Transcript Thermographie infrarouge

Thermographie
infrarouge
Lpro GMIE
TP série 2
TP N° 1
I.U.T de Marseille
1 Presentation
L'objectif de ce T.P. est de se familiariser avec l'utilisation d'une caméra de thermographie infrarouge et de
bien en situer les capacités et limites d'utilisation.
La mesure de température par mesure de rayonnement infrarouge est en effet de plus en plus utilisée, souvent
sans bien prendre en compte les limites de cette technique.
ATTENTION !
Le compte rendu sera réalisé sous forme de fichier Word, incluant des copies d'écran des images IR collectéres
1.1 Thermographie infrarouge
La thermographie infrarouge est une technique permettant d'obtenir, au moyen d'un appareillage approprié
(ici une caméra), l'image thermique d'une scène thermique observée dans un domaine spectral de l'infrarouge
(Figure 1).
Conditions ambiantes radiatives : T∞
flux rayonnant parasite
flux émis et réfléchi
Thermosignal
module optique
Module
d'alimentation
scène thermique
tête
dispositif de balayage
spatial (prismes)
Pilotage analogique
TR, TL, ib
détecteur
Convertisseur
A/D
Stockage
Images
numérisées
Figure 1 : Schéma de décomposition du flux reçu par le détecteur et de l’installation
La scène thermique correspond à la partie de l'espace-objet observable au moyen de la caméra. Le rayonnement
infrarouge en provenance de cette scène est capté par la caméra et converti en signal électrique, le thermosignal,
qui va produire l'image thermique. Celle-ci représente la répartition structurée des données représentatives du
rayonnement infrarouge en provenance de la scène thermique.
La répartition des valeurs énergétiques relevée sur la scène thermique constitue la carte de luminance. Elle est
obtenue à partir d'une ou plusieurs images thermiques. Sa transcription en température fournit le
thermogramme.
1.2 Matériel
La caméra de thermographie infrarouge mise à disposition est une caméra infrarouge industrielle, la
ThermoVision A20 (FLIR Systems). Le pilotage de cette caméra est assurée par le logiciel ThermaCam
Researcher qui permet aussi l'enregistrement numérique en temps réel de séquences et l'analyse des données et
des images.
Les diverses manipulations nécessitent l'utilisation d'un corps noir, d'un capteur de température et d'une plaque
de cuivre chauffante, une plaque de plexiglas et une plaque d'aluminium.
1.3 RECOMMANDATIONS PRÉALABLES
•
La caméra devra être mise en route exclusivement par l'enseignant responsable.
•
En aucun cas, le corps noir ne devra dépasser 100 °C (graduation du vernier 4,5 - attention
potentiomètre 10 tours : 4,5 correspond à 4 tours et demi)
•
Avant de placer le corps noir sous tension, on s'assurera que le vernier se trouve à la position 0.0. En cas
de non respect de cette consigne, celui-ci commencerait sa montée en température et il serait alors
impossible d'effectuer les mesures relatives à la température ambiante.
•
Prenez bien garde à ne pas renverser la caméra en vous déplaçant. Aucun étudiant autre que ceux
concernés par la manipulation ne devra franchir le périmètre délimité par les tables.
•
Au début de la séance, il est souhaitable de démarrer la chauffe de la plaque de cuivre afin d'obtenir un
bon équilibre thermique.
2 Manipulations
2.1 Prise en main du logiciel ThermaCam Researcher
Pour utiliser Thermacam Researcher, il faut démarrer le PC. On choisit ensuite Researcher dans le menu de
démarrage et, une fois la page d’accueil passée, on clique sur le pictogramme représentant la caméra.
Dans un premier temps, il faut se familiariser avec le logiciel pilotant la caméra : réglage des paramètres de
l'image thermique, utilisation des différents outils d'analyse, sauvegarde. Un bref rappel des principales
fonctionnalités doit apparaître dans votre compte-rendu.
2.2 Vérification de l'étalonnage de la caméra
Le but de cette manipulation est de vérifier que l'étalonnage de la caméra n'a pas dérivé au cours du temps.
Pour cela, il faut établir la relation entre la température fournie par la caméra T cam et la température du corps
noir TCN en identifiant les paramètres de la courbe TCN = f(Tcam).
A l'aide de la sonde platine quatre fils, on mesure la température d'équilibre du corps noir. La correspondance
résistance-température est donnée par l'équation :
TCN = 0.0011 R 2 + 2.3456 R + 28.073 (1)
- R la résistance mesurée en Ω
- TCN la température du corps noir en K
2.1.1 Processus expérimental
L'émissivité sera réglée à 1 sur le logiciel.
Prenez six points de mesure régulièrement répartis. Vous devez créer un document sous Excel et
programmer l'équation (1) sur une feuille de calcul.
NB : Il est à noter que l’indication du vernier ne devra pas dépasser 4.5 ce qui entraînerait une détérioration certaine du
corps noir. Il faut aussi signaler que, à cause d’un problème matériel, le corps noir ne démarre son processus de
chauffage qu’à partir de la graduation 2.5.
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Le fonctionnement détaillé de l'appareil sera expliqué en salle. Lors de la manipulation, on veillera à obtenir
une image nette par action sur l'objectif. Il n'est pas nécessaire d'obtenir une image représentative de toute la
scène thermique, certaines parties pourront donc être sous saturées.
2.1.2 Exploitation des résultats
Tracez sur excel les courbes :
1. Tcam = f(TCN)
2. (Tcam - TCN) = f(n° de point)
Pour la courbe n° 1, ajoutez la courbe de tendance. Quel est le coefficient de corrélation de la droite ?
Commentez les différents graphes obtenus.
2.3 Sur l'emploi d'une caméra de thermographie infrarouge
Mise en évidence des transmissions et réflexions du rayonnement infrarouge pour différents matériaux
courants, déterminez quelques précautions à prendre lors de l'utilisation de caméras de thermographie
infrarouge.
Vous avez deux plaques à disposition, l'une en plexiglas, l'autre en aluminium, la fenêtre et des sachets
plastiques.
Essayez de mesurer la température de surface d’un bâtiment en face de l’IUT (Cafétaria par exemple …)
fenêtres ouvertes et fenêtre fermée.
Mesurez les températures en visant les plaques plexyglas et aluminium, que constatez vous ?
Faites une image thermique de votre main, en direct et dans un sachet plastique transparent, comparez.
Si les radiateurs de chauffage sont chauds, mesurez les températures sur la conduite d'alimentation, le robinet
et à l'entrée du radiateur : conclusions ?
Visez les coffrets électriques placés à proximité de la porte d'entrée...que voit-on ?
3 Mesure d'émissivité et de température
3.1 Mesures d’émissivité
A l'aide de la plaque chaude isotherme, on déterminera des émissivités en comparant le rayonnement
émis au rayonnement du corps noir ; on supposera que toutes les surfaces visées sont à la température de la
plaque chaude. Cette plaque a été recouverte d’une peinture d’émissivité connue et égale à 0.95. Cette
manipulation sera à effectuer avec le logiciel Researcher en mode VISUALISATION. Pensez à entrer la
température ambiante dans les paramètres d’environnement.
( voir à la fin de la documentation de la caméra l'influence des paramètres d'environnement)
2.3 Manipulation
Lors de l’acquisition de votre film IR, vous devrez noter la température ambiante ainsi que la température de
la plaque chaude. Celle-ci sera lue à partir d’un thermocouple situé dans la plaque.
Etablissez la relation reliant les différents flux thermiques :
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le flux émis par la surface visée en fonction de son émissivité ε, de sa température de surface T, de la
température ambiante T∞
- le flux reçu par la caméra en fonction de la température du corps noir TCN et de la température ambiante.
-
Déterminez les différentes émissivités présentes sur la plaque. Vous pourrez revenir sur Excel pour faciliter les
calculs.
Concluez.
4 Exploitation d’images collectées
Commenter les images collectées mises à votre disposition. ( plancher du hall, salle TD 2 et toits IUT)
Les images faites à l'intérieur de l'IUT l'ont été en milieu de matinée, un jour non ensoleillé, avec une
température extérieure de 7 °C.
L'image des toitures a été réalisée de nuit par la ville de Marseille
Que peut-on voir ? Quelle exploitation qualitative et quantitative peut-on en faire ?
Développez votre réponse, dites tout ce que vous pouvez tirer de chaque cliché....
Conclusion
RÉFÉRENCES
[1] D. Pajani, Mesures par thermographie infrarouge, ADD éditeur, 1989.
[2] F. Papini, P. Gallet, Thermographie Infrarouge - Image et Mesure, Masson, 1994.
[3] G. Gaussorgues, La thermographie infrarouge : principes, technologie, applications, Tech&Doc, 1999
[4] Normes AFNOR A 09-400. Essais non destructifs. Thermographie infrarouge. Vocabulaire, 1987.
FLIR Systems www.flir.fr
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