Les caméras thermiques sont utilisées pour les mesures de température sans contact dans les entreprises du monde entier. On utilise également couramment les pyromètres pour les mesures de température sans contact dans les applications industrielles. Pyromètres et caméras thermiques fonctionnent selon le même principe : ils détectent le rayonnement infrarouge et le convertissent en mesure de température. FLIR nous démontre que les caméras thermiques ont toutefois plusieurs avantages par rapport aux pyromètres.
Des milliers de pyromètres en même temps
À la différence des pyromètres, les caméras thermiques effectuent non pas une, mais des milliers de mesures de la température à la fois, une par pixel de l'image thermique. Une mesure au moyen d'une caméra de thermographie correspond ainsi à des milliers de mesures avec un pyromètre. La caméra infrarouge FLIR E40 a une résolution de 160 x 120 pixels, ce qui correspond à 19200 mesures de température simultanées. La caméra FLIR T1030sc, l'un des modèles haut de gamme utilisés dans les applications de R&D et scientifiques, offre une résolution de 1024 x 768 pixels, soit 786432 mesures de température à la fois.
Gagnez du temps en "voyant" la chaleur
Une caméra de thermographie effectue non seulement des milliers de mesures de la température, mais les convertit en une image thermique donnant une vue d'ensemble complète de l'équipement inspecté. L'opérateur peut ainsi repérer immédiatement les petits points chauds qui passeraient facilement inaperçus avec un pyromètre. L'utilisation d'une caméra de thermographie fait également gagner du temps. L'examen de surfaces importantes comprenant de nombreux composants au moyen d'un pyromètre peut être très fastidieux car chacun d'eux doit être examiné individuellement. Ainsi, il est possible d'utiliser une caméra de thermographie pour contrôler la dissipation thermique sur les circuits imprimés, procéder à des contrôles de qualité ou inspecter les effets de la chaleur dans l'industrie automobile, ou encore, pour analyser les comportements thermiques de différents produits en phase de recherche.
L'autre avantage des caméras thermiques sur les pyromètres réside dans le fait qu'elles mesurent les températures avec précision à des distances plus grandes. La distance à laquelle un pyromètre peut effectuer une mesure d'une taille donnée est souvent indiquée par l'abréviation D:S (Distance to Spot size), rapport entre la distance et la taille du point, ou SSR (Spot Size Ratio), rapport avec la taille du point.
Attention à la taille du point
La "taille de point" d'un pyromètre désigne la plus petite surface que l'appareil peut mesurer avec précision. Cela implique que l'objet dont on souhaite mesurer la température (la cible) doit couvrir toute la surface du point. Le rayonnement infrarouge émis par la cible traverse l'optique du pyromètre et est projeté sur le détecteur. Si l'objet est plus petit que le point, le détecteur est également frappé par les parties du rayonnement provenant du voisinage de l'objet. De ce fait, l'appareil ne mesure pas la température de l'objet, mais une combinaison des températures de l'objet et de son voisinage. Compte tenu de la nature du système optique, plus le pyromètre est éloigné de l'objet, plus la surface de mesure grossit. En conséquence, plus la cible est réduite, plus le pyromètre doit être près pour mesurer sa température avec précision. Il est donc très important d'être attentif à la taille du point et de se tenir suffisamment près pour que la cible le couvre entièrement, de préférence même un peu plus près pour disposer d'une marge de sécurité.
Le SSR définit la taille du point de mesure d'un pyromètre pour une distance donnée par rapport à la cible. Si, par exemple, le SSR d'un pyromètre est de 1:30, cela signifie que la température d'un point de 1 cm de diamètre peut être mesurée avec précision à une distance de 30 cm et celle d'un point de 4 cm, à une distance de 120 cm. La plupart des pyromètres ont un SSR compris entre 1:5 et 1:50. Cela signifie que la plupart peuvent mesurer la température d'une cible de 1 cm de diamètre à une distance de 5 à 50 cm.
Se référer au champ de visée instantané
Les caméras thermiques sont très similaires aux pyromètres, en ce sens que le rayonnement infrarouge est projeté sur un détecteur matriciel, chaque pixel de l'image correspondant à une mesure de la température. Les fabricants de caméras thermiques ne spécifient habituellement pas les valeurs SSR pour décrire la résolution spatiale de leurs produits, mais ils se réfèrent à l'IFOV (champ de visée instantané). L'IFOV se définit comme le champ de visée d'un élément du détecteur matriciel de la caméra. Théoriquement, l'IFOV détermine directement le rapport avec la taille de point d'une caméra thermographique. Le rayonnement infrarouge émis par la cible traverse l'optique de la caméra et est projeté sur le détecteur. Ce rayonnement infrarouge projeté doit couvrir intégralement au moins un élément du détecteur, ce qui correspond à un pixel de l'image thermique. Ainsi, couvrir un pixel de l'image thermique doit théoriquement suffire pour obtenir des mesures de température correctes.L'IFOV est habituellement exprimé en milliradians (mrad).
Donnés optiques idéales et réelles
Cependant, la valeur théorique ne correspond pas à la réalité car elle ne tient pas compte du fait que les optiques ne sont jamais parfaites. L'objectif qui projette le rayonnement infrarouge sur le détecteur peut entraîner de la dispersion et d'autres formes d'aberration optique. On est donc jamais sûr que la cible est projetée exactement sur un élément de détecteur donné. Le rayonnement infrarouge projeté peut également "déborder" des éléments de détecteur voisins. Autrement dit, la température des surfaces avoisinant la cible peut influencer les mesures. À l'instar d'un pyromètre, où la cible ne doit pas seulement couvrir entièrement la taille du point mais également disposer d'une marge de sécurité autour, il est conseillé de prévoir une marge lors de l'utilisation d'une caméra thermique microbolomètre pour les mesures de température. Cette marge de sécurité est incluse dans l'expression champ de mesure (MFOV). Le MFOV décrit la taille réelle des points de mesure d'une caméra thermique, c'est-à-dire la plus petite surface mesurable pour obtenir des mesures de température correctes. Il est habituellement exprimé comme un multiple de l'IFOV, le champ de visée d'un seul pixel. Dans le cas des caméras infrarouges, on considère couramment que la cible doit couvrir une surface au moins 3 fois supérieure à l'IFOV pour tenir compte des aberrations optiques. Cela implique que, sur l'image thermique, la cible ne doit pas seulement couvrir un pixel, suffisant dans l'idéal pour la mesure, mais également les pixels qui l'entourent.
Les pyromètres ont un SSR compris habituellement entre 1:5 et 1:50. La plupart des modèles abordables ont un SSR de 1:5 à 1:10, tandis que les plus évolués affichent des valeurs de SSR atteignant 1:40, voire 1:50. Notez cependant que les pyromètres ont le même problème que les caméras thermiques avec la qualité des optiques. Lorsque vous comparez les spécifications de pyromètres, vous devez savoir si le SSR désigne la valeur théorique ou s'il tient compte des imperfections de l'objectif.
Détecter les températures à distance
Même en tenant compte de l'écart entre données optiques réelles et réalistes, la différence de distance de mesure entre les caméras thermiques et les pyromètres est énorme. La plupart des pyromètres ne peuvent pas être tenus à une distance de plus de 10 à 50 cm pour une cible de 1 cm. En revanche, la plupart des caméras thermographiques peuvent mesurer exactement la température d'une cible de cette taille à plusieurs mètres de distance. Même la caméra thermique FLIR E40, qui a un IFOV de 2,72 mrad, peut mesurer exactement la température d'un point de cette taille (1 cm) à plus de 120 cm de distance. La caméra thermique évoluée FLIR T1030sc peut mesurer la température de cette cible à une distance de plus de sept mètres avec un objectif standard de 28°.
Ces valeurs sont calculées pour l'objectif standard mais de nombreuses caméras thermiques évoluées sont équipées d'objectifs interchangeables. L'utilisation d'un objectif différent modifie l'IFOV, ce qui affecte alors le rapport avec la taille de point. La caméra thermique FLIR T1030sc, par exemple, dispose de l'objectif standard de 28°, mais également d'un téléobjectif de 12° offrant des images infrarouges HD. Avec ce téléobjectif, le rapport avec la taille de point est notablement plus élevé et l'IFOV de la caméra est de 0,20 mrad, ce qui permet de mesurer avec précision la température d'une cible de 1 cm à une distance de près de 17 mètres.
Se rapprocher ou pas ?
Les caméras thermiques sont clairement plus performantes que les pyromètres en ce qui concerne les valeurs SSR. Cependant, celles-ci concernent uniquement la distance à laquelle il est possible de mesurer la température avec exactitude. Dans la pratique, détecter un point chaud ne nécessite pas toujours une mesure de température précise. Ce point chaud peut être discernable dans l'image thermique même si la cible ne couvre qu'un pixel. La mesure de température peut être imparfaite, mais le point chaud est détecté et l'opérateur peut se rapprocher de la cible pour obtenir une mesure correcte.
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