La Thermographie Infrarouge

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Présentation
La Thermographie Infrarouge
Une composante essentielle de la maintenance prédictive
27/11/2009
Corporate Services International
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Définitions
• NOTIONS DE TEMPERATURE
La température d’un corps est une grandeur physique qui caractérise le niveau
thermique de ce corps: celle-ci s’exprime en dégré Celsius (°C) ou en Kelvin (K).
0 Kelvin = -273 °Celsius = Zéro absolu = Valeur énergétique nulle
Par contact (thermomètre)
• MESURE DE TEMPERATURE
Par rayonnement
y
((radiomètre))
Si la température d ’un corps est supérieure à 0 K, celui-ci émet des rayonnements
situés dans les longueurs d ’ondes infrarouges, proportionnels à sa température.
Le radiomètre mesure la puissance de rayonnement émis et la transcrit en T°.
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Définition de l ’Infrarouge
• LE SPECTRE ELECTROMAGNETIQUE DE LA LUMIERE
La lumière visible, les ondes radio, TV, sont des rayonnements électromagnétiques:
Domaine visible
0,4µm
0,8µm
0,1A°
Rayons Gamma
10A°
0,1µm
Rayons X
1A°
1µm
Ultraviolet
100µm
1cm
Infrarouge
100A°
10µm
Ondes Radio
1mm
2µm
15µm
Bande spectrale utilisée
en thermographie IR
L bande
La
b d spectrale
t l infrarouge
i f
s’étend
’ét d de
d 0,8
0 8 à 1000µm.
1000
NB: cette zone comporte plusieurs sections: l ’infrarouge proche de 0,8 à 3µm,
l ’infrarouge moyen de 3 à 6µm, l ’infrarouge éloigné de 6 à 15µm et l ’infrarouge
lointain de 15 à 1000µm.
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Définition de la Thermographie IR
• LA THERMOGRAPHIE INFRAROUGE
La Thermographie InfraRouge est la technique de mesure et d’imagerie de T° dans la
bande spectrale associée aux longueurs d ’ondes infrarouges.
THERMOGRAPHIE IR = VISUALISATION + QUANTIFICATION DE T°
• COMMENT APPLIQUER LA THERMOGRAPHIE IR ?
On utilise un appareillage de mesure équipé d ’un
un capteur sensible aux rayonnements
infrarouges: la Caméra Infrarouge (ou caméra de thermographie infrarouge). Celle-ci
transcrit les rayonnements captés en points lumineux sur un écran (visualisation) et
convertit la puissance de rayonnement émise en températures (quantification), sur
base d ’une calibration spécifique.
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Bandes Spectrales Infrarouges
• BANDES SPECTRALES EN THERMOGRAPHIE IR CLASSIQUE
Dans la gamme 2-15µm, on utilise plus spécifiquement deux bandes spectrales:
celles-ci correspondent à des fenêtres atmosphériques où le facteur moyen de
transmission est optimal mais non maximal.
2-5µm (Ondes Courtes)
8-14µm (Ondes Longues)
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Transmission Atmosphérique
• FACTEUR MOYEN DE TRANSMISSION ATMOSPHERIQUE
Le facteur moyen de transmission atmosphérique varie en fonction de la distance de
mesure, le taux d ’humidité atmosphérique et de la bande spectrale du radiomètre
infrarouge.
Courbes réalisées pour
une atmosphère à 50%
d ’humidité relative
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Lois du rayonnement infrarouge
• ETUDES THEORIQUES ET REFERENTIELLES
Le corps Noir
Le corps noir est le corps de référence dans la théorie du rayonnement infrarouge:
il est capable d ’absorber tout rayonnement incident quelque soit sa longueur
d ’onde et d ’émettre à son tour des radiations à toutes les longueurs d ’onde. Ce
corps référentiel cède à son environnement toute l’énergie captée jusqu ’à
l ’établissement d ’un équilibre thermodynamique.
LE CORPS NOIR EST UN RADIATEUR IDEAL
Trois lois définissent le rayonnement du corps noir:
- la loi de Planck
- la loi de Wien
- la loi de Stefan-Boltzmann
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• DEFINITION GRAPHIQUE DU RAYONNEMENT DU CORPS NOIR
Courbes de Planck
Loi de Wien
Loi de Stefan Boltzmann
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• PRINCIPE D’ETALONNAGE D’UNE CAMERA INFRAROUGE
L ’étalonnage d ’une caméra thermique est réalisé à partir d ’un corps noir
référentiel: il consiste à établir la relation entre la puissance de rayonnement émis
et la température du corps noir.
Courbes de Planck
Courbe d ’étalonnage
Ex: courbe d ’étalonnage
d ’une
’
caméra
é onde
d courte
t
(2-5µm)
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• ETUDE PRATIQUES: LE CORPS NOIR & LE CORPS REEL
CORPS REEL ≠ CORPS NOIR = RADIATEUR IDEAL
⇒ APPLICATION DE CORRECTIONS
⇒ BILAN RADIATIF DU CORPS NOIR ET DU CORPS REEL
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• BILAN RADIATIF: CAS GENERAL
Ri
⇒ Ri = Rr + Re + Rt
Rt
⇔ 1 = (Rr/Ri) + (Re/Ri) + (Rt/Ri)
Corps
Re
avec
(Rr/Ri) = Réflectivité = r
(Re/Ri) = Emissivité = ε
Rr
(Rt/Ri) = Transmissivité = t
EQUATION DE BASE DU BILAN RADIATIF
1=r+ε+t
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• BILAN RADIATIF: CAS DU CORPS NOIR ET DU CORPS REEL
LE CORPS NOIR
ε=1
Réfl i nulle
Réflexion
ll ⇒ r = 0
Transmission nulle ⇒ t = 0
LE CORPS REEL: CAS GENERAL
Le cas général inclu les corps généralement rencontrés en thermographie IR
classique:
q ceux-ci sont supposés
pp
« non transmetteurs » : CORPS OPAQUES
Q
ε+r=1
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Transmission nulle ⇒ t = 0
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• BILAN RADIATIF: CAS PARTICULIERS
LES CORPS SEMI-TRANSPARENTS
Ces corps sont en général des milieux de propagation des rayonnements IR situés
entre l’objet opaque et la caméra thermique. ex: l’atmosphère.
Réflexion nulle pour les gaz ⇒ r = 0
exemple: l’atmosphère.
ε+t=1
LE MIROIR THERMIQUE PARFAIT
r=1
LE CORPS TRANSPARENT IDEAL
t=1
(le vide)
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Principe de mesure
• CAS GENERAL - GRANDEURS D’INFLUENCE
Distance de mesure entre le corps
et la caméra infrarouge
* dm
Courbe du facteur moyen de
transmission atm en fonction de
la distance (OL-OC)
Rayonnement émis
par l'atmosphère
Thermogramme
Caméra infrarouge
Corps réel
"opaque"
Rayonnement émis par le corps
Image IR
Mesure des
et T°
rayonnements captés
et transmis au travers de l'atm.
* Température
* Emissivité
* Réflectivité
& corrections
ε + r =1
Rayonnement environnant
réfléchi par le corps et
transmis au travers
de l'atm.
ε (atm) + t (atm) =1
Atmosphère
"Milieu semi-transparent"
* T° atm
* Transmission atm
Environnement
Rayonnement en provenance d'une
source de chaleur environnante
* T° env
* Emmission atm
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Applications Générales
• EQUIPEMENTS ELECTRIQUES - HAUTE-TENSION
BORNES SECTIONNEUR HT:
CONNEXIONS BARRES HT:
- Oxydation et serrage du contact
- Tresses défectueuses
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• EQUIPEMENTS ELECTRIQUES - BASSE-TENSION
81.3°C
111.2°C
80
100
70
80
60
60
50
40
40
30
29.4°C
25.3°C
CONTACTEUR:
BORNIER BT:
- Contact défectueux
- Serrage defectueux
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CONDUCTEURS BT:
DISJONCTEUR BT:
- Sertissage de cosse défectueux
- Dépassement de la charge nominale
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FUSIBLES A CARTOUCHES:
FUSIBLES BT:
- Contact de base oxydé ou désserré
- Pinçage des plots
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• EQUIPEMENTS ELECTRIQUES - MOTEURS
56.3°C
50
MOTEUR:
- Défectuosité statorique
40
- Surcharge
- Ventilation insuffisante
30
28.0°C
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• EQUIPEMENTS MECANIQUES - ROULEMENTS
66.7°C
POMPES:
60
- Problème de lubrification
- Problème de lignage
50
- Problème de roulement
40
NB: une mesure vibratoire
permettra de diagnostiquer
avec précision la défectuosité
34.9°C
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• EQUIPEMENTS THERMIQUES
REFRACTAIRES:
- Dégradation du briquetage
- Problème de fissuration
- Problème de jointure
- Réglage
Ré l
inadéquat
i dé
t de
d brûleurs
b ûl
(intensité et direction de flammes)
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167.0°C
160
140
REFRACTAIRES:
120
100
80
60
40
37.9°C
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384.1°C
REFRACTAIRES:
300
200
100
50.5°C
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REFRACTAIRES:
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CANALISATION VAPEUR:
- Dégradation du calorifuge
- Absence d ’isolation
- Problème de jjointure
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• BÂTIMENT
POTENTIALITES:
- Problème d ’infiltration
- Problème d ’humidité
- Localisation de canalisation sous
chape
p (f
(fuites))
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MAISON D ’HABITATION:
• BÂTIMENT
- Repérage de déperditions
thermiques
- Problème d ’isolation
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Avantages de la thermographie IR
• MESURES SANS CONTACT
• CONTRÔLE EN CHARGE
• CONTRÔLE NON DESTRUCTIF
• RAPIDITE DU DIAGNOSTIC INFRAROUGE
• GRANDES POTENTIALITES DES EQUIPEMENTS INFRAROUGES
• MAINTENANCE PREDICTIVE
• DIMINUTION DES COÛTS D ’ENTRETIEN
• AUGMENTATION DE LA FIABILITE DE L ’OUTIL DE PRODUCTION
• ETC...
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Inconvénients de la thermo IR
• MATERIELS STANDARD COUTEUX
• ADAPTER LE MATERIELS IR SUIVANT LES APPLICATIONS
• MAÎTRISER LA SITUATION DE MESURE...
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