La Mesure de température sans contact par détection infrarouge

A la base c’est une mesure de radiation éléctromagnétique

Ce spectre se situe au-dessous de la zone rouge de la lumière visible, d’où sa désignation latine "infra"-rouge:

Zone infrarouge utilisée couramment pour les mesures

Tout corps ayant une température (T) supérieure au zéro absolu (-273°C ou 0°K) émet, selon sa température, une énergie infrarouge spécifique.
Cette énergie est due au mouvement mécanique au sein des molécules.
L’intensité de ce mouvement dépend de la température du corps. Les mouvements des molécules étant synonymes de mouvements de charge, ils génèrent des radiations électromagnétiques (particules photoniques).
Ces photons se déplacent à la vitesse de la lumière et obéissent aux lois optiques habituellement établies et connues. On peut les diriger, les focaliser à l’aide de lentilles ou les réfléchir à l’aide d’un miroir.
Pour les moyennes et basses températures, le spectre de cette radiation se situe sur une longueur d’onde comprise entre 0,7 et 1000 µm ; il n’est donc normalement pas visible pour l’œil humain.

Le diamètre de la cible

Le système optique d’un thermomètre IR capte les radiations infrarouges émises et focalise cette énergie sur un détecteur. Pour cela, le spot doit intégralement couvrir la cible. Sinon, le thermomètre infrarouge "capte" également les radiations thermiques de l’arrière-plan ce qui risque de fausser la mesure, comme cette figure l’indique :

Le spot infrarouge doit donc couvrir intégralement la cible afin de ne pas fausser les mesures 

La résolution optique

La résolution optique est caractérisée par le rapport entre la distance appareil de mesure - cible, et le diamètre du spot (D : S).
Plus cette valeur augmente, plus la résolution optique de l’appareil de mesure est meilleure et plus la taille de la cible peut diminuer à une certaine distance, voir la figure ci-dessous :

Le laser de visée

Le laser ne mesure pas, il ne sert qu’à indiquer la cible mesurée. Le rayon laser permet à l’utilisateur d’orienter le spot avec plus de rapidité et de précision ce qui facilite sensiblement l’emploi d’un appareil de mesure infrarouge. L’éclairage du spot à l’aide d’un laser est particulièrement recommandé pour mesurer les cibles en mouvement et en présence de conditions d’éclairage défavorables.

Il faut différencier entre différentes sortes de visée laser :

1) Laser non coaxial
C’est le modèle le plus simple. Il convient surtout pour les appareils à petite résolution optique (pour grandes cibles). Le laser indique approximativement le milieu de la cible (sauf quand elle est proche).

2) Laser coaxial
Le laser provient du centre de l’optique et suit l’axe optique. Cela permet d’indiquer précisément et à toute distance le centre de la cible.

3) Laser double
Le laser double équipé de deux visées indique le diamètre de la cible placée à grande distance. L’utilisateur n’a donc plus besoin de calculer ou d’imaginer le diamètre de la cible. Les erreurs de mesure sont ainsi évitées.

4) Visée laser circulaire non parallèle à l’axe optique
C’est la solution la plus simple pour indiquer, en plus de la position de la cible, sa taille et sa forme. A partir d’une distance minimum, la cible se trouve entièrement couverte par la visée circulaire.
Pour réduire les erreurs de parallaxe, le fabricant fait en sorte que le spot de la visée circulaire soit plus large que la cible réelle. Il est donc indispensable que le laser circulaire recouvre totalement la cible pour obtenir une mesure correcte. L’utilisateur n’est alors pas en mesure d’utiliser au maximum la résolution géométrique réelle indiquée pour l’appareil : cf. la surface rouge avec la visée laser circulaire (ligne en pointillés) figure ci-dessus.

Raison n°1 : La mesure est quasiment instantanée

La vitesse de mesure s’exprime en ms alors qu’une mesure par sonde classique s’exprime en secondes.
Par ailleurs une sonde de température est soumise à un effet d’hystérésis à chaque échauffement ou refroidissement, cet effet est inexistant dans le cadre d’une mesure par infrarouge.

Raison n°2 : Mesure de température en mouvement

Très compliquée à mettre en œuvre par des sondes à contact, la mesure de température se trouve simplifiée par la mesure infrarouge qui permet par exemple de mesurer en continu une cible sur une bande transporteuse (fabrication du papier) ou sur un corps tournant (disque de frein)

Raison n°3 : Mesure de cibles difficilement accessibles ou en environnement dangeureux

Il est difficilement envisageable avec un thermomètre à sonde classique de mesurer la température d’une pièce électrifiée, ou située à plusieurs mètres de hauteur, ou encore un bain d’acide ou un objet rayonnant de très hautes températures.
La mesure infrarouge sera alors un gage de sécurité pour votre appareil et surtout pour son utilisateur.

Raison n°4 : Aucune usure ou corrosion

Contrairement aux mesures pratiquées avec des sondes d’ambiance ou de contact.

Raison n°5 : Mesure de matériaux à mauvaise conductivité thermique

Du fait de la faible capacité à transmettre une température pour certains matériaux comme le bois ou le plastique, les sondes de température classiques délivrent difficilement des mesures fiables. La mesure de température par infrarouge a deux avantages ; les mesures sont d’autant plus précises que le thermomètre dispose d’un réglage de l’émissivité permettant de s’adapter aux matériaux à mesurer, et les valeurs mesurées ne dérivent pas.

Raison n°6 : Assure l’hygiène et mesures non intrusives

La mesure étant sans contact, les conditions sanitaires sont respectées dans l’alimentaire ou le médical.

Non intrusif contrairement à l’usage d’une sonde, la mesure infrarouge ne modifiera pas la structure mécanique du corps à mesurer.

L’objet à mesurer doit être optiquement visible

Les poussières, les fumées denses, les obstacles altèrent ou empêchent la mesure. En règle générale, il faut considérer que votre thermomètre mesurera la température du premier obstacle solide sur son trajet optique.

Quelques exemples :

• Si vous ciblez une paroi en verre, vous ne mesurerez pas l’objet derrière la paroi mais la température du verre.
• Si vous mesurez un liquide dans un récipient, il faut cibler le liquide et non le récipient, et par ailleurs vous obtiendrez la température de surface du liquide, il est donc important de s’assurer que la température ait été au préalable homogénéisée par agitateur par exemple.

L’optique doit être maintenue propre

En effet, une optique souillée atténuera le signal infrarouge et donc faussera la mesure.

Les erreurs dues à la reflexion

Eviter les effets miroir, les ondes infrarouges à l’instar des ondes visibles peuvent se réfléchir et donc s’ajouter à l’émission infrarouge de l’objet à mesurer faussant ainsi la mesure. Il vaut donc mieux éviter de mesurer les surfaces réfléchissantes (inox, aluminium, etc) en particulier dans le cas d’un fort éclairage et d’une forme de l’objet concave ou convexe.

L'émissivité de certains matériaux

Tous les matériaux n’émettent pas le même signal infrarouge pour une même température. La plupart sont mesurables avec une émissivité fixe à 0,95, mais parfois le réglage de cette émissivité est nécessaire pour obtenir une mesure plus précise.

Exemples de matériaux où il est nécessaire d’adapter le réglage de l’émissivité :

• Plomb – 0,43
• Chrome – 0,08
• Zinc oxydé – 0,1