Webinaire. Mesure de température infrarouge

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1 Webinaire Mesure de température infrarouge

2 Mesure de température infrarouge Dans ce webinaire, vous apprendrez les bases concernant la mesure de la température sans contact avec des thermomètres à infrarouges. Outre les bases physiques et les mesures proprement dites, vous y trouverez aussi des informations sur la structure et le fonctionnement des appareils de mesure ainsi que les applications typiques. 2/27

3 1. Les avantages de la mesure de température infrarouge 3/27

4 1. Les avantages de la mesure de température infrarouge Mesure rapide sans contact de la température superficielle (cf. mesure de pénétration : mesure de la température à cœur par pénétration de la sonde dans l objet de mesure). Mesure facile de la température même lors de processus dynamiques rapides. Technique moderne parfaitement au point, utilisant des capteurs fiables et des micro-processeurs modernes. Contrairement aux autres thermomètres, les thermomètres à infrarouges permettent la réalisation de mesures sur des surfaces sensibles et des produits stériles, tout comme à des endroits dangereux ou difficilement accessibles. Technologie bon marché. 4/27

5 2. Bases physiques 5/27

6 Courant Corriente Micro-ondes Rayons X / Gamma 2.1. Rayonnement thermique Fréquence Longueur d'ondes Fréquence Longueur d'ondes 8-14 µm : plage dans laquelle mesurent les appareils de Testo Lumière visible Le rayonnement thermique est un rayonnement électromagnétique. Tous les corps émettent un rayonnement électromagnétique dépendant de leur température. De l'énergie est transportée lors de la propagation de ce rayonnement, ce qui permet de mesurer la température du corps sans contact. Pour les denrées alimentaires, le maximum de rayonnement se situe dans la plage infrarouge avec une longueur d ondes de 8 µm à 14 µm. 6/27

7 2.2. Emissivité, réflexivité, transmissivité Réflexion Emission Transmission Le rayonnement capté par le thermomètre à infrarouges se compose de l émission du corps mesuré, ainsi que de la réflexion et de la transmission de rayonnement étranger. Ces trois grandeurs peuvent présenter des valeurs comprises entre 0 et 1 (ou entre 0 et 100 %). Le total est toujours considéré comme 100% ou comme 1. L intensité du rayonnement émis dépend de l émissivité ε de la matière. L émissivité (ε) : capacité d'une matière à émettre un rayonnement infrarouge. La réflectivité (R) : capacité d'une matière à réfléchir les rayons infrarouges. La transmissivité (T) : capacité d'une matière à laisser passer un rayonnement infrarouge. 7/27

8 2.3. L objet de mesure Qu il s agisse de corps solides, de liquides ou de gaz : chaque objet de mesure est un émetteur de rayons infrarouges individuel. Dans le domaine alimentaire, il est ainsi possible de mesurer de nombreux produits et liquides organiques sans devoir prendre de mesures particulières. Les métaux, au contraire, et tout particulièrement les surfaces réfléchissantes, requièrent des mesures particulières. Émetteurs noirs, gris et colorés Si la réflectivité et la transmissivité sont égales à 0, on dispose d un corps de mesure idéal, appelé «émetteur noir» ou corps noir. Il transforme tout le rayonnement absorbé en énergie émise. Un tel corps idéal présente une émissivité ε = 1. 8/27

9 2.3. L objet de mesure La plupart des corps existant dans la nature sont considérés comme «corps gris» ou émetteurs gris. Ils présentent les mêmes caractéristiques que les corps noirs. Seule l'intensité du rayonnement émis est inférieure. C'est pourquoi l émissivité est inférieure à 1. Grâce au réglage correct de l émissivité, le thermomètre IR corrige cette émission plus faible. L émissivité est donc le rapport entre l intensité de rayonnement «noire» et «grise». Les émetteurs colorés sont des matériaux pour lesquels l'émissivité dépend de la longueur d'onde et donc de la température. Cela signifie que de tels corps présentent une émissivité différente à +200 C qu'à +600 C, p.ex. C est le cas de la plupart des matériaux métalliques. 9/27

10 3. Structure et fonctionnement d un thermomètre à infrarouges 10/27

11 3. Structure et fonctionnement d un thermomètre à infrarouges Lentille Capteur LCD Le capteur infrarouge est l élément principal d un thermomètre à infrarouges ; il est sensible au rayonnement infrarouge dans la plage de 8 à 14 µm. Le rayonnement infrarouge est concentré par une lentille et focalisé sur le capteur. Celui-ci convertit le rayonnement infrarouge en une tension électrique, augmentée par l'amplificateur et transmise au micro-processeur. Le processeur met le rayonnement mesuré en relation avec la température de l élément capteur et affiche le résultat. S'agissant, en principe, d'une méthode de mesure optique, la lentille doit toujours être exempte de poussières et rester propre. 11/27

12 4. La mesure infrarouge 12/27

13 4.1. L émissivité Émissivité dans la plage de 8-14 µm Surface Émissivité Aluminium nu 0,02-0,15 Aluminium oxydé 0,1-0,4 Béton 0,70 Glace (1mm) 0,9-0,95 Émail (toutes les couleurs) 0,90 Plâtre 0,90 Verre 0,95 Caoutchouc (lisse) 0,90 Plastique (divers, à état solide) 0,8-0,95 Cuivre (nu) 0,03-0,1 Cuivre oxydé 0,2-0,7 Laque/Vernis 0,9 0,90 Denrées alimentaires 0,8-0,95 Papier et carton 0,90 Acier nu 0,1-0,3 Plaque d'acier, mate 0,60 L émissivité ε d un corps indique combien de rayonnement il émet par comparaison avec un émetteur thermique idéal (corps noir). Exemple : ε=0,5 signifie que 50 % du rayonnement émis provient du corps lui-même, les 50 % restants sont dus à la transmission ou à la réflexion. Le réglage ε d un thermomètre IR donne à l appareil la base pour calculer la température correcte. La mesure de température sans contact au moyen des ondes infrarouges dépend de manière décisive du réglage correct de l émissivité dans l appareil. Des tableaux des émissivités comme le tableau ci-contre indiquent l émissivité ε de certains métaux et non-métaux courants et servent de référence pour régler l émissivité pour la mesure infrarouge de la température : 13/27

14 4.1. L émissivité La plupart des substances organiques (p.ex. les denrées alimentaires) ont une émissivité d'environ 0,95. C'est pourquoi cette valeur est enregistrée de manière fixe dans de nombreux appareils pour éviter les erreurs de mesure causées par des émissivités mal réglées. Si l émissivité est inconnue, elle peut être déterminée avec les thermomètres à infrarouges qui offrent la possibilité de raccorder une sonde de température externe. 14/27

15 4.1. L émissivité La sonde de contact mesure et affiche la température correcte. Maintenant, l émissivité est ajustée dans l appareil jusqu à ce que la valeur de mesure infrarouge affichée soit identique à la valeur mesurée par la sonde. 15/27

16 4.2. Sources d erreurs Règles de base La mesure IR est une mesure purement optique : une lentille propre est une condition requise pour des mesures précises. Ne procéder à aucune mesure lorsque la lentille est embuée, p.ex. par de la vapeur d'eau. La mesure IR est une mesure en surface : veiller toujours à ce que les surfaces soient propres. Lorsque des saletés, de la poussière, du givre etc. se trouvent sur la surface, seule cette couche supérieure est mesurée. Dans le domaine alimentaire p.ex., lorsqu on effectue une mesure dans une marmite, c'est éventuellement la vapeur qui est mesurée et non l aliment. Ne pas procéder aux mesures sur des bulles d'air. 16/27

17 4.2. Sources d erreurs Émissivité et température ambiante Malgré un réglage correct de l émissivité, des erreurs de mesure peuvent se produire. Lorsque l'émissivité est inférieure à 1, la valeur de mesure est calculée sur la base suivante : température de l'appareil = température ambiante. Si la température de l'appareil ne correspond pas à la température ambiante, la correction de l'émissivité de l'appareil est fausse. En d'autres termes, si la température de l'appareil est inférieure, le résultat de mesure est trop élevé et si la température de l'appareil est supérieure, le résultat de mesure est trop bas. Solution : mesurer immédiatement ou bien attendre l'acclimatation de l'appareil de mesure à la température ambiante. Le mieux, c'est de ranger l'appareil là où les mesures sont réalisées (mais respecter la température de service des appareils). 17/27

18 Émissivité et température ambiante Dans un environnement froid (comme ici à la réception des marchandises), un thermomètre à infrarouges a besoin d un certain temps pour s'acclimater. 18/27

19 Émissivité et température ambiante Si différents émetteurs de chaleur ou de froid (p.ex. radiateurs, lampes, groupes frigorifiques etc.) sont réfléchis sur la surface de l objet de mesure, ce rayonnement ne correspond pas à la température ambiante. La correction de l'émissivité effectuée par l'appareil est, dans ce cas, également fausse. Solution : dissimuler de tels émetteurs, p.ex. avec un carton. Ce dernier absorbe les rayons perturbateurs. 19/27

20 Exemples des effets de l émissivité Exemple 1 : Objet de mesure (pizza surgelée, T= -22 C) Émissivité = 0,92 Mesure IR à une température ambiante de +22 C Émissivité fixe de 0,95 Affichage de l appareil de mesure IR : -21 C Cela signifie que l'appareil de mesure présente une erreur d'affichage d'env. 1 C négligeable Pour les températures inférieures à la température ambiante Si l'émissivité réglée est trop élevée, la température affichée sera trop élevée Si l'émissivité réglée est trop base, la température affichée sera trop basse 20/27

21 Exemples des effets de l émissivité Exemple 2 : Objet de mesure (plaque de laiton oxydée, T= +200 C) Émissivité = 0,62 Mesure IR à une température ambiante de +22 C Emissivité réglée : 0,70 Affichage de l appareil de mesure IR : +188 C Cela signifie que l'appareil de mesure présente une erreur d'affichage d'environ 12 C non négligeable Pour les températures supérieures à la température ambiante Si l'émissivité réglée est trop élevée, la température affichée sera trop basse Si l'émissivité réglée est trop basse, la température affichée sera trop élevée 21/27

22 4.3. Le spot de mesure Le spot de mesure est la surface de l objet de mesure de laquelle provient 90% de l énergie transformée dans le capteur. L influence de l environnement (terme technique : SSE = Size-of- Source-Effect, en français : effet de taille de source) fait que le rayonnement en dehors du spot de mesure peut influencer le résultat, notamment dans la plage de 8 14 µm. Les effets sont particulièrement importants si la température mesurée est inférieure à la température de l appareil. C est pourquoi il faudrait particulièrement veiller à deux choses : L'objet de mesure doit toujours être plus grand que le spot de mesure indiqué dans les documents pour éviter les influences indésirables de la zone marginale. Les diagrammes des spots de mesure indiqués dans les modes d emploi des thermomètres IR s appliquent surtout aux températures mesurées supérieures à la température de l'appareil. Lorsqu on effectue des mesures sur des marchandises réfrigérées, il importe donc particulièrement de ne pas être trop éloigné de l objet. Plus les différences de température entre l'objet de mesure et le fond sont importantes, plus les effets sur les résultats de mesure seront importants. 22/27

23 4.3. Le spot de mesure laser laser Une zone de mesure définie est saisie en fonction de la distance entre l'appareil de mesure et l'objet de mesure. Optique de mesure (rapport entre la distance et l étendue de mesure) rouge = laser bleu = zone de mesure 23/27

24 5. Mesure infrarouge de la température dans le domaine alimentaire 24/27

25 5. Mesure infrarouge de la température dans le domaine alimentaire Contrôle à la réception des marchandises La distance de l objet de mesure ne doit pas être trop importante. L appareil devrait avoir la température ambiante. La condensation dans l air lors de l ouverture des cellules réfrigérées du camion peut fausser le résultat. Ne pas procéder aux mesures sur des bulles d'air. Sur les emballages des produits surgelés (pizza, épinards etc.), c'est toujours l'emballage qui est mesuré, pas la marchandise elle-même. 25/27

26 5. Mesure infrarouge de la température dans le domaine alimentaire Contrôle des rayons frais et des comptoirs frigorifiques Observer le diamètre du spot de mesure pour mesurer les emballages de petite taille, p.ex. les pots de yaourt, le lait etc. Des films métalliques brillants fournissent de faux résultats de mesure. La formation de givre fausse également le résultat. Contrôle dans la chambre froide Distance par rapport à l objet de mesure (p.ex. palette de produits laitiers) pas trop grande. L appareil devrait avoir la température ambiante, ou bien mesurer tout de suite avec l appareil encore chaud. (avant le début du processus d'adaptation). 26/27

27 Webinaire sur la mesure de température infrarouge Merci beaucoup