simultanée avec les stagiaires)
ThermaCAM E2
Caméra
Écran vidéo et
panneau de commande
(Utilisation simultanée avec les stagiaires)
ThermaCAM E2
NO (NON) et 0/1
• Marche . Temps de mise en route 15 secondes environ
• Arrêt (appuyer plus de 2 secondes)
• Échappement (annulation d’une fonction d’un menu)
(Utilisation simultanée avec les stagiaires)
ThermaCAM E2
SEL
Sélection d’une fonction de mesure
• Emissivité
• Niveau et plage (luminosité et contraste)
• Position du spot, taille de zone d’intérêt, seuil d’alarme
(Utilisation simultanée avec les stagiaires)
ThermaCAM E2
YES (OUI)
Acquiescement
• Activation du mode MENU, le joystick permet ensuite de naviguer
dans les différents menus
• Validation d’une fonction sélectionnée
(Utilisation simultanée avec les stagiaires)
ThermaCAM E2
SAVE
Pause /
Enregistrement
• Mise en mode « pause »
• Enregistrement à la volée en mémoire si la pression est plus longue
(Utilisation simultanée avec les stagiaires)
ThermaCAM E2
Joystick
Le joystick permet :
• de naviguer dans les différents menus
• de modifier la valeur d’une fonction
(Utilisation simultanée avec les stagiaires)
ThermaCAM E2
Caméra
Gâchette pour
déclenchement du
laser de pointage
(programmable)
(Utilisation simultanée avec les stagiaires)
ThermaCAM E2
Caméra
Laser LocatIR™
• Diode laser rouge
• Classe 2
ThermaCAM E2
Caméra
Sortie vidéo
PAL/NTSC
Sortie vers PC
RS232 – USB
Transfert des
données
Alimentation
extérieure 11 à 16
volts
ThermaCAM E2
Conditions de mesure par
Thermographie Infrarouge
ThermaCAM E2
Rayonnement = Rayonnement + Rayonnement + Rayonnement
mesuré objet réfléchi sur l ’objet atmosphérique
Généralités, situation de mesure type
Situation de mesure type
ThermaCAM E2
0
Caméra IR
Emission
Un objet réel émet une certaine quantité de rayonnement
proportionnelle à sa température.
Mais il n’est pas seul dans l’univers….
Tobj
Atmosphère
Tatm
Généralités, situation de mesure type
ThermaCAM E2
0
Caméra IR
Atmosphère
Réflexion
Emission
Environnement
Energie incidente
Cette énergie se réfléchie sur ses parois en fonction des
pouvoirs réfléchissants de l’objet (réflexivité = 1 - ε0 )
Il reçoit aussi de l’énergie de l’environnement qui l’entoure
(soleil, four, technicien de maintenance, etc.)
Tobj
Tatm
Généralités, situation de mesure type
ThermaCAM E2
0
Caméra IR
Atmosphère
Environnement
Réflexion
Emission
Energie incidente
Le rayonnement émis et réfléchi par l’objet passe à travers
l’atmosphère avant d’atteindre la caméra.
Tobj
Tatm
Généralités, situation de mesure type
ThermaCAM E2
0
Caméra IR
Atmosphère
Environnement
Emission
Energie incidente
Les particules présentes dans l’atmosphère vont également
émettre un rayonnement.
Tobj
Tatm
Réflexion
Généralités, situation de mesure type
ThermaCAM E2
0
Caméra IR
Atmosphère
Environnement
Réflexion
(1- ε).Wref
Emission
ε.Wobj
Energie incidente
Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
Tobj
Tatm (1-τ). Watm
τ.(1- ε).Wref
τ.ε.Wobj
Le total du rayonnement reçu par la caméra est donc:
τ= transmissivité de
l’atmosphère
Généralités, situation de mesure type
ThermaCAM E2
La caméra a donc besoin de connaître les caractéristiques de
l’objet, de l’environnement et de l’atmosphère pour calculer le
rayonnement émis par l’objet Wobj.
A partir de ce rayonnement, elle calcule la température de
l’objet en appliquant la loi de Stephan Boltzmann:
Wobj = εobj.σ. T4
Avec σ = constante de Stephan-Boltzmann = 5,7 x 10-8 (SI), Wobj en W/m² et T en °Kelvin
Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
Généralités, situation de mesure type
ThermaCAM E2
Réglage de la caméra
Paramètres objet
Distance et humidité
Température réfléchie
Émissivité
ThermaCAM E2
Paramètres objets
Pour que la caméra puisse donner une température correspondant à celle
du corps visé, il faut régler plusieurs paramètres pour qu’elle applique la
formule vue précédemment:
Pour la caméra P60:
Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
e
τ et Watm
Wenv
ThermaCAM E2
Distance et humidité
La transmission dans l’atmosphère va dépendre du pourcentage d’humidité
dans l’air et de la distance entre la caméra et l’objet à mesurer.
Courte distance: grande transmission Longue distance: faible transmission
Le rayonnement est absorbé par les
particules se trouvant dans
l’atmosphère, principalement les
molécules d’eau.
0
Caméra IR
Atmosphère
0
Caméra IR
Atmosphère
Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
ThermaCAM E2
Distance et humidité
L’humidité relative rend compte de la densité de particules d’eau dans l’air.
La caméra calcule  à partir de la distance et de l’humidité relative.
Il reste à régler l’émissivité et la température réfléchie.
Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
La caméra calcule Watm à partir de la Température atmosphérique.
ThermaCAM E2
Température réfléchie
La Température réfléchie est l’équivalent en °C du rayonnement émis par
tout ce qui entoure la caméra lors d’une mesure
Procédure: On pointe la caméra sur un corps réfléchissant exemple: une
feuille d’aluminium alimentaire froissée
Caméra IR
Réflexion
Emission
La caméra reçoit le
rayonnement réfléchi
de l’environnement et
le rayonnement émis
par l’objet
L’environnement
rayonne sur l’objet
réfléchissant
Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
ThermaCAM E2
Température réfléchie
La Température d’environnement est l’équivalent en °C du rayonnement
émis par tout ce qui entoure la caméra lors d’une mesure.
Procédure: On pointe la caméra sur un corps réfléchissant exemple: une
feuille d’aluminium alimentaire froissée
Caméra IR
Réflexion
Emission
Le corps réfléchissant
émet un minimum de
rayonnement.
Donc, tout ce que la
caméra observe est le
rayonnement de
l’environnement.
Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
ThermaCAM E2
Température réfléchie
Pour afficher une température, la caméra applique la loi de
Stephan-Boltzmann.
Wtot = Wref = σ. Tref4
Ici, la totalité du rayonnement reçu est le rayonnement
recherché. Il convient donc de régler l’émissivité à 1 pour
calculer la température.
Rappel: loi de Stephan-Boltzmann
W = ε.σ. T4
ThermaCAM E2
Température réfléchie
Pour régler la température réfléchie, la procédure est donc la suivante:
1. Pointer la caméra sur un objet réfléchissant;
2. Régler l’émissivité à 1;
3. Relever la température affichée
4. Régler cette température comme
Température réfléchie Tref
Corps
réfléchissant
Précaution:
Il faut mettre le corps
réfléchissant au plus
près de l’objet à
mesuré pour prendre
en compte le
rayonnement qui va
perturber notre
mesure.
ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence - émissivité
EMISSIVITE
Rappel 1 : Tout corps porté à une certaine température émet un rayonnement
infrarouge qui n ’est qu’une fraction de ce qu’émettrait un corps noir porté à la
même température. Cette proportion est appelée EMISSIVITE.
Rappel 2 : Considérant que la réflexion est le complément de l’émission (pour un
matériau opaque), un corps réel réfléchit du flux provenant de l’extérieur. Cela
est d ’autant plus prononcé que l’émissivité est faible.
Rappel 3 : L’émissivité dépend : du matériau
de la température
de l’état de surface
de l’angle
de la longueur d ’onde
ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence - émissivité
1) Expérience: Maintenance électrique
pas de problème sur câbles, manchons isolants,
gaines plastiques, caoutchouc
délicat sur métaux polis, mieux s ’ils sont oxydés
2) Tableau récapitulatif bonne approximation
attention aux conditions de validité
à utiliser avec précaution
L’émissivité est une caractéristique de l’objet dont on veut déterminer la
température.
Il est indispensable de la connaître pour avoir un résultat fiable.
Voici les différentes méthodes:
ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence - émissivité
L’émissivité est une caractéristique de l’objet dont on veut déterminer la
température.
Il est indispensable de la connaître pour avoir un résultat fiable.
Voici les différentes méthodes:
5) Labo équipé (méthode scientifique)
4) Thermocouple à contact permettant de déterminer la
température de l’objet puis d’en déduire son émissivité:
délicat, mais peut donner une bonne approximation
3) Peinture de « référence » dont on connaît l’émissivité. Exemple:
peinture pour pot d’échappement d’émissivité 0,95.
ThermaCAM E2
Emissivité,
tableau
récapitulatif 1
Facteurs d ’influence - émissivité
ThermaCAM E2
Emissivité, estimation par application de peinture ou de matériau de référence
Facteurs d ’influence - émissivité
1) On applique sur le matériau visé, à une distance proche de la scène dont on veut
connaître la température, une peinture hautement émissive (*) ou on colle une
bandelette adhésive d ’émissivité connue. Exemple e = 0,95.
2) On fait l ’hypothèse que les températures moyennes sur le matériau et sur la
référence sont identiques.
3) On mesure la température sur la zone de référence, avec e = 0,95. On obtient Tref.
4) Avec le calculateur de la caméra, on pointe la zone d ’émissivité inconnue, et on
adapte progressivement l ’émissivité (réglages caméra) jusqu’à ce que le calculateur
donne Tinconnue = Tref. Il suffit alors de lire l ’émissivité.
Norme ASTM E1933-99A
(*) peinture mate noire 3M, Krylon
ThermaCAM E2
La thermographie infrarouge
en maintenance.
Exemples d’applications.
ThermaCAM E2
Electricité, haute tension.
Connexions vissées
ThermaCAM E2
Isolateurs
Barres
Contacteur à lames
Electricité, haute tension.
ThermaCAM E2
Borniers à vis
Fusibles
Electricité, basse tension.
ThermaCAM E2
Isolation
*>35.0°C
*<0.0°C
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
*>20.4°C
*<14.4°C
14.5
15.0
15.5
16.0
16.5
17.0
17.5
18.0
18.5
19.0
19.5
20.0
*>7.2°C
*<1.5°C
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
Bâtiment.
ThermaCAM E2
*>20.3°C
*<17.0°C
17.0
17.4
17.7
18.1
18.4
18.7
19.1
19.4
19.7
20.0
Chauffage au sol
Bâtiment.
ThermaCAM E2
Cuves calorifugées
Fours rotatifs
Fours tunnels
Industrie, fours et réfractaires.
ThermaCAM E2
Intérieur de four
*>809.3°C
*<394.3°C
400.0
450.0
500.0
550.0
600.0
650.0
700.0
750.0
800.0
*>1,189°C
*<700.1°C
750.0
800.0
850.0
900.0
950.0
1,000
1,050
1,100
1,150
Industrie, fours et réfractaires.
ThermaCAM E2
Réacteurs
*>55.0°C
*<15.0°C
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
50.0
55.0
Industrie, fours et réfractaires.
ThermaCAM E2
Conduites calorifugées
Purges
Industrie, réseaux de vapeur.
ThermaCAM E2
*>120.0°C
*<15.0°C
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
110.0
Compresseurs
Pompes
Industrie, mécanique.
ThermaCAM E2
Roulements
Industrie, mécanique.
ThermaCAM E2
Tréfilerie
<30,2°C
283,4°C
Cokerie
Process.
ThermaCAM E2
130,0°C
430,0°C
200
300
400
Injection
351,2°C
614,7°C
400
500
600
Verrerie
Process.
ThermaCAM E2
Create the future
ThermaCAM E2
MESURES SUR
LE TERRAIN
ThermaCAM E2
Résolution spatiale
Angle de visée
Humidité
Effet du vent
La réflexion
Conseils
Inspections
ThermaCAM E2
Résolution géométrique de mesure
La mesure est affectée par la taille des objets visés.
Les facteurs d’influence sont :
La matrice (nombre de pixels)
L’objectif et la qualité du système optique
La distance
Un objet se projète sur le capteur matriciel, en une taille effective.
ThermaCAM E2
La résolution spatiale est la capacité à mesurer avec précision la
température de petits objets .
Il faut que l’objet soit plus gros que ce qu’il est nécessaire pour le
voir .
Y
Filtre Matrice
Champ total
exploré
Optique
ThermaCAM E2
Résolution géométrique de mesure
Pixel
Cas idéal : image de
l ’objet de même taille
que le détecteur et
alignement parfait.
Réponse à 100% sur le
détecteur I.
I I + 1 I + 2 I + 3I - 1
I I + 1 I + 2 I + 3I - 1
ThermaCAM E2
Résolution géométrique de mesure
Pixel
I I + 1 I + 2 I + 3I - 1
I I + 1 I + 2 I + 3I - 1
Cas réel : image de
l ’objet de même taille
que le détecteur mais
alignement imparfait.
Réponse correcte sur
aucun pixel >>> Pas de
mesure exacte.
ThermaCAM E2
Résolution géométrique de mesure
Pixel
I I + 1 I + 2 I + 3I - 1
I I + 1 I + 2 I + 3I - 1
Conclusion : L’objet doit
être assez gros pour
couvrir au moins un
pixel complètement.
Théorie : 2 x 2.
Réalité : 3 x 3
proposé chez FLIR.
ThermaCAM E2
Régle pratique: On regarde le viseur de la caméra
Si dans cette surface, la
température est homogène,
la taille de l’objet est
correcte.
ThermaCAM E2
Résolution géométrique de mesure
Résolution de l’optique standard 25° x 19°
1/120
Distance de travail Plus petit objet
mesurable
300 mm 2,5 x 2,5 mm2
500 mm 4,2 x 4,2 mm2
750 mm 6,25 x 6,25 mm2
1000 mm 8,3 x 8,3 mm2
2000 mm 16,6 x 16,6 mm2
ThermaCAM E2
Résolution géométrique de mesure
Astuce de terrain, qui tient compte d’un possible bougé.
Ce que vous visez doit
couvrir le centre du
point
ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence - taille d ’un objet
Que faire lorsque les conditions ne sont pas respectées ?
a) se rapprocher
b) mettre un objectif avec une résolution plus
élevé (faible angle - télescope)
Si rien n ’est possible, alors, toute mesure risque d ’être
erronée
ThermaCAM E2
Angle de visée
ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence – angle de visée
45° 45°
OK
OKOK
L’émissivité variant avec l’angle de visée , Il est important pour des mesures
normales sur des composants ayant une bonne émissivité de ne pas dépasser un
angle de 45 °
ThermaCAM E2
Transmission atmosphérique
ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence - transmission atmosphérique
Il existe par ailleurs des
facteurs d ’atténuation multiplicatifs supplémentaires
CO2, H2O, Flammes, Brouillards chargés de poussière, Pluie, etc.
Variation de la transmission
atmosphérique mesurée sur
un corps à 90°C (FRF 100%)
- Température de
l ’atmosphère 25°C
- Humidité relative 33%
ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence - transmission atmosphérique
Influence du brouillard
Plate-forme vue au travers d ’un brouillard. Visibilité inférieure à 200 m. Distance d’observation 220 m.
D ’après Caniou. L ’observation et le mesurage par thermographie.
8 - 12 µm 3 - 5 µm
ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence - atmosphère
Influence de l ’environnement, réflexions parasites
3 - 5 µm
2
4
3
3
4
4
Réflexions
8 - 12 µm
6 . 6
4 8 .
1 0
2 0
3 0
4 0
Réflexions
atténuées
ThermaCAM E2
Facteurs d ’influence - atmosphère
Le vent « refroidit » les défauts. La
correction dépend donc de la
vitesse du vent (entre 1 et 8
m/s).
Ce phénomène est valable en
extérieur et est augmente
inversement à l’épaisseur des
objets.
DT corrigé du vent = DT brut x V0,45
Corrélation vent
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 2 4 6 8 10
Vitesse (m/s)
Facteurdecorrélation
ThermaCAM E2
La réflexion
ThermaCAM E2
Un corps réel n’est
pas un corps noir.
Il n ’émet qu’une fraction de ce
qu’émettrait un corps noir porté
à la même température.
Cette fraction est appelée EMISSIVITE.
Abréviation e.
W = e s T4 (au mieux !)
Considérant la loi de Kirchoff, un corps réel réfléchit donc
également de l ’énergie provenant de son environnement. Ceci
constitue le problème majeur des mesures en extérieur ou en
environnement rayonnant.
Réflexion solaire
ThermaCAM E2
Exemple de réflexion de l’opérateur sur une connexion électrique
ThermaCAM E2
Conseils
ThermaCAM E2
Règle 1
Avant de faire une mesure, il faut que l’image soit nette. La
focalisation est manuelle.
ThermaCAM E2
Règle 2
L’objet visé doit être suffisamment grand. Utilisez par exemple le
point de mesure pour vérifier si la résolution de mesure est
respectée.
ThermaCAM E2
Règle 3
Choisir l’outil de mesure le plus adapté, la palette de couleur
permettant de discriminer au mieux le défaut.
ThermaCAM E2
Enregistrement
Sauvegarder le thermogramme (image thermique) en mémoire.
Enregistrer également une image visible avec un appareil photo
numérique.
ThermaCAM E2
Enregistrement (2)
Sauvegarder le thermogramme (image thermique) en mémoire.
Enregistrer également une image visible avec un appareil photo
numérique.
ThermaCAM E2
Pour effectuer des mesures sur des armoires électriques, on applique
les règles suivantes:
1. l’émissivité des composants (en matière plastique) d’une armoire
électrique est de 0,95.
2. Il faut toujours coupler la mesure de température avec une mesure
d’intensité pour tenir compte de l’influence de la charge.
3. On essaiera toujours de comparer les températures mesurées
avec celles d’un composant sain identique.
4. Taille de l’objet conforme à la résolution spatiale
ThermaCAM E2
INSPECTIONS
ThermaCAM E2
Inspection électrique et mécanique standard
Suggestions minimales de classement des défauts
1) Conditions de température absolue
Si le composant peut être touché par un opérateur habilité, sa
température de surface ne doit dépasser :
a) sans précaution, le seuil continu de douleur soit environ 60°C,
b) avec précaution, le seuil limite fixé par le constructeur.
ainsi que
En électrique, la température du composant ne doit normalement pas
excéder l’ambiance de +40°C (généralement +70°C pour les
composants militaires ; exemple US : MIL-STD-2194 1988).
ThermaCAM E2
Inspection électrique et mécanique standard
Suggestions minimales de classement des défauts
2) Conditions d’écart de température
La température d’un composant supposé défectueux est comparée avec
celle d’un composant sain identique travaillant dans des conditions
similaires.
Écart DT Sévérité
< 10 °C Cela peut être un défaut. Dans l’incertitude, c’est à surveiller.
10 à 20°C Défaut 1 (avéré). Planifier une mesure corrective.
20 à 40°C Défaut 2 (sérieux). Mesures correctives urgentes, dans la semaine
généralement.
> 40°C Défaut 3 (critique). Intervenir immédiatement.
ThermaCAM E2
Inspection électrique avec correction de la
charge
Si on admet qu’un défaut est de nature résistive, l’écart brut de
température doit être compensé en fonction du carré de la
charge.
DT effectif = DT brut x (Inominal / Imesuré)2
L’écart effectif est à considérer pour la classification du défaut.
Exemple : on mesure un écart de 9°C entre deux phases d’un
disjoncteur de calibre 100 ampères, alors que le courant mesuré
est de 30 ampères. Considérant l’écart brut, il ne s’agit pas d’un
défaut.
L’écart effectif compensé de la charge est de 9 x (100/30)2 soit
100°C. Le défaut passe alors en catégorie 3 Critique.
ThermaCAM E2
Inspection électrique Postes et Lignes
Suggestions minimales de classement des défauts
3) Conditions spéciales
L’écart de température brut DT doit être corrigé des effets du vent
et de l’intensité.
Les critères de sévérité sont spécifiques.
ThermaCAM E2
Inspection électrique Postes et Lignes
Correction des effets du vent
Le vent « refroidit » les
défauts. La correction
dépend donc de la vitesse
du vent (entre 1 et 8
m/s).
DT corrigé du vent = DT brut x V0,45
Corrélation vent
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 2 4 6 8 10
Vitesse (m/s)
Facteurdecorrélation
ThermaCAM E2
Inspection électrique Postes et Lignes
Correction des effets de l’intensité
Cas 1, la charge est insuffisante.
Charge Itransit / IMAP < 40%. On utilise DT effectif = DT corrigé du vent
Classe de sévérité 1 : DT effectif < 5°C
Classe de sévérité 2 : 5°C < DT effectif < 10°C
Classe de sévérité 3 : DT effectif > 10°C
ThermaCAM E2
Inspection électrique Postes et Lignes
Correction des effets de l’intensité
Cas 2, la charge est suffisante. L’énergie est plutôt proportionnelle
au carré de la charge.
Charge Itransit / IMAP > 40%. On utilise DT effectif = DT corrigé du vent x
(IMAP/Itransit)2
Classe de sévérité 1 : 5°C < DT effectif < 50°C
Classe de sévérité 2 : 50°C < DT effectif < 100°C
Classe de sévérité 3 : DT effectif > 100°C
ThermaCAM E2
Exploitation des données
ThermaCAM E2
Rapport - introduction
Les logiciels FLIR sont tous installés avec des formats de rapport type. Les
opérateurs peuvent s’en inspirer.
Quelques suggestions :
- Indiquer le type de caméra utilisée, préciser la date de validité de son
certificat d’étalonnage.
- Donner vos critères de sévérité.
- Lister les composants contrôlés y compris ceux pour lesquels rien n’a
été détecté. Les défauts feront l’objet d’une page de rapport
particulière avec photographie visible.
- Mettre en page avec numéro de page clair.
ThermaCAM E2
Page de rapport - défaut
Elle comprendra par exemple :
- Thermogramme infrarouge.
- Image visible.
- Caractéristiques physiques de ce qui est visé : type de matériel,
localisation, courant, tension, vitesse, ..
- Caractéristiques du thermogramme : émissivité, environnement,
horodatage, dénomination,..
- Température considérée comme défaut.
- Température considérée comme référence.
- Sévérité du défaut.
- Origine possible du défaut.
- Suggestion d’intervention.
ThermaCAM E2
Page de rapport - conclusion
Elle donne une vision synthétique de l’inspection.
Elle comprend souvent une liste récapitulative des défauts rencontrés, et
de leurs caractéristiques principales.
En maintenance prédictive, elle peut inclure des courbes de tendance, avec
des extrapolations temporelles.
ThermaCAM E2
INTRODUCTION CONCLUSIONINSPECTION
Zlefgzfignezhfg
Zkejalkjf
felgl
Zlefgzfignezhfg
Zkejalkjf
felgl
Zlefgzfignezhfg
Zkejalkjf
felgl
Zlefgzfignezhfg
Zkejalkjf
felgl
Zlefgzfignezhfg
Zkejalkjf
felgl
ThermaCAM E2
Transfert Caméra - PC
1) Installer préalablement le logiciel ThermaCAM Connect ™.
2) Connecter la caméra à votre PC au moyen du câble USB ou du
câble RS232.
ThermaCAM E2
Transfert Caméra – PC (suite)
3) La caméra doit être reconnue
comme un disque dur
supplémentaire et s’afficher
comme tel dans l’explorateur
Windows.
ThermaCAM E2
Transfert Caméra – PC (suite)
4) Les thermogrammes
possèdent l’extension
JPG, et bénéficient donc
de la fonction
d’affichage en vignette.
Ils sont à transférer sur
votre disque dur vers
l’emplacement de votre
choix, comme n’importe
quel autre fichier.
ThermaCAM E2
Création du document rapport
1) Créer un nouveau
document de
l’application choisie
pour faire des
pages de rapport
-exemple Word.
2) A l’emplacement
choisi, insérer le
thermogramme et
éventuellement la
photo visible.
ThermaCAM E2
Création du document rapport
3) Utiliser Word
de façon
standard pour
établir votre
document
rapport.

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FLIR - Thermographie Infrarouge

  • 2. ThermaCAM E2 Programme • Qui est FLIR ? • Bases de la thermographie  Rappel sur les transferts thermiques  Rapide historique sur la théorie des rayonnements  Le spectre infrarouge  Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann  Les corps réels - émissivité • Les caméras de thermographie et présentation de la E2 • Conditions de Mesure par thermographie • Application en Maintenance • Mesures sur le terrain Suggestion de procédures, pièges à éviter, conseils • Exploitation des données Installation et mise en route de ThermaCAM Connect Transfert des fichiers sur le PC
  • 3. ThermaCAM E2 Qui est FLIR ? www.flir.com
  • 4. ThermaCAM E2 FLIR Systems : constructeur de caméras de Thermographie Infrarouge
  • 5. ThermaCAM E2 Le Marché de l’Imagerie  Lutte contre l’incendie  Sécurité et Surveillance  Systèmes aéroportés
  • 6. ThermaCAM E2 Le Marché de la Mesure 2 7 8 7 4 0 6 0 8 0 Maintenance Conditionnelle Surveillance et contrôle de procédés continus Recherche & Développement / CND
  • 7. ThermaCAM E2 Introduction à la théorie de la Thermographie Infrarouge
  • 8. ThermaCAM E2 1) Rappel sur les transferts thermiques Conduction Convection Rayonnement 2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements 3) Le spectre infrarouge 4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann 5) Les corps réels - émissivité 6) Les caméras de thermographie et présentation de la E2
  • 9. ThermaCAM E2 Transferts thermiques Différence entre chaleur et température Dans un matériau, les molécules sont agitées d ’un mouvement permanent, à une certaine vitesse. La température dépend de la vitesse moyenne de déplacement des molécules (1). La chaleur dépend de la vitesse moyenne de déplacement des molécules ainsi que de leur nombre (2). Chaleur = énergie
  • 10. ThermaCAM E2 Transferts thermiques Basse température = activité faible Haute température = activité élevée Température / activité moléculaire Barrière Barrière supprimée. Énergie répartie = même température
  • 11. ThermaCAM E2 Transferts thermiques Température / Chaleur Au zéro absolu, il n ’y a plus d ’agitation moléculaire (1) Supposons a) une brique à 50°C, et b) un gravillon à la même température. Question : Que choisissait-on pour réchauffer un lit froid, lorsqu’il n ’y avait pas de chauffage central a) ou b) ? Pourquoi ? (2)
  • 12. ThermaCAM E2 Surfaces Transferts thermiques - Rayonnement • La grande bouilloire rayonne plus que la petite en raison de sa plus grande surface externe.
  • 13. ThermaCAM E2 Transferts thermiques Température / Chaleur Unités Température - Kelvin K, unité absolue de référence - Degré Celsius (centigrade) 0°C = solidification de l ’eau 100°C =vaporisation de l ’eau 0 K = -273,15°C - Degré Fahrenheit Y °F = (1,8 x Z °C) + 32 20°C = 68°F 30°C = 86°F 0°F correspondrait à une température mesurée en hiver 1709 à Dantzig Aussi Degré Rankine, Degré Réaumur Chaleur - Joule J - Calorie cal 1 cal = 4,18 J Quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1°C, un gramme d ’un corps dont la chaleur massique est égale à celle de l ’eau à 15°C sous pression de 101325 pascals. Note : CAL = calorie alimentaire 1 CAL = 1000 cal
  • 14. ThermaCAM E2 Transferts thermiques Production chimique *>47.7°C *<-11.6°C -10.0 -5.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 Il y a transfert de chaleur entre l ’intérieur - chaud - et l ’extérieur - froid - où est disposée la caméra. La caméra permet de visualiser le transfert.
  • 15. ThermaCAM E2 Transferts thermiques QUELQUES EFFETS DE LA CHALEUR • Changement de température • Expansion volumique • Changement d ’état : gaz/liquide, liquide/solide, gaz/solide • Incandescence • Génération de force électromotrice • Variation de viscosité • Variation de paramètres électriques • Etc...
  • 16. ThermaCAM E2 Transferts thermiques Thermographie infrarouge . Exemple d ’utilisation de la chaleur spécifique : contrôle de toitures. Des zones humides présentent une chaleur spécifique supérieure aux zones bien sèches. La journée, le toit est soumis à un rayonnement solaire intense. La nuit, les zones humides gardent plus longtemps la chaleur, et sont perçues comme des parties chaudes. Mouillé
  • 18. ThermaCAM E2 Transferts thermiques Il n ’existe que trois modes de transfert de chaleur - Conduction - Convection - Rayonnement
  • 19. ThermaCAM E2 METAL Transferts thermiques - Conduction Du côté de la flamme, les molécules s ’excitent, bougent de plus en plus rapidement et se cognent avec leurs voisines. Elles échangent de l ’énergie. De proche en proche, l ’agitation moléculaire se développe. Le flux de chaleur diffuse. Dans les solides et les liquides, les molécules sont ordonnées et la distance moyenne entre elles est bien plus faible que dans un gaz. On comprendra alors que dans un gaz, la conduction soit quasiment nulle.
  • 20. ThermaCAM E2 Transferts thermiques - Conduction Exemple en thermographie infrarouge Surveillance de réfractaire.
  • 21. ThermaCAM E2 Transferts thermiques - Convection “Milieu fluide”
  • 22. ThermaCAM E2 Transferts thermiques - Convection Convection forcée Surfaces d ’échange ! ! ! !
  • 23. ThermaCAM E2 Transferts thermiques - Convection Convection forcée Exemple de convection forcée sur un système de ventilation sur la vitre avant d’une voiture. On remarque la zone ou le flux d’air est le plus important.
  • 24. ThermaCAM E2 Transferts thermiques Rayonnement Tous les corps de l’univers émettent un rayonnement d’ondes électromagnétique. Ce rayonnement se propage à la vitesse de la lumière. Il ne nécessite pas de milieu matériel. Il existe dans le vide. La théorie est connue, la résolution des problèmes est souvent très difficile, surtout dès qu’il est question d ’interaction rayonnement/conduction.
  • 25. ThermaCAM E2 Transferts thermiques - Rayonnement Pas de matière, pas de fluide. Fonctionne même dans le vide.
  • 26. ThermaCAM E2 Prenez une plaque électrique dans une pièce noire... Vous alimentez la plaque... Même si vous ne voyez pas la chaleur émise, vous la ‘sentez’ progressivement Si la plaque est à la puissance maximum, et si vous ne mettez pas de casserole dessus, elle va devenir rouge Au fur et à mesure que la température augmente, les caractéristiques du rayonnement changent. Une caméra de thermographie peut ‘voir’ les changements imperceptibles à l’œil ! Transferts thermiques - Rayonnement
  • 27. ThermaCAM E2 Transferts thermiques - Rayonnement L ’énergie infrarouge est similaire à la lumière, excepté qu’elle n’est pas visible à l ’œil L ’énergie visible du soleil stimule l ’œil L ’énergie infrarouge du soleil est absorbée (par notre peau) Les caméras de thermographie mesurent cette énergie. infrarouge soleil soleil visible Tous les objets émettent du rayonnement infrarouge. La quantité émise est d ’autant plus grande que la température est élevée. Seul les objets très chauds (température > 500°C) émettent du rayonnement ‘ visible’ à l ’œil. Les caméras de thermographie ne sont pas sensibles dans le visible.
  • 28. ThermaCAM E2 Une caméra de thermographie reçoit et mesure un flux thermique infrarouge d ’une façon similaire à l ’impression que nous laisse un radiateur. Transferts thermiques - Rayonnement Les couleurs ne sont qu’apparence Les températures « colorisées » ne sont qu’apparence
  • 29. ThermaCAM E2 Transferts thermiques - Rayonnement Une caméra de thermographie infrarouge est donc un appareil qui capte un rayonnement invisible et le restitue sous forme d’une image visible colorisée. 24,8°C 63,9°C 30 40 50 60
  • 30. ThermaCAM E2 1) Rappel sur les transferts thermiques Conduction Convection Rayonnement 2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements 3) Le spectre infrarouge 4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann 5) Les corps réels - émissivité 6) Les caméras de thermographie
  • 31. ThermaCAM E2 Rapide historique sur la théorie des rayonnements Fin du 17ème siècle 1666-1672 Newton découvre la nature composite de la lumière blanche et il émet la théorie corpusculaire de la lumière (réfraction par un prisme).
  • 32. ThermaCAM E2 Rapide historique sur la théorie des rayonnements Début du 19ème siècle 1800 Herschel découvre l ’existence de rayonnements hors du spectre visible Rayonnement provenant d’un prisme Planche inclinée avec une fente mince Thermomètres avec bulbes noircis
  • 33. ThermaCAM E2 Rapide historique sur la théorie des rayonnements Seconde moitié du 19ème siècle 1860 Kirchoff propose qu ’un bon absorbeur est aussi un bon émetteur. Corps noir. Loi de Kirchoff. Transmission t + absorption a + réflexion r = 1 et absorption a =émission e e t r Emission Transmission Réflexion Absorption
  • 34. ThermaCAM E2 Rapide historique sur la théorie des rayonnements 1855-1864 Maxwell prédit l ’existence des ondes électromagnétiques. Il conclut à une similitude entre une onde électromagnétique et la lumière, puisque leurs vitesses sont théoriquement identiques. 1879 Stefan conclu expérimentalement que l ’énergie émise est proportionnelle à T4. 1884 Boltzmann démontre les résultats de Stefan, par des considérations thermodynamiques. Loi de Stefan Boltzmann. 1887 Hertz confirme expérimentalement la proposition de Maxwell, réussi à créer des ondes, montre que leur vitesse de propagation est bien celle de la lumière. Problème : chacun avait des résultats intéressants, mais aucune relation entre ces lois n ’était possible en physique classique. La théorie et l ’expérience divergeaient (Wien, Rayleigh). 1900 Planck introduit la quantification d ’échange d ’énergie radiante, discontinue. Loi de Planck. Permet de décrire la distribution spectrale des rayonnements, d ’un corps noir.
  • 35. ThermaCAM E2 Rapide historique sur la théorie des rayonnements Depuis le début du siècle ……….les capteurs Guerre 14-18 : Premiers capteurs bolométriques (qui mesurent un flux d’énergie rayonnante). Détection d ’un homme à 200 m et d ’un avion à 1000 m A partir de 1929 : Capteurs dans le proche infrarouge avec cathode Ag/O/Cs et illuminateur à filament de tungstène. Caméra mécanique à disque rotatif Noctovision de Baird.
  • 36. ThermaCAM E2 Rapide historique sur la théorie des rayonnements Depuis le début du siècle ……….les capteurs A partir de 1938 : Capteurs refroidis PbS (< 4 µm), PbTe (< 6 µm), PbSe (< 8 µm) Guerre 39-45 : Caméra de détection actives utilisées par les armées allemande et alliées. Sniperscope et Snooperscope US (1945). A partir de 1955 : Missiles à guidage infrarouge (PbS, PbTe, InSb) : Sidewinder (US 1955) Falcon (US 1956), Red Top (GB 1957), Firestreak (GB 1958), Matra 530 (F 1959) A partir de 1960 : Caméras militaires d ’observation (InSb, HgCdTe), puis caméras civiles etc.……
  • 37. ThermaCAM E2 1) Rappel sur les transferts thermiques Conduction Convection Rayonnement 2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements 3) Le spectre infrarouge 4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann 5) Les corps réels - émissivité 6) Les caméras de thermographie
  • 38. ThermaCAM E2 Le spectre infrarouge La limitation de bande spectrale est liée à l ’atmosphère à la technologie au référentiel terrestre (gamme de température habituellement rencontrée) Ondes courtes = de 2 à 5,5 µm Ondes longues = de 8 à 12 µm Longueurs d’onde en micromètres Gamma Rays X-Rays Ultra- Violet Visible Micro-ondes Infrarouge Radio UHF VHF Visible Infrarouge 2 5 8 12 SW LW
  • 39. ThermaCAM E2 1) Rappel sur les transferts thermiques Conduction Convection Rayonnement 2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements 3) Le spectre infrarouge 4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann 5) Les corps réels - émissivité 6) Les caméras de thermographie
  • 40. ThermaCAM E2 Le corps noir Dans le cas général, lorsqu'un corps reçoit un rayonnement EM, une partie de celui-ci est transmise, une autre est absorbée et le reste est réfléchi par sa surface. Rayonnement reçu par le corps Rayonnement réfléchi par le corps Rayonnement transmis par le corps Rayonnement absorbé par le corps
  • 41. ThermaCAM E2 Le corps noir Le corps noir est un objet idéal qui absorbe tous les rayonnements EM incidents, quels que soient la longueur d ’onde et l ’angle d ’incidence. Surface interne absorbante d d  2 i Soit une enceinte dont la surface interne est absorbante (de façon à limiter autant que possible les phénomènes de diffusion) et dans laquelle existe une ouverture dS de dimension très petite par rapport au volume de l'enceinte. Le rayonnement qui pénètre par dS va être piégé car la petite partie du flux incident qui est diffusée sur la paroi interne est elle-même presque entièrement absorbée par celle-ci. Ce n'est donc qu'une infime partie du rayonnement incident qui ressort par dS et on peut admettre que l'ouverture dS est un corps noir puisqu'elle a absorbé la quasi-totalité du flux d2fi. Si maintenant on remplace l'orifice dS par un morceau de matière M constituant la paroi et que l'intérieur de l'enceinte comprenne, à l'instant où on bouche l'orifice, diverses parties à des températures différentes, il va y avoir, entre chacune, un échange thermique par rayonnement jusqu'à ce que la totalité de la surface interne soit à la température T. Lorsque toutes les parties sont à la même température, elles émettent toujours un rayonnement thermique mais, pour chacune d'elles, le bilan énergétique est nul (elles reçoivent autant d'énergie qu'elles en émettent). Ce raisonnement s'applique en particulier à M et comme il absorbe tout le rayonnement qu'il reçoit, il émet également tout : ainsi, un corps noir est non seulement un absorbeur parfait, mais aussi un émetteur parfait. Le corps noir est, en quelque sorte, un "étalon de rayonnement" et l'énergie émise par les corps réels est toujours évaluée par rapport à celle qu'émettrait le corps noir dans les mêmes conditions.
  • 42. ThermaCAM E2 Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann La loi de Planck décrit la distribution spectrale du rayonnement électromagnétique d ’un corps noir : Excitance spectrique d'un corps noir à la longueur d'onde . c = vitesse de la lumière = 3 x 106 m/sec h = constante de Planck = 6,6 x 10-34 J.s k = constante de Boltzmann = 1,4 x 10-23 Joule/K T = température absolue du corps noir exprimée en K l = longueur d'onde (m) Note : Le facteur 10-6 est utilisé puisque l'excitance est exprimée en Watts/m² µm. Si ce facteur est éliminé, la dimension sera Watts/m²m.    mmWattsx e hc W kThcCN  l  l l 26 /5 2 /10 1 2   
  • 43. ThermaCAM E2 Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann . COURBES DE PLANCK 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 260°C (490°F) 20°C (70°F) Relativeblackbody radiantemittance Longueur d’onde (microns) 102 101 1 10-1 10-2 10-3 10-4 0    mmWattsx e hc W kThcCN  l  l l 26 /5 2 /10 1 2   
  • 44. ThermaCAM E2 Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann La formule de PLANCK permet de tracer une famille de courbes pour les différentes températures. Suivant ces courbes, nous constatons que le flux de puissance est nul pour la longueur d'onde l  0 , puis grandit rapidement pour atteindre un maximum à une longueur d'onde appelée l  lmax et décroît lentement vers zéro pour les longueurs d'onde supérieures. COURBES DE PLANCK 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 121314 260°C (490°F) 20°C (70°F) Relativeblackbody radiantemittance Longueur d’onde (microns) 102 101 1 10-1 10-2 10-3 10-4 0 Plus la longueur d’onde est faible et la température du corps élevée, plus l’objet rayonne. Un objet chaud émet donc un rayonnement plus puissant qu’un objet froid et le rayonnement est émis à des longueurs d’onde d’autant plus courtes que le corps est chaud
  • 45. ThermaCAM E2 Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann Longueur d’onde Corps noir à 25 °C E n e r g i e r a y o n n é e
  • 46. ThermaCAM E2 Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann Longueur d’onde Corps noir à 300 °C E n e r g i e r a y o n n é e
  • 47. ThermaCAM E2 Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann Longueur d’onde Corps noir à 750 °C E n e r g i e r a y o n n é e
  • 48. ThermaCAM E2 Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann Longueur d’onde Corps noir à 6000 °C, le soleil E n e r g i e r a y o n n é e
  • 49. ThermaCAM E2 Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann La dérivée de la formule de Planck, par rapport à la longueur d ’onde, permet d ’obtenir la position du maximum de chaque courbe. C ’est la loi de Wien. Elle indique que plus un corps est chaud, plus son pic d ’émission maximum se déplace vers les courtes longueurs d ’onde.  m T l 2898 max  (T en Kelvin)
  • 50. ThermaCAM E2 Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan BoltzmannLe corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann 6000 4000 2000 750 300 25 -75 Longueur d’onde temp. °C « P u i s s a n c e » r a y o n n é e  m T l 2898 max  (T en Kelvin)
  • 51. ThermaCAM E2 Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann • Rigel 12000° • Sirius 10000° • Soleil, Capella 6000° • Betelgeuse 3000°
  • 52. ThermaCAM E2 Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann Loi de STEFAN BOLTZMANN. On peut aussi démontrer que l ’énergie comprise entre l = 0 et l = lmax représente seulement 25% du total. Il y a donc 75% de l’autre côté du maximum. 25% 75% Zone où on essayera de préférence de faire une mesure car c’est là où il y a plus d’énergie
  • 53. ThermaCAM E2 1) Rappel sur les transferts thermiques Conduction Convection Rayonnement 2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements 3) Le spectre infrarouge 4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann 5) Les corps réels - émissivité 6) Les caméras de thermographie
  • 54. ThermaCAM E2 Emission, réflexion, transmission • Suivant les principes de la thermodynamique (Loi de Kirchoff): Absorption = Emission Transmission Réflexion Emission Absorpsion Objet Energie incidente • Emission + Transmission + Réflexion = 1 • On notera par la suite: ε + τ + r = 1
  • 55. ThermaCAM E2 Emission, réflexion, transmission Transmission Réflexion Emission Absorpsion Objet Energie incidente • Si l'objet est considéré opaque, on a une transmission = 0 • En thermographie infrarouge, les corps sont considérés opaques
  • 56. ThermaCAM E2 Emission, réflexion, transmission Réflexion Emission Absorpsion Objet Energie incidente • Si l'objet est considéré opaque, on a une transmission = 0 • d'ou : Emission + Réflexion = 1 Transmission
  • 57. ThermaCAM E2 Emission, réflexion, transmission • Absorbe toute l’énergie • Toute la réflexion est absorbée T0 Energie incidente Rappel: Absorption = Emission Emission + Réflexion = 1 Un corps noir absorbe tout donc émet tout. On a finalement: Emission = 1 minimum Corps noir • Le Corps noir: Un corps parfait.
  • 58. ThermaCAM E2 Emission, réflexion, transmission • Corps réel: Il n’émet qu’une fraction de ce qu’émettrait un corps noir porté à la même température. Transmission Réflexion Emission Absorpsion Objet Energie incidente noircorpsparémisRayons réelobjetparémisRayons Q Q EMISSIVITE  L’émissivité est une caractéristique du corps réel.
  • 59. ThermaCAM E2 Les corps réels - émissivité Types généraux de corps Corps opaque Transmission = 0 donc Réflexion + Emission = 1 Corps brillant Réflexion élevée et émission faible Corps gris Emission constante sur une bande de longueur d ’onde Corps sélectif Emission, réflexion et transmission varient en fonction de la longueur d ’onde
  • 60. ThermaCAM E2 Les corps réels - émissivité Courbe d ’émission d ’un corps noir
  • 61. ThermaCAM E2 Les corps réels - émissivité Courbe d ’émission d ’un corps gris, à la même température
  • 62. ThermaCAM E2 Les corps réels - émissivité Courbe d ’émission d ’un corps sélectif, à la même température
  • 63. ThermaCAM E2 Les corps réels - émissivité L ’émissivité L’émissivité est le rapport de l’émission de l’objet à mesurer par l’émission d’un corps noir à la même température et pour une longueur d’onde donnée e  Obj / CN Sa valeur est donc comprise entre 0 et 1
  • 64. ThermaCAM E2 Les corps réels - émissivité L ’émissivité, quelle est sa valeur ? Impossible à dire tel que, elle varie : 1. En fonction de la nature du matériau 5. En fonction de la longueur d’onde 4. En fonction de l’angle d’observation 3. En fonction de la Température du matériau 2. En fonction de l’état de surface du matériau
  • 65. ThermaCAM E2 Les corps réels - émissivité 1. En fonction de la nature du matériau 5. En fonction de la longueur d’onde 4. En fonction de l’angle d’observation 3. En fonction de la Température du matériau 2. En fonction de l’état de surface du matériau Émissivité, comment varie t’elle ?
  • 66. ThermaCAM E2 Les corps réels - émissivité Emissivité …. Cuivre oxydé oxydé oxydé
  • 67. ThermaCAM E2 Les corps réels - émissivité Emissivité …. suite
  • 68. ThermaCAM E2 Les corps réels - émissivité Variation de l’émissivité en fonction de l’angle d’observation 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° 1.0 .9 .8 .7 .6 .5 .4 .3 .2 .1 0 10°
  • 69. ThermaCAM E2 Les corps réels - émissivité 1. Tableau de valeur bonne approximation mais attention aux conditions de validité à utiliser avec précaution Émissivité, comment la connaître ?
  • 70. ThermaCAM E2 Les corps réels - émissivité Matière Température Valeur Aluminium brillant 20°C 0,04 Aluminium traité 20°C 0,83 à 0,94 Cuivre poli 100°C 0,05 Cuivre très oxydé 20°C 0,75 à 0,8 Fonte oxydée 100°C 0,65 Feuillard de fer rouillé 20°C 0,7 à 0,95 Nickel électrolytique poli20°C 0,05 Acier inox 18/8 poli 20°C 0,16 Acier inox oxydé 60°C 0,85 Brique rouge 20°C 0,93 Suie de charbons 20°C 0,95 Ciment sec 35°C 0,95 Verre (au delà de 4,5µm) 35°C 0,96 Huile de lubrification (épaisse) 17°C 0,87 Film huile 30 microns 20°C 0,27 Film huile 130 microns 20°C 0,72 Film huile épais 20°C 0,82 Plâtre blanc 20°C 0,85 à 0,9 Peau humaine 32°C 0,98 Eau liquide 20°C 0,96 Cristaux de glace -10°C 0,98 Neige -10°C 0,85
  • 71. ThermaCAM E2 Les corps réels - émissivité 4. Thermocouple à contact et Sonde PT100 de référence délicat, mais peut donner une bonne approximation 3. Peinture de « référence » méthode par approximations successives Émissivité, comment la connaître ? 2. Expérience - pas de problème sur câbles, manchons, isolants, plastiques, caoutchouc - délicat sur métaux polis, mieux s’ils sont oxydés
  • 72. ThermaCAM E2 1) Rappel sur les transferts thermiques Conduction Convection Rayonnement 2) Rapide historique sur la théorie des rayonnements 3) Le spectre infrarouge 4) Le corps noir, loi de Planck, loi de Wien, loi de Stefan Boltzmann 5) Les corps réels - émissivité 6) Les caméras de thermographie
  • 73. ThermaCAM E2 6) Les caméras de thermographie 6.1) Principes généraux 6.2) Types de détecteurs 6.3) Matériaux Exemples
  • 74. ThermaCAM E2 Les caméras de thermographie Module optique Module détecteur Electronique & Logiciel
  • 75. ThermaCAM E2 Les caméras de thermographie Module optique Module détecteurElectronique & Logiciel •Convertit le signal en unités de température •Fonctions opérateurs •Crée l’image dans le viseur •Conversion analogique / numérique •Stockage digital des données •Convertit le rayonnement reçu en signal électrique •Focalise le rayonnement IR sur le détecteur •Inclut les références de temperature •Crée l’image (horiz. Vert.)
  • 76. ThermaCAM E2 Les caméras de thermographie x horizontal y vertical xy pixels infrarouges Système IR à matrice
  • 77. ThermaCAM E2 Les caméras de thermographie Microprocesseur Convert. A/D Stockage numérique Sortie Vidéo Compensation de dérive Références Température Tables de Calibration Signal du détecteur RS - 232 Commande à distance
  • 78. ThermaCAM E2 6) Les caméras de thermographie 6.1) Principes généraux 6.2) Types de détecteurs 6.3) Matériaux Exemples
  • 79. ThermaCAM E2 Refroidissement Sur les détecteurs électroniques, la sensibilité est inversement proportionnelle à la température. Température basse = plus de millivolts en sortie, pour un flux infrarouge reçu déterminé. Sur les détecteurs thermiques, la sensibilité est maximale aux alentours de la température ambiante. TEMPERATURE STABILISEE REFROIDISSEMENT Détecteurs thermiques • Le Rayonnement reçu par un détecteur provoque un échauffement de celui-ci.
  • 80. ThermaCAM E2 Refroidissement ThermaCAM SC1000 256 x 256 pixels PtSi 575, 595, Alert, SC500, SC2000 320 x 240 pixels Bolomètres VOx
  • 81. ThermaCAM E2 6) Les caméras de thermographie 6.1) Principes généraux 6.2) Types de détecteurs 6.3) Matériaux Exemples
  • 82. ThermaCAM E2 Les caméras de thermographie - matériaux Matériaux utilisés en infrarouge (objectifs, hublots, etc.) : Germanium (Ge) transparence entre 1,8 µm et 23 µm température inférieure à 150°C associé à un traitement SiO2 en OC et ZnSe en OL Matériaux fluorés (CaF2, BaF2) transparence dans bandes VIS, OC, OL température inférieure à 600°C Ne pas oublier • du film plastique alimentaire est transparent, et offre une bonne protection contre des projections • l’aluminium, le cuivre, l’argent, l’or, après polissage et dépôt d’oxyde de silicium sont des bons miroirs
  • 83. ThermaCAM E2 Les caméras de thermographie Quelques caméras de thermographie FLIR Systems AGA AGEMA INFRAMETRICS
  • 84. ThermaCAM E2 Les caméras de thermographie Quelques caméras de thermographie FLIR Systems THV651 (1964)
  • 85. ThermaCAM E2 Les caméras de thermographie Quelques caméras de thermographie FLIR Systems AGA 782 (fin 70s)
  • 86. ThermaCAM E2 Les caméras de thermographie Quelques caméras de thermographie FLIR Systems AGEMA 470 (1988)
  • 87. ThermaCAM E2 Les caméras de thermographie Quelques caméras de thermographie FLIR Systems THERMACAM PM695
  • 89. ThermaCAM E2 Caractéristiques générales ThermaCAM E2 est la caméra de thermographie infrarouge la plus légère et la plus maniable disponible sur le marché. C’est un appareil polyvalent. ThermaCAM E2 est radiométrique, c’est à dire qu’elle est étalonnée et possède des capacités intégrées de mesurage en direct. Les thermogrammes (images infrarouges) sont sauvegardés en format JPG, puis transférables sur un PC afin d’être insérées dans des pages de rapport.
  • 90. ThermaCAM E2 Caractéristiques générales ThermaCAM E2 est un véritable instrument de terrain. IP 54 Vibrations 2G (IEC 68-2-6) Chocs 25 G (IEC 68-2-29) Fonctionnement entre - 15 et 45 °C
  • 91. ThermaCAM E2 Caractéristiques générales ThermaCAM E2 utilise un capteur matriciel de 160 x 120 pixels, positionné derrière un objectif en germanium. Capteur 160 x 120 Objectif
  • 92. ThermaCAM E2 Contenu de la valise La caméra 700 gr S’accroche à la ceinture
  • 93. ThermaCAM E2 Contenu de la valise Les batteries Autonomie : 1 ½ h Lithium - ion 105 gr
  • 94. ThermaCAM E2 Contenu de la valise Le chargeur de batterie2 emplacements Temps de charge à 95 % = 2 heures
  • 95. ThermaCAM E2 Contenu de la valise Les batteries peuvent aussi être rechargées dans la caméra, avec un adaptateur secteur et un adaptateur allume-cigare (opt)
  • 96. ThermaCAM E2 Contenu de la valise Logiciel ThermaCAM Connect Câbles d’alimentation secteur et 12 Volts Câble de liaison RS232 ou USB
  • 97. ThermaCAM E2 Contenu de la valise Remarque : Molette de pressurisation
  • 98. ThermaCAM E2 Caméra Objectif 25°x19° La mise au point (focalisation) est manuelle
  • 99. ThermaCAM E2 Champ Mesuré H x V IFOV Objectif 25°x 19° Distance de travail Champ horizontal Champ vertical IFOV - pixel 30 cm (mini) 13,5 cm 10,5 cm 0,8 x 0,8 mm 1 mètre 45 cm 35 cm 3 x 3 mm 2 mètres 90 cm 70 cm 6 x 6 mm Caméra (valeurs arrondies)
  • 100. ThermaCAM E2 Caméra Trappe à batterie (Utilisation simultanée avec les stagiaires)
  • 101. ThermaCAM E2 Caméra Écran vidéo et panneau de commande (Utilisation simultanée avec les stagiaires)
  • 102. ThermaCAM E2 NO (NON) et 0/1 • Marche . Temps de mise en route 15 secondes environ • Arrêt (appuyer plus de 2 secondes) • Échappement (annulation d’une fonction d’un menu) (Utilisation simultanée avec les stagiaires)
  • 103. ThermaCAM E2 SEL Sélection d’une fonction de mesure • Emissivité • Niveau et plage (luminosité et contraste) • Position du spot, taille de zone d’intérêt, seuil d’alarme (Utilisation simultanée avec les stagiaires)
  • 104. ThermaCAM E2 YES (OUI) Acquiescement • Activation du mode MENU, le joystick permet ensuite de naviguer dans les différents menus • Validation d’une fonction sélectionnée (Utilisation simultanée avec les stagiaires)
  • 105. ThermaCAM E2 SAVE Pause / Enregistrement • Mise en mode « pause » • Enregistrement à la volée en mémoire si la pression est plus longue (Utilisation simultanée avec les stagiaires)
  • 106. ThermaCAM E2 Joystick Le joystick permet : • de naviguer dans les différents menus • de modifier la valeur d’une fonction (Utilisation simultanée avec les stagiaires)
  • 107. ThermaCAM E2 Caméra Gâchette pour déclenchement du laser de pointage (programmable) (Utilisation simultanée avec les stagiaires)
  • 108. ThermaCAM E2 Caméra Laser LocatIR™ • Diode laser rouge • Classe 2
  • 109. ThermaCAM E2 Caméra Sortie vidéo PAL/NTSC Sortie vers PC RS232 – USB Transfert des données Alimentation extérieure 11 à 16 volts
  • 110. ThermaCAM E2 Conditions de mesure par Thermographie Infrarouge
  • 111. ThermaCAM E2 Rayonnement = Rayonnement + Rayonnement + Rayonnement mesuré objet réfléchi sur l ’objet atmosphérique Généralités, situation de mesure type Situation de mesure type
  • 112. ThermaCAM E2 0 Caméra IR Emission Un objet réel émet une certaine quantité de rayonnement proportionnelle à sa température. Mais il n’est pas seul dans l’univers…. Tobj Atmosphère Tatm Généralités, situation de mesure type
  • 113. ThermaCAM E2 0 Caméra IR Atmosphère Réflexion Emission Environnement Energie incidente Cette énergie se réfléchie sur ses parois en fonction des pouvoirs réfléchissants de l’objet (réflexivité = 1 - ε0 ) Il reçoit aussi de l’énergie de l’environnement qui l’entoure (soleil, four, technicien de maintenance, etc.) Tobj Tatm Généralités, situation de mesure type
  • 114. ThermaCAM E2 0 Caméra IR Atmosphère Environnement Réflexion Emission Energie incidente Le rayonnement émis et réfléchi par l’objet passe à travers l’atmosphère avant d’atteindre la caméra. Tobj Tatm Généralités, situation de mesure type
  • 115. ThermaCAM E2 0 Caméra IR Atmosphère Environnement Emission Energie incidente Les particules présentes dans l’atmosphère vont également émettre un rayonnement. Tobj Tatm Réflexion Généralités, situation de mesure type
  • 116. ThermaCAM E2 0 Caméra IR Atmosphère Environnement Réflexion (1- ε).Wref Emission ε.Wobj Energie incidente Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm Tobj Tatm (1-τ). Watm τ.(1- ε).Wref τ.ε.Wobj Le total du rayonnement reçu par la caméra est donc: τ= transmissivité de l’atmosphère Généralités, situation de mesure type
  • 117. ThermaCAM E2 La caméra a donc besoin de connaître les caractéristiques de l’objet, de l’environnement et de l’atmosphère pour calculer le rayonnement émis par l’objet Wobj. A partir de ce rayonnement, elle calcule la température de l’objet en appliquant la loi de Stephan Boltzmann: Wobj = εobj.σ. T4 Avec σ = constante de Stephan-Boltzmann = 5,7 x 10-8 (SI), Wobj en W/m² et T en °Kelvin Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm Généralités, situation de mesure type
  • 118. ThermaCAM E2 Réglage de la caméra Paramètres objet Distance et humidité Température réfléchie Émissivité
  • 119. ThermaCAM E2 Paramètres objets Pour que la caméra puisse donner une température correspondant à celle du corps visé, il faut régler plusieurs paramètres pour qu’elle applique la formule vue précédemment: Pour la caméra P60: Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm e τ et Watm Wenv
  • 120. ThermaCAM E2 Distance et humidité La transmission dans l’atmosphère va dépendre du pourcentage d’humidité dans l’air et de la distance entre la caméra et l’objet à mesurer. Courte distance: grande transmission Longue distance: faible transmission Le rayonnement est absorbé par les particules se trouvant dans l’atmosphère, principalement les molécules d’eau. 0 Caméra IR Atmosphère 0 Caméra IR Atmosphère Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
  • 121. ThermaCAM E2 Distance et humidité L’humidité relative rend compte de la densité de particules d’eau dans l’air. La caméra calcule  à partir de la distance et de l’humidité relative. Il reste à régler l’émissivité et la température réfléchie. Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm La caméra calcule Watm à partir de la Température atmosphérique.
  • 122. ThermaCAM E2 Température réfléchie La Température réfléchie est l’équivalent en °C du rayonnement émis par tout ce qui entoure la caméra lors d’une mesure Procédure: On pointe la caméra sur un corps réfléchissant exemple: une feuille d’aluminium alimentaire froissée Caméra IR Réflexion Emission La caméra reçoit le rayonnement réfléchi de l’environnement et le rayonnement émis par l’objet L’environnement rayonne sur l’objet réfléchissant Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
  • 123. ThermaCAM E2 Température réfléchie La Température d’environnement est l’équivalent en °C du rayonnement émis par tout ce qui entoure la caméra lors d’une mesure. Procédure: On pointe la caméra sur un corps réfléchissant exemple: une feuille d’aluminium alimentaire froissée Caméra IR Réflexion Emission Le corps réfléchissant émet un minimum de rayonnement. Donc, tout ce que la caméra observe est le rayonnement de l’environnement. Wtot= τ.ε.Wobj + τ.( 1 – ε ).Wref + ( 1 – τ ).Watm
  • 124. ThermaCAM E2 Température réfléchie Pour afficher une température, la caméra applique la loi de Stephan-Boltzmann. Wtot = Wref = σ. Tref4 Ici, la totalité du rayonnement reçu est le rayonnement recherché. Il convient donc de régler l’émissivité à 1 pour calculer la température. Rappel: loi de Stephan-Boltzmann W = ε.σ. T4
  • 125. ThermaCAM E2 Température réfléchie Pour régler la température réfléchie, la procédure est donc la suivante: 1. Pointer la caméra sur un objet réfléchissant; 2. Régler l’émissivité à 1; 3. Relever la température affichée 4. Régler cette température comme Température réfléchie Tref Corps réfléchissant Précaution: Il faut mettre le corps réfléchissant au plus près de l’objet à mesuré pour prendre en compte le rayonnement qui va perturber notre mesure.
  • 126. ThermaCAM E2 Facteurs d ’influence - émissivité EMISSIVITE Rappel 1 : Tout corps porté à une certaine température émet un rayonnement infrarouge qui n ’est qu’une fraction de ce qu’émettrait un corps noir porté à la même température. Cette proportion est appelée EMISSIVITE. Rappel 2 : Considérant que la réflexion est le complément de l’émission (pour un matériau opaque), un corps réel réfléchit du flux provenant de l’extérieur. Cela est d ’autant plus prononcé que l’émissivité est faible. Rappel 3 : L’émissivité dépend : du matériau de la température de l’état de surface de l’angle de la longueur d ’onde
  • 127. ThermaCAM E2 Facteurs d ’influence - émissivité 1) Expérience: Maintenance électrique pas de problème sur câbles, manchons isolants, gaines plastiques, caoutchouc délicat sur métaux polis, mieux s ’ils sont oxydés 2) Tableau récapitulatif bonne approximation attention aux conditions de validité à utiliser avec précaution L’émissivité est une caractéristique de l’objet dont on veut déterminer la température. Il est indispensable de la connaître pour avoir un résultat fiable. Voici les différentes méthodes:
  • 128. ThermaCAM E2 Facteurs d ’influence - émissivité L’émissivité est une caractéristique de l’objet dont on veut déterminer la température. Il est indispensable de la connaître pour avoir un résultat fiable. Voici les différentes méthodes: 5) Labo équipé (méthode scientifique) 4) Thermocouple à contact permettant de déterminer la température de l’objet puis d’en déduire son émissivité: délicat, mais peut donner une bonne approximation 3) Peinture de « référence » dont on connaît l’émissivité. Exemple: peinture pour pot d’échappement d’émissivité 0,95.
  • 130. ThermaCAM E2 Emissivité, estimation par application de peinture ou de matériau de référence Facteurs d ’influence - émissivité 1) On applique sur le matériau visé, à une distance proche de la scène dont on veut connaître la température, une peinture hautement émissive (*) ou on colle une bandelette adhésive d ’émissivité connue. Exemple e = 0,95. 2) On fait l ’hypothèse que les températures moyennes sur le matériau et sur la référence sont identiques. 3) On mesure la température sur la zone de référence, avec e = 0,95. On obtient Tref. 4) Avec le calculateur de la caméra, on pointe la zone d ’émissivité inconnue, et on adapte progressivement l ’émissivité (réglages caméra) jusqu’à ce que le calculateur donne Tinconnue = Tref. Il suffit alors de lire l ’émissivité. Norme ASTM E1933-99A (*) peinture mate noire 3M, Krylon
  • 131. ThermaCAM E2 La thermographie infrarouge en maintenance. Exemples d’applications.
  • 132. ThermaCAM E2 Electricité, haute tension. Connexions vissées
  • 133. ThermaCAM E2 Isolateurs Barres Contacteur à lames Electricité, haute tension.
  • 134. ThermaCAM E2 Borniers à vis Fusibles Electricité, basse tension.
  • 137. ThermaCAM E2 Cuves calorifugées Fours rotatifs Fours tunnels Industrie, fours et réfractaires.
  • 138. ThermaCAM E2 Intérieur de four *>809.3°C *<394.3°C 400.0 450.0 500.0 550.0 600.0 650.0 700.0 750.0 800.0 *>1,189°C *<700.1°C 750.0 800.0 850.0 900.0 950.0 1,000 1,050 1,100 1,150 Industrie, fours et réfractaires.
  • 147. ThermaCAM E2 Résolution spatiale Angle de visée Humidité Effet du vent La réflexion Conseils Inspections
  • 148. ThermaCAM E2 Résolution géométrique de mesure La mesure est affectée par la taille des objets visés. Les facteurs d’influence sont : La matrice (nombre de pixels) L’objectif et la qualité du système optique La distance Un objet se projète sur le capteur matriciel, en une taille effective.
  • 149. ThermaCAM E2 La résolution spatiale est la capacité à mesurer avec précision la température de petits objets . Il faut que l’objet soit plus gros que ce qu’il est nécessaire pour le voir . Y Filtre Matrice Champ total exploré Optique
  • 150. ThermaCAM E2 Résolution géométrique de mesure Pixel Cas idéal : image de l ’objet de même taille que le détecteur et alignement parfait. Réponse à 100% sur le détecteur I. I I + 1 I + 2 I + 3I - 1 I I + 1 I + 2 I + 3I - 1
  • 151. ThermaCAM E2 Résolution géométrique de mesure Pixel I I + 1 I + 2 I + 3I - 1 I I + 1 I + 2 I + 3I - 1 Cas réel : image de l ’objet de même taille que le détecteur mais alignement imparfait. Réponse correcte sur aucun pixel >>> Pas de mesure exacte.
  • 152. ThermaCAM E2 Résolution géométrique de mesure Pixel I I + 1 I + 2 I + 3I - 1 I I + 1 I + 2 I + 3I - 1 Conclusion : L’objet doit être assez gros pour couvrir au moins un pixel complètement. Théorie : 2 x 2. Réalité : 3 x 3 proposé chez FLIR.
  • 153. ThermaCAM E2 Régle pratique: On regarde le viseur de la caméra Si dans cette surface, la température est homogène, la taille de l’objet est correcte.
  • 154. ThermaCAM E2 Résolution géométrique de mesure Résolution de l’optique standard 25° x 19° 1/120 Distance de travail Plus petit objet mesurable 300 mm 2,5 x 2,5 mm2 500 mm 4,2 x 4,2 mm2 750 mm 6,25 x 6,25 mm2 1000 mm 8,3 x 8,3 mm2 2000 mm 16,6 x 16,6 mm2
  • 155. ThermaCAM E2 Résolution géométrique de mesure Astuce de terrain, qui tient compte d’un possible bougé. Ce que vous visez doit couvrir le centre du point
  • 156. ThermaCAM E2 Facteurs d ’influence - taille d ’un objet Que faire lorsque les conditions ne sont pas respectées ? a) se rapprocher b) mettre un objectif avec une résolution plus élevé (faible angle - télescope) Si rien n ’est possible, alors, toute mesure risque d ’être erronée
  • 158. ThermaCAM E2 Facteurs d ’influence – angle de visée 45° 45° OK OKOK L’émissivité variant avec l’angle de visée , Il est important pour des mesures normales sur des composants ayant une bonne émissivité de ne pas dépasser un angle de 45 °
  • 160. ThermaCAM E2 Facteurs d ’influence - transmission atmosphérique Il existe par ailleurs des facteurs d ’atténuation multiplicatifs supplémentaires CO2, H2O, Flammes, Brouillards chargés de poussière, Pluie, etc. Variation de la transmission atmosphérique mesurée sur un corps à 90°C (FRF 100%) - Température de l ’atmosphère 25°C - Humidité relative 33%
  • 161. ThermaCAM E2 Facteurs d ’influence - transmission atmosphérique Influence du brouillard Plate-forme vue au travers d ’un brouillard. Visibilité inférieure à 200 m. Distance d’observation 220 m. D ’après Caniou. L ’observation et le mesurage par thermographie. 8 - 12 µm 3 - 5 µm
  • 162. ThermaCAM E2 Facteurs d ’influence - atmosphère Influence de l ’environnement, réflexions parasites 3 - 5 µm 2 4 3 3 4 4 Réflexions 8 - 12 µm 6 . 6 4 8 . 1 0 2 0 3 0 4 0 Réflexions atténuées
  • 163. ThermaCAM E2 Facteurs d ’influence - atmosphère Le vent « refroidit » les défauts. La correction dépend donc de la vitesse du vent (entre 1 et 8 m/s). Ce phénomène est valable en extérieur et est augmente inversement à l’épaisseur des objets. DT corrigé du vent = DT brut x V0,45 Corrélation vent 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 0 2 4 6 8 10 Vitesse (m/s) Facteurdecorrélation
  • 165. ThermaCAM E2 Un corps réel n’est pas un corps noir. Il n ’émet qu’une fraction de ce qu’émettrait un corps noir porté à la même température. Cette fraction est appelée EMISSIVITE. Abréviation e. W = e s T4 (au mieux !) Considérant la loi de Kirchoff, un corps réel réfléchit donc également de l ’énergie provenant de son environnement. Ceci constitue le problème majeur des mesures en extérieur ou en environnement rayonnant. Réflexion solaire
  • 166. ThermaCAM E2 Exemple de réflexion de l’opérateur sur une connexion électrique
  • 168. ThermaCAM E2 Règle 1 Avant de faire une mesure, il faut que l’image soit nette. La focalisation est manuelle.
  • 169. ThermaCAM E2 Règle 2 L’objet visé doit être suffisamment grand. Utilisez par exemple le point de mesure pour vérifier si la résolution de mesure est respectée.
  • 170. ThermaCAM E2 Règle 3 Choisir l’outil de mesure le plus adapté, la palette de couleur permettant de discriminer au mieux le défaut.
  • 171. ThermaCAM E2 Enregistrement Sauvegarder le thermogramme (image thermique) en mémoire. Enregistrer également une image visible avec un appareil photo numérique.
  • 172. ThermaCAM E2 Enregistrement (2) Sauvegarder le thermogramme (image thermique) en mémoire. Enregistrer également une image visible avec un appareil photo numérique.
  • 173. ThermaCAM E2 Pour effectuer des mesures sur des armoires électriques, on applique les règles suivantes: 1. l’émissivité des composants (en matière plastique) d’une armoire électrique est de 0,95. 2. Il faut toujours coupler la mesure de température avec une mesure d’intensité pour tenir compte de l’influence de la charge. 3. On essaiera toujours de comparer les températures mesurées avec celles d’un composant sain identique. 4. Taille de l’objet conforme à la résolution spatiale
  • 175. ThermaCAM E2 Inspection électrique et mécanique standard Suggestions minimales de classement des défauts 1) Conditions de température absolue Si le composant peut être touché par un opérateur habilité, sa température de surface ne doit dépasser : a) sans précaution, le seuil continu de douleur soit environ 60°C, b) avec précaution, le seuil limite fixé par le constructeur. ainsi que En électrique, la température du composant ne doit normalement pas excéder l’ambiance de +40°C (généralement +70°C pour les composants militaires ; exemple US : MIL-STD-2194 1988).
  • 176. ThermaCAM E2 Inspection électrique et mécanique standard Suggestions minimales de classement des défauts 2) Conditions d’écart de température La température d’un composant supposé défectueux est comparée avec celle d’un composant sain identique travaillant dans des conditions similaires. Écart DT Sévérité < 10 °C Cela peut être un défaut. Dans l’incertitude, c’est à surveiller. 10 à 20°C Défaut 1 (avéré). Planifier une mesure corrective. 20 à 40°C Défaut 2 (sérieux). Mesures correctives urgentes, dans la semaine généralement. > 40°C Défaut 3 (critique). Intervenir immédiatement.
  • 177. ThermaCAM E2 Inspection électrique avec correction de la charge Si on admet qu’un défaut est de nature résistive, l’écart brut de température doit être compensé en fonction du carré de la charge. DT effectif = DT brut x (Inominal / Imesuré)2 L’écart effectif est à considérer pour la classification du défaut. Exemple : on mesure un écart de 9°C entre deux phases d’un disjoncteur de calibre 100 ampères, alors que le courant mesuré est de 30 ampères. Considérant l’écart brut, il ne s’agit pas d’un défaut. L’écart effectif compensé de la charge est de 9 x (100/30)2 soit 100°C. Le défaut passe alors en catégorie 3 Critique.
  • 178. ThermaCAM E2 Inspection électrique Postes et Lignes Suggestions minimales de classement des défauts 3) Conditions spéciales L’écart de température brut DT doit être corrigé des effets du vent et de l’intensité. Les critères de sévérité sont spécifiques.
  • 179. ThermaCAM E2 Inspection électrique Postes et Lignes Correction des effets du vent Le vent « refroidit » les défauts. La correction dépend donc de la vitesse du vent (entre 1 et 8 m/s). DT corrigé du vent = DT brut x V0,45 Corrélation vent 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 0 2 4 6 8 10 Vitesse (m/s) Facteurdecorrélation
  • 180. ThermaCAM E2 Inspection électrique Postes et Lignes Correction des effets de l’intensité Cas 1, la charge est insuffisante. Charge Itransit / IMAP < 40%. On utilise DT effectif = DT corrigé du vent Classe de sévérité 1 : DT effectif < 5°C Classe de sévérité 2 : 5°C < DT effectif < 10°C Classe de sévérité 3 : DT effectif > 10°C
  • 181. ThermaCAM E2 Inspection électrique Postes et Lignes Correction des effets de l’intensité Cas 2, la charge est suffisante. L’énergie est plutôt proportionnelle au carré de la charge. Charge Itransit / IMAP > 40%. On utilise DT effectif = DT corrigé du vent x (IMAP/Itransit)2 Classe de sévérité 1 : 5°C < DT effectif < 50°C Classe de sévérité 2 : 50°C < DT effectif < 100°C Classe de sévérité 3 : DT effectif > 100°C
  • 183. ThermaCAM E2 Rapport - introduction Les logiciels FLIR sont tous installés avec des formats de rapport type. Les opérateurs peuvent s’en inspirer. Quelques suggestions : - Indiquer le type de caméra utilisée, préciser la date de validité de son certificat d’étalonnage. - Donner vos critères de sévérité. - Lister les composants contrôlés y compris ceux pour lesquels rien n’a été détecté. Les défauts feront l’objet d’une page de rapport particulière avec photographie visible. - Mettre en page avec numéro de page clair.
  • 184. ThermaCAM E2 Page de rapport - défaut Elle comprendra par exemple : - Thermogramme infrarouge. - Image visible. - Caractéristiques physiques de ce qui est visé : type de matériel, localisation, courant, tension, vitesse, .. - Caractéristiques du thermogramme : émissivité, environnement, horodatage, dénomination,.. - Température considérée comme défaut. - Température considérée comme référence. - Sévérité du défaut. - Origine possible du défaut. - Suggestion d’intervention.
  • 185. ThermaCAM E2 Page de rapport - conclusion Elle donne une vision synthétique de l’inspection. Elle comprend souvent une liste récapitulative des défauts rencontrés, et de leurs caractéristiques principales. En maintenance prédictive, elle peut inclure des courbes de tendance, avec des extrapolations temporelles.
  • 187. ThermaCAM E2 Transfert Caméra - PC 1) Installer préalablement le logiciel ThermaCAM Connect ™. 2) Connecter la caméra à votre PC au moyen du câble USB ou du câble RS232.
  • 188. ThermaCAM E2 Transfert Caméra – PC (suite) 3) La caméra doit être reconnue comme un disque dur supplémentaire et s’afficher comme tel dans l’explorateur Windows.
  • 189. ThermaCAM E2 Transfert Caméra – PC (suite) 4) Les thermogrammes possèdent l’extension JPG, et bénéficient donc de la fonction d’affichage en vignette. Ils sont à transférer sur votre disque dur vers l’emplacement de votre choix, comme n’importe quel autre fichier.
  • 190. ThermaCAM E2 Création du document rapport 1) Créer un nouveau document de l’application choisie pour faire des pages de rapport -exemple Word. 2) A l’emplacement choisi, insérer le thermogramme et éventuellement la photo visible.
  • 191. ThermaCAM E2 Création du document rapport 3) Utiliser Word de façon standard pour établir votre document rapport.