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Rayonnement thermique Pyrometer R? = f ( ) T S T s
Corps noir L 2 h c h c λ k T e 1 C 2 1 λ, CN ( λ,t) = = C2 5 λ T λ e Densité spectrale de luminance (W.m.sr-1) λ PL( λ, 50) PL( λ, 300) PL( λ, 1500) PL( λ, 5800) 5 1 1 10 15 1 10 14 1 10 13 1 10 12 1 10 11 1 10 10 1 10 9 1 10 8 1 10 7 1 10 6 1 10 5 1 10 4 1 10 3 100 10 Visible 5800 K 1500 K 300 K 50 K λ max.t = 2897,7 µm.k 0.1 1 10 100 1 10 3 λ um Lo ngueur d'onde (µm)
Emissivité radiation emitted by the surface Emissivity of a surface = radiation emitted by a perfect blackbody Blackbody L CN ( λ,t) λ, Emitted radiation Real surface ( λ,t) = ε( λ) L (,T) L λ λ λ, CN L λ ( θ, λ,t) = ε( λ, θ) L (,T) Real surface λ, CN λ Wavelegth
Echelle internationale de température de1990 - EIT-90 L L λ, λ, BB BB( T90) ( T ( FP) ) 90 = e C λ T e 90 2 C λ T ( FP) 2 90 1 1 λ λ λ
Réalisation pratique de l EIT-90 L λ ( λ, T ) T Ref Re f 0 ( ) RRe f = α S λ. Lλ ( λ, TRe f). dλ Lλ ( λ, T E ) T E 0 ( ) ( ) RE = αʹ S λ. Lλ λ, TE. dλ L ( T ) exp c2 λtre f 1 λ E R = = L ( T ) exp c T 1 R λ [ λ ] Re f 2 E Re f E
température C 1084.69 1084.67 1084.65 1084.63 1084.61 Durée : 2h30 Domaine de congélation : 2 mk 1084.59 1084.57 temps hh:mm:ss 1084.55 10:48:00 12:00:00 13:12:00 14:24:00 15:36:00 16:48:00 18:00:00
Comparateur de luminances C o r p s n o ir B a n c d e s s o u r c e s dans le plan focal objet Source étalon Pupille d'entrée du com parateur diaphragm e d' entrée du m o n o c h r o m a t e u r ( P la n f o c a l im a g e ) R é s e a u B a n c d e s r é c e p t e u r s Sélection d'une étendue géométrique Sélection spectrale Détection
LNE-Cnam : Points fixes Ag ou Cu dans des fours 3 zones + comparateur de luminances
Uncertainties / C Reference thermometer uncertainty 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 1000 1500 2000 2500 3000 Radiance temperature/ C wvlgth ref N/L SSE drift u(k=1)
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Configuration typique d une mesure pyrométrique Lens(es) Filtre Aperture stop Field stop Detector Source φ( ρ,t a ) φ( ε,t S ) φ ( τ, ) S T Fond Intermediary medium τ m τ m φ Pyrometer + - display Emissivity tuning
Absorption Transmission (%) Verre (10 mm) Silice (1mm) Longueur d onde (µm) Nombre d onde (cm -1 ) Longueur d onde (µm)
Méconnaissance de l émissivité
ü ü ü S(T) S(T amb ) 99.9% of signal 0.1 % of signal Distribution of signal d
28/02/2013 Pôle Métrologie Thermique 18
28/02/2013 Pôle Métrologie Thermique 19
SSE d SSE d = R R center source 0.030% 0.025% 0.020% 0.015% 0.010% 0.005% 0.000% Source diameter (mm) Objectif 143 Objectif 200 + 400 0 10 20 30 40
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Compatibilité des matériaux à haute température (~2000 C) Techniques pour la stabilisation des TCs W/Re au LNE-Cnam ü Thermocouples W-Re / gaine Mo ð + Perles de ZrO2-1750 C ü Thermocouples W-Re / gaine Ta ð surgaine en graphite 1950 C
Ta and SiC Ta and C HIMERT project 2001-2005 Ø Association : Molybdène Tantale Graphite pur SiC - - ++ ZrO 2-8%Y 2 0 3 + + + Graphite pur - + /
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Ru-C 1953 C Doigt de gant Pt-C 1738 C Impossible d'afficher l'image. Votre Alliage eutectique Creuset graphite Feuille graphite Pd-C 1492 C Co-C 1324 C Cu 1084 C
Diam 9 mm Co-C 125 mm 108 mm Diam. 17.3 Pd-C Diam 37 mm
Cr-C eutectique + peritectique Ø Moins onéreux que le Pt! Ø 2 points fixes en 1 Ø premiers résultats au LNE-Cnam dès 2008 emf / µv 30400 30390 30380 30370 1st 2nd 3rd T surround - T melt 16 C 30360 30350 30340 1 C 30330 30320 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 Time / min emf / µv 31550 31540 1st T surround - T melt 31530 2nd 16 C 31520 3rd 31510 31500 31490 1 C 31480 31470 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 Time / min
Cellules PFHT pour la pyrométrie Piston Ring Extension Mixture C/C sheets Sleeve Crucible
Amener la référence de température au cœur du processus Disc Cap C/C sheet Sleeve Ingot Diaphragm Crucible 1355 1345 1335 1325 1315 1305 1295 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 Cellules pyrométriques robustes (CEA) 8 mm 5 mm Measuring junction Assembled selfvalidating module 25 mm Alumina tube (external crucible) Pure metal load Ceramic adhesive (pure Al 2 O 3 based) 25 mm Twin bore alumina tube Pt 30% Rh wire Pt 6% Rh wire 3.2 mm Twin bore alumina tube Type B thermocouple Modules d auto-validation pour thermocouples (atmosphère oxydante) Cellules d auto-validation pour thermocouples (atmosphère neutre) Projets européens MetroFission et HiTeMS
Conclusion u Les mesures de température par rayonnement au meilleur niveau d incertitudes requièrent une maitrise des conditions expérimentales et la connaissance de l émissivité. u Les méthodes multispectrales peuvent permettre de s affranchir de la connaissance de l émissivité à condition que certaines hypothèses soient remplies. u Les thermocouples permettent une mesure ponctuelle, mais les inhomogénéités et les interactions physico-chimiques peuvent induire une dérive et un manque de fiabilité. Correction de la dérive et de l effet des hublots rendue possible grâce aux méthodes d auto-validation : points fixes au plus près du processus!
Conclusion Les études sont incluses dans les projets européens u Amélioration des références et température thermodynamique (InK) u Diminution des incertitudes en optimisant la dissémination des références (NOTED) u Solutions pour l industrie traçabilité, contrôle et correction de la dérive de thermomètres (HiTeMS, MetroFission et prochains projets 2015-) Nouveau cadre EMPIR impliquant des laboratoires universitaires. Idées de besoins industriels liés à la mesure de température?
Merci pour votre attention! mohamed.sadli@cnam.fr