Pyromètres

Un marin mesurant la température d'un système de ventilation à l'aide d'un pyromètre.

Le pyromètre infrarouge est un dispositif instrumental permettant de mesurer la température d'un objet à distance. Le principe de fonctionnement est basé sur la mesure des radiations de l'objet dans le domaine de l'infrarouge d'où le nom de pyromètre infrarouge.

Les mesures sans contact

Pyromètre infrarouge

• Pour mesurer des températures supérieures à 200 °C (métallurgie, fonderies, verreries...), on utilise des pyromètres optiques ou pyromètres infrarouges, qui mesurent l'énergie émise dans l'infrarouge.

Le choix d'un capteur de température doit se faire en fonction du type d'application, en tenant compte des conditions ambiantes, des plages de température et de la précision de mesure souhaitée.

• Le pyromètre monochromatique, également appelé pyromètre spectral, mesure l’énergie radiative à une longueur d’onde (en réalité une bande spectrale plus ou moins étroite). On trouve parmi ces modèles des systèmes portables très basiques comme des instruments sophistiqués avec système de visée, fonction de mémorisation ou de PID. Des fibres optiques, des pointeurs laser, des systèmes de refroidissement, de protection ou de scanner peuvent compléter la configuration. On trouve également des instruments intégrant une caméra vidéo qui permet la visualisation de l’objet depuis une salle de contrôle. À chaque application correspond un système de mesure et il faudra particulièrement s’interroger sur le choix du détecteur, la gamme de température, les optiques, le temps de réponse et l’émissivité.

• Le pyromètre bi-couleur, à quotient ou bi-chromatique travaille à deux longueurs d'ondes. L’état de surface peut modifier l’émissivité et donc la précision de la mesure. Cela est aussi vrai pour tous les obstacles présents sur le trajet optique. Une manière de s’affranchir en partie de ces inconvénients est de mesurer la température simultanément à 2 longueurs d’ondes et d’en extraire le rapport d’intensité.

Théorie et fondamentaux

Isaac Newton met en évidence le spectre de lumière en 1666. Il observe que la lumière du jour passant au travers d’un prisme de verre se décompose en bandes de couleurs appelées spectre. En 1880, William Herschel mesure l’énergie relative de chacune des ces bandes y compris au-delà du rouge (visible). Dans les années 1900, les scientifiques Max Planck, Joseph Stefan, Ludwig Boltzmann, Wilhelm Wien et Gustav Kirchhoff formulent les équations fondamentales du spectre électromagnétique ainsi que celles sur l’énergie radiative dans l’infrarouge.

Le pyromètre IR mesure la température par quantification de l’énergie radiative émise dans l’infrarouge. Tout objet au dessus du zéro absolu (0 K) émet ces radiations. Le pyromètre le plus basique est composé d’une lentille qui focalise l’énergie radiative infrarouge sur un détecteur qui la convertit en signal électrique. Après compensation, ce signal est converti à son tour en température. Ce dispositif permet ainsi de mesurer à distance la température d’un objet avec une grande précision. Parmi les applications courantes, on trouve les mesures sur les objets en mouvement, corrosifs, en réacteur sous vide ou soumis à des champs électromagnétiques intenses ainsi que toutes les applications exigeant des temps de réponses très courts.

Le concept de thermomètre infrarouge a été énoncé au XIX^e siècle siècle par Charles A. Darling dans son livre Pyrometry.

L’avènement de l’électronique dans les années 1930 a permis l’industrialisation des premiers pyromètres qui sont désormais un instrument classique de mesure pour les applications industrielles et universitaires.

Contamination du trajet optique

Pyromètre à fibre optique

• Afin d’avoir une mesure fiable, le trajet optique entre le point de mesure et la tête de détection du pyromètre doit rester dégagé. Un système de purge à air permet d’éviter l’adhérence des poussières, des fumées et toutes autres salissures sur les optiques. Des systèmes de purge sont utilisés pour prévenir de cet encrassage.

Ceci implique en autre que le système de purge fonctionne parfaitement et de manière continue. Malheureusement, l’expérience montre qu’en pratique les optiques s’encrassent petit à petit à cause d’arrêts imprévus ou d’autres défauts. Ceci est particulièrement constaté dans les environnements sévères comme ceux de l’industrie métallurgique, les cimenteries ou les fours de combustions^[1].

La mesure de température effectuée par un pyromètre monochromatique dérive alors peu à peu. La température lue diminue sollicitant les brûleurs et tout système de chauffe parfois inutilement.

Notes et références

Voir aussi

• Corps noir
• Emissivité

Lien externe

• Vidéo explicative sur le pyromètre optique

• Portail de la physique