KIT EDUCATION NATIONALE

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1 KIT EDUCATION NATIONALE MANUEL DE TRAVAUX PRATIQUES Page 1/14

2 Sommaire 1- Intitulé : Mur d émissivités Intitulé : Variation angulaire de l émissivité Intitulé : Résolution spatiale de mesure Intitulé : Visée indirecte sur un objet. Matériau réflecteur Intitulé : Application bâtiment. Simulation de plancher chauffant Intitulé : Application électrique. Commande de moteur triphasé Intitulé : Application électromécanique, électrique, pneumatique. Compresseur Intitulé : Transmission infrarouge de matériau, conduction, convection Ce document reprend et synthétise beaucoup de données écrites par : Monsieur Tayeb SAIDI (I.U.T de Saint Nazaire) et Monsieur Raphael DANJOUX (FLIR SYSTEMS) ayant participés à la mise en œuvre de ce manuel de travaux pratiques utiliser au centre délocalisé de Page formation 2/14 FLIR-ITC de Saint-Nazaire.

3 1- Intitulé : Mur d émissivités Objectif : Rechercher l émissivité de différents matériaux par comparaison. Description : A) CONNAISSANT L EMISSIVITE DE LA PEINTURE «NOIR MAT» (0,95), RETROUVER LA TEMPERATURE DE CHAQUE ECHANTILLON. ATTENTION, LA TEMPERATURE REFLECHIE DE L ENVIRONNEMENT DOIT IMPERATIVEMENT ETRE DETERMINEE AU PREALABLE. [SI VOTRE CAMERA DISPOSE DE LA FONCTION MOYENNE SUR UNE ZONE UTILISEZ LA, SINON PRENEZ LE POINT]. B) A PARTIR DE CETTE TEMPERATURE, RETROUVER L EMISSIVITE DE CHAQUE ECHANTILLON. C) ESTIMER LES ERREURS POSSIBLES EN FAISANT VARIER LES PARAMETRES D INFLUENCE. Hypothèse : Température homogène de la maquette (préchauffe terminée) C Tableau résultats : Échantillon Température ε pratique ε théorique 1 0,95 2 Env 0,14 3 Env 0,11 4 Env 0,21 Paramètres de mesure d = ϕ = T env = 5 Env 0,075 6 Env 0,11 7 Env 0,13 8 Env 0,13 9 Env 0,22 10 Env 0,26 11 > 0,95 12 Env 0,85 13 > 0,96 14 > 0,96 15 Env 0,92 Attention à l environnement! 16 Page 3/14

4 2- Intitulé : Variation angulaire de l émissivité Objectif : Sensibilisation à l importance de l angle de mesure. Matériel : Bidon rempli d eau chaude Emissivité = 0,95 Emissivité = 0, C 50 Ar1:avg 56.1 Ar2:avg 56.4 Ar3:avg 56.0 Emissivité = 0, Bidon à faire tourner Description : CONNAISSANT L EMISSIVITE DES ZONES DE REFERENCE EN VISANT A LA PERPENDICULAIRE, ORIENTER PROGRESSIVEMENT LE BIDON, ET NOTER LA VARIATION DE LA TEMPERATURE APPARENTE AFFICHEE PAR VOTRE EQUIPEMENT. POUR QUELQUES POSITIONS ANGULAIRES, GELER LE THERMOGRAMME, ET ADAPTER L EMISSIVITE APPARENTE POUR RETROUVE LA TEMPERATURE INITIALE, QUE L ON SUPPOSE INVARIANTE. Hypothèse : Température homogène du bidon. Température apparente Emissivité apparente Angle Paramètres de mesure d = ϕ = T env = Page 4/14

5 3- Intitulé : Résolution spatiale de mesure Objectif : Valider la distance limite de mesurage de votre équipement, pour des objets simulés par des trous. Description : Une caméra de thermographie infrarouge dispose d un capteur matriciel de géométrie donnée : 320x2 ou 160x120. Un pixel de ce dernier se projette sur la scène visée, avec une taille dépendant à la fois de la distance de travail et de l objectif. Pour une configuration donnée (objet, équipement, distance), la mesure n est plus possible au-delà d une distance limite. La résolution est généralement donnée en nombre relatif à la distance de mesure. Par exemple 1 :1 ou 1/1 signifie qu à une distance de travail de D, le plus petit objet correctement mesurable est de taille D/1. Dans notre cas, on visera, à une distance de 2 mètres, un fer à repasser équipé d une semelle avec des trous de diamètres 6, 13, 20 et 23 mm. A) FAIRE UNE MESURE DE TEMPERATURE DE REFERENCE SUR LE TROU 23 MM, EN UTILISANT LE MEILLEUR OUTIL DISPONIBLE SUR VOTRE EQUIPEMENT : MAXIMUM SUR UNE ZONE. [A DEFAUT, UN POINT CORRECTEMENT POSITIONNE]. B) NOTER L EVOLUTION DE LA TEMPERATURE MAXI SUR LES AUTRES TROUS. C) ESTIMER LA DISTANCE LIMITE D OBSERVATION DES PETITS TROUS. D) PROCEDER A UN CALCUL DE RESOLUTION SOUS FORME DE RATIO SUR LA DISTANCE C 6 mm:max mm:max Hypothèse : Température homogène de la maquette (préchauffe terminée). Diamètre trou (mm) Température maxi Paramètres de mesure Conclusion : d = ϕ = T env = Page 5/14

6 4- Intitulé : Visée indirecte sur un objet. Matériau réflecteur. Objectif : Sous une apparence banale, ce TP est à objectifs multiples. Il permet de comprendre les phénomènes de réflexion, déterminer un coefficient de réflexion, ou une émissivité apparente par réflexion et de procéder à une mesure de température apparente par réflexion Description : On utilisera le montage prévu pour la résolution spatiale de mesure, mais on s arrangera pour avoir, en plan avant, une surface réflectrice, par exemple une table de travail. On doit obtenir, dans le champ de a caméra, à la fois l image directe du fer, et son image réfléchie dans la table. Bien entendu, compte tenu des angles de visée non homogènes, une déformation (anamorphose) est à attendre. Visée directe 76.0 C 60 Visée par réflexion 20.3 A) FAIRE UNE MESURE SUR LE TROU DE 23 MM EN MODE DIRECT, PUIS DEPLACER LA FONCTION D ANALYSE ET NOTER LA VALEUR AFFICHEE SUR LE TROU DE 23 MM EN MODE REFLECHI 78.3 C Votre mesure : Ar1:max 78.8 Ar2:max B) ADAPTER L EMISSIVITE SUR LA MESURE REFLECHIE POUR RETROUVER LA MESURE INITIALE Ar1:max C Votre mesure : 60 Ar2:max Dans le cas présent : Emissivité apparente de la zone 2 pour retrouver la même valeur de température que sur la zone 1 = 0,35. Remarque importante : on notera ici que le matériau sur lequel se produit la réflexion, est un isolant, mais vu sous un angle important. Dans des conditions de visée avec un angle très prononcé, ce qui est le cas, les isolants, globalement de forte émissivité, deviennent plutôt réflecteur. Cela peut être à l occasion, soit une gêne, soit une chance. Un bon thermographiste saura se débrouiller de la situation! Page 6/14

7 5- Intitulé : Application bâtiment. Simulation de plancher chauffant. Objectif : Compréhension des phénomènes de transferts thermiques transitoires. Estimation du meilleur moment pour une inspection. Description : Dans les bâtiments, les matériaux mis en jeu, et leurs épaisseurs, induisent des inerties thermiques très importantes. Quelle que soit la situation de mesure, et les objectifs à atteindre, il est souvent vain d espérer voir la trace thermique d un quelconque défaut en régime permanent. Les contrastes de température qu ils induisent sont d abord généralement trop faibles, et la diffusion latérale les atténue ensuite considérablement. Il faut donc recourir à une technique instationnaire. On impose un changement brusque, par exemple une mise en route au maximum de puissance pour un chauffage au sol, et on profite de la montée en température progressive pour analyser les éventuels défauts. Le banc d étude est ici constitué par une plaque chauffante régulée, sur laquelle on applique une feuille de polystyrène extrudé rainurée. Au droit des rainures, l épaisseur plus faible se comporte comme si on avait un circuit de chauffe à une profondeur donnée. Vu de la face avant, la plaque de polystyrène est plate. A) FAIRE UN ENREGISTREMENT AU REPOS, AVANT LA CHAUFFE. B) SE PREPARER POUR DES ENREGISTREMENTS A CADENCE RAPPROCHEE, PUIS METTRE EN CHAUFFE. C) ENREGISTRER PLUSIEURS IMAGES THERMIQUES, UNE BONNE DIZAINE PENDANT UN LAPS DE TEMPS DE PLUSIEURS MINUTES. LES TROIS IMAGES THERMIQUES CI-DESSOUS S ETALENT SUR ENVIRON 3 MINUTES. ON CONSTATE QU AU DEPART, LE CONTRASTE INDUIT PAR LE CIRCUIT SIMULE S ETABLIT, PUIS PASSE PAR UN MAXIMUM, PUIS S ATTENUE JUSQU A DEVENIR INEXISTANT. Début de chauffe + 15 secondes Début de chauffe + secondes Début de chauffe + 3 minutes Ar C Ar C Ar C Li1 Li1 Li C C C D) QUEL EST LE CONTRASTE MAXIMUM QUE VOUS RELEVEZ SUR VOS IMAGES ENREGISTREES? E) A QUEL INSTANT SE PRODUIT-IL? F) CONCLUSION : ESTIMEZ UNE PROCEDURE POUR L INSPECTION DES CIRCUITS DE CHAUFFAGE (ELECTRIQUE, EAU) SOUS CHAPPE. Page 7/14

8 6- Intitulé : Application électrique. Commande de moteur triphasé. Objectif : Préparation aux inspections électriques. Description : Le banc permet la mise en route, et le changement du sens de rotation d un petit moteur triphasé 220 V. On notera sur ce banc tous les points susceptibles de présenter des pannes : - connexions électriques - contacteurs - arbre de sortie Page 8/14

9 7- Intitulé : Application électromécanique, électrique, pneumatique. Compresseur. Objectif : Préparation aux inspections. Description : Le banc est constitué d un compresseur à air standard de petit volume, avec motorisation électrique et entraînement par poulie et courroie. Il n y a pas de défaut à proprement parler sur ce banc. Il permet cependant aux stagiaires de se familiariser avec l utilisation de leur équipement dans un cadre qui n est pas celui de l inspection électrique. Que peut-on mettre en évidence? A) Sensibilité d une caméra. Elle permet de détecter des phénomènes cachés, par exemple l impact d un jeu au travers d une paroi. Dans l exemple ci-contre, la tâche en bas, au droit de l arrivée de gaz C 24.6 B) La mise en chauffe progressive d une enceinte. Dans l exemple ci-contre, on notera la variation lente de température sur la paroi du réservoir, de gauche à droite. Effet de conduction. C Li C 21.2 Page 9/14

10 C) La perte d énergie dans le coude, à la sortie du cylindre. Dans l exemple ci-contre, la perte de charge se traduit par une élévation de température d environ 10 C par rapport au corps du cylindre. Dans toute circonstance, perte de charge signifie élévation de température. Sp1:temp 53.2 Sp2:temp C Note : les émissivités sont identiques. Il s agit d une visée sur des pièces métalliques peintes avec la même peinture, et les angles de visée sont à peu près similaires par rapport à une perpendiculaire D) Il est possible de viser une scène située derrière une protection, par exemple un cadre grillagé. Bien entendu, la mesure de température devient difficile. Néanmoins, dans le cas d une inspection de routine, sur un composant pour lequel on dispose d un état de référence, on peut toujours faire une comparaison dans l image. Dans le cas présent, on voit la trace de la courroie d entrainement. Sp C E) Un moteur électrique en fonctionnement normal donne une répartition de température homogène. La zone la plus froide se situe en sortie de ventilation. Sp C 22.2 F) Une caméra de thermographie vise une scène à une certaine distance, au travers d une certaine épaisseur d atmosphère. Sauf dans des cas très particuliers, et au moins à des distances courtes, cette atmosphère n a aucune influence sur le signal, et il est donc impossible de voir directement un flux d air, ou de gaz peu absorbant, que celui-ci soit chaud ou froid! Le seul moyen est de passer par l intermédiaire d une cible, léchée par le flux. En sortie du compresseur, on pourra visualiser la forme du jet en plaçant une plaque fine de carton perpendiculairement à l embouchure. On notera que le phénomène de détente (ici d air) est fortement endothermique. Selon les circonstances, la température baisse de plusieurs degrés celsius à plusieurs dizaines de degrés celsius..6 C Sp1:temp 22.6 Sp2:temp Page 10/14

11 8- Intitulé : Transmission infrarouge de matériau, conduction, convection Objectif :.Comprendre comment certains transferts thermiques influencent l image d une caméra de thermographie infrarouge, puis la mesure que l on peut extraire. Description : Le banc est tout simplement un bac en plastique transparent, rempli d eau. L eau peut être chauffée à une température de consigne, et une pompe avec circulateur permet d obtenir une homogénéité suffisante dans le volume. A) TRANSMISSION INFRAROUGE DE MATERIAU. Le bac est en matière plastique transparente dans le visible. Pourtant, en infrarouge cette même matière est opaque. Pour s en apercevoir, il suffit de viser latéralement, au dessus du niveau d eau. Le système de chauffe et de circulation n est pas visible sur le thermogramme. Pas de trace de pompe par transparence 42.6 C De la même façon, on pourra regarder la surface supérieure de l eau. Nulle trace de l élément chauffant! Pas de trace de la résisistance. L'eau est OPAQUE C Page 11/14

12 B) CONDUCTION TRANSVERSE DANS UNE PAROI. Le seul mode de transfert possible dans la paroi est la conduction. Par ce phénomène, et grâce à la relative faible résistance thermique que constitue la paroi, la trace du niveau de liquide interne, est très facilement visible depuis l extérieur C 35 Trace du niveau de liquide 23.5 ESSAYEZ DE TROUVER CETTE LIMITE SUR VOTRE CAMERA. UTILISEZ PAR EXEMPLE LA FONCTION D ALARME HAUTE (OU ISOTHERME SUPERIEUR). Bien entendu, la température mesurée sur la paroi est proche de la réalité, à quelques degrés près. Une simple mesure combinée sur la face et sur le dessus donne une idée de l écart. SI VOTRE CAMERA DISPOSE D UNE FONCTION DE MOYENNE SUR UNE ZONE, UTILISEZ LA. SINON CHOISSISEZ LE POINT C Latéral:avg Température moyenne en visée latérale 41,1 C Supérieur:avg C Température moyenne en visée supérieure 44,8 C Atténuation : 44,8 41,1 = 3,7 C QUELLE EST L ATTENUATION MESUREE AVEC VOTRE EQUIPEMENT? Page 12/14

13 CONDUCTION LATERALE DANS UNE PAROI En reprenant une visée latérale, on peut suivre la variation progressive de température, au fur et à mesure que l on s éloigne de la trace supposée du niveau de liquide. Dans l exemple ci-dessous, la variation est supérieure à 10 C sur 3 centimètres. Sp3:temp.3 Sp2:temp 36.1 Sp1:temp C En inspection des systèmes mécaniques, les profils de conduction sont d importante cruciale. Ce sont eux, plus que les niveaux de température à proprement parler, qui renseigne sur l existence ou non d un défaut. COMBIEN MESUREZ VOUS? C) CONVECTION Il faut cette fois-ci regarder en partie supérieure. La convection est un mode de transfert thermique demandant le mouvement d un fluide intermédiaire dit «caloporteur». Ce fluide peut être un gaz ou un liquide. Dans le cas d une mise en mouvement par la force de gravitation, on parle de convection naturelle. Si le mouvement est la conséquence de l action d une pompe ou d un ventilateur, on parle de convection forcée. C est le cas ici. La température de surface de l eau n est pas uniforme. Les «traces» évolutives sont des indicateurs de la convection C LA CONVECTION EST-ELLE VISIBLE AVEC VOTRE EQUIPEMENT? Page 13/14

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