24  Techniques de mesure thermographique

24.1  Introduction

La caméra infrarouge mesure et visualise le rayonnement infrarouge d'un objet. La caméra peut calculer et afficher cette température,‎ car le rayonnement est une fonction de la température de surface des objets.
Cependant,‎ le rayonnement mesuré par la caméra dépend non seulement de la température de l'objet,‎ mais également de l'émissivité. Le rayonnement provenant du milieu environnant est également réfléchi dans l'objet. Le rayonnement émanant de l'objet et le rayonnement réfléchi sont également influencés par l'absorption de l'atmosphère.
Pour mesurer la température avec précision,‎ il est donc nécessaire de compenser les effets des différentes sources de rayonnement. Cela est effectué automatiquement en ligne par la caméra. Les paramètres suivants relatifs à l'objet doivent cependant être fournis à la caméra :
  • Émissivité de l'objet
  • Température apparente réfléchie
  • Distance entre l'objet et la caméra
  • Humidité relative
  • Température de l'atmosphère

24.2  Émissivité

L'émissivité étant le paramètre le plus important,‎ elle doit être définie avec précision. Elle représente la mesure du rayonnement émis par un objet par rapport à celui émis par un corps noir parfait de même température.
Normalement,‎ l'émissivité des matériaux des objets et des traitements de surface est comprise approximativement entre 0,‎1 et 0,‎95. Une surface très polie (miroir)‎ a une émissivité inférieure à 0,‎1,‎ alors qu'une surface oxydée ou peinte a une émissivité plus élevée. Les peintures à base d'huile,‎ quelle que soit leur couleur dans le spectre visible,‎ ont une émissivité supérieure à 0,‎9 dans l'infrarouge. La peau humaine a une émissivité comprise entre 0,‎97 et 0,‎98.
Les métaux non oxydés représentent un cas extrême d'opacité parfaite et de réflexivité élevée qui ne varient pas beaucoup avec la longueur d'onde. Par conséquent,‎ l'émissivité des métaux est faible : elle n'augmente qu'avec la température. L'émissivité des objets non métalliques tend à être élevée et diminue avec la température.

24.2.1  Obtention de l'émissivité d'un échantillon

24.2.1.1  Étape 1 : Détermination de la température apparente réfléchie

L'une des deux méthodes suivantes permet de déterminer la température apparente réfléchie :
24.2.1.1.1  Méthode 1 : Méthode directe
    Procédez comme suit :
  1. Rechercher des sources de réflexion possibles en tenant compte du fait que angle d'incidence = angle de réflexion (a = b)‎.
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    Figure 24.1  1 = Source de réflexion

  2. Si la source de réflexion est un point,‎ modifiez la source en l'obstruant avec une pièce de carton.
    Graphic

    Figure 24.2  1 = Source de réflexion

  3. Mesurez l'intensité de radiation (= température apparente)‎ à partir de la source de réflexion en utilisant les paramètres suivants :
    • Émissivité : 1,‎0
    • Dobj : 0
    Vous pouvez mesurer l'intensité de radiation à l'aide d'une des deux méthodes suivantes :
    Graphic

    Figure 24.3  1 = Source de réflexion

    Graphic

    Figure 24.4  1 = Source de réflexion

L'utilisation d'un thermocouple pour mesurer la température apparente réfléchie n'est pas recommandée pour deux raisons :
  • Un thermocouple ne mesure pas l'intensité de radiation.
  • Un thermocouple nécessite un excellent contact thermique avec la surface,‎ souvent par collage ou couverture du capteur avec un isolant thermique.
24.2.1.1.2  Méthode 2 : Méthode par réflexion
    Procédez comme suit :
  1. Froissez un grand morceau de papier aluminium.
  2. Défroissez-le et fixez-le à un morceau de carton de même taille.
  3. Placez ce morceau de carton en face de l'objet dont vous souhaitez mesurer la température. Assurez-vous que le côté couvert d'aluminium est bien orienté vers la caméra.
  4. Définissez l'émissivité à 1.0.
  5. Mesurez la température apparente de la feuille d'aluminium et consignez-la.
    Graphic

    Figure 24.5  Mesure de la température apparente de la feuille d'aluminium.

24.2.1.2  Étape 2 : Détermination de l'émissivité

    Procédez comme suit :
  1. Sélectionnez un emplacement pour l'échantillon.
  2. Déterminez et définissez la température apparente réfléchie en fonction de la procédure précédente.
  3. Fixez de la bande adhésive isolante à haute émissivité sur l'échantillon.
  4. Chauffez l'échantillon à au moins 20 K au dessus de la température ambiante. Le chauffage doit être relativement homogène.
  5. Effectuez la mise au point et ajustez automatiquement la caméra,‎ puis figez l'image.
  6. Ajustez les valeurs Niveau et Gain pour une meilleure luminosité et un meilleur contraste au niveau des images.
  7. Définissez l'émissivité de façon à ce qu'elle soit identique à celle de la bande adhésive (généralement 0,‎97)‎.
  8. Mesurez la température de la bande adhésive en utilisant l'une des fonctions de mesures suivantes :
    • Isotherme (vous permet de déterminer la température et l'homogénéité du chauffage de l'échantillon)‎
    • Point (plus simple)‎
    • Boîte Moy. (adapté aux surfaces ayant une émissivité variable)‎.
  9. Notez la température.
  10. Déplacez votre fonction de mesure vers la surface de l'échantillon.
  11. Modifiez le paramètre d'émissivité jusqu'à ce que la température soit la même que celle obtenue lors de la précédente mesure.
  12. Notez l'émissivité.

24.3  Température apparente réfléchie

Ce paramètre permet de compenser le rayonnement réfléchi dans l'objet. Si l'émissivité est faible et la température de l'objet relativement éloignée de la température réfléchie,‎ il est important de définir et de compenser correctement la température apparente réfléchie.

24.4  Distance

La distance correspond à la distance entre l'objet et l'objectif avant de la caméra. Ce paramètre permet de compenser les deux faits suivants :
  • Le rayonnement de la cible est absorbé par l'atmosphère entre l'objet et la caméra.
  • Le rayonnement de l'atmosphère elle-même vient s'ajouter aux rayonnements détectés par la caméra.

24.5  Humidité relative

La caméra peut également compenser la légère variation du facteur de transmission résultant de l’humidité relative de l’atmosphère. Pour permettre cette compensation,‎ attribuez une valeur correcte à l’humidité relative. Pour les courtes distances et l’humidité normale,‎ la valeur par défaut de l’humidité relative peut être conservée,‎ soit 50 %.

24.6  Autres paramètres

En outre,‎ certaines caméras et programmes d'analyse de FLIR Systems permettent de compenser les paramètres suivants :
  • Température atmosphérique,‎ c'est-à-dire. la température moyenne de l'atmosphère entre la caméra et la cible.
  • Température optique externe,‎ c'est-à-dire la température des objectifs ou fenêtres externes utilisé(e)‎s devant la caméra.
  • Transmission d'optique externe,‎ c'est-à-dire la transmission des objectifs ou fenêtres externes utilisé(e)‎s devant la caméra