Chauvin Arnoux C.A 1875 User manual

CC C.A 1875
 Banc thermographie
 Thermography bench
Notice de fonctionnement
User’s Manual
FRANÇAIS
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Français
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Français…………………………………………………………………………………..1
English…………………………………………………………………………………..50
Vous venez d’acquérir un banc didactique thermographie C.A 1875 et nous vous
remercions de votre confiance.
Pour obtenir le meilleur service de votre appareil :
• lisez attentivement cette notice de fonctionnement,
• respectez les précautions d’emploi
SIGNIFICATION DES SYMBOLES UTILISES
Tri sélectif des déchets pour le recyclage des matériels
électriques et électroniques au sein de l'Union
Européenne.
Conformément à la directive WEEE 2002/96/EC : ce
matériel ne doit pas être traité comme déchet ménager.
Risque de danger. Consulter la notice de fonctionnement
avant d’utiliser l’appareil.
Le marquage CE garantit la conformité aux directives
européennes ainsi qu'aux réglementations en matière de
CEM.
Attention, surface chaude
PRECAUTIONS D’EMPLOI
Si cet appareil est endommagé ou qu’une pièce est manquante, veuillez contacter
immédiatement le vendeur.
Le non respect des instructions ou précautions d'emploi peut compromettre la
protection assurée par l’appareil.
La présente notice doit être consultée pour chaque symbole de risque de danger
rencontré.

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SOMMAIRE
1. INTRODUCTION 4
2. PRESENTATION 5
3. CARACTERISTIQUES 7
3.1 Caractéristiques générales du banc............................................ 7
3.2 Caractéristiques du fusible .......................................................... 8
4. MISE EN SERVICE 8
5. MANIPULATIONS 9
5.1 Les transferts thermiques............................................................ 9
5.1.1 La théorie………………………………………………………….9
5.1.2 Manipulations: étude de l’influence de l’émissivité………….15
5.2 Etude du corps réel.................................................................... 16
5.2.1 La théorie………………………………………………………..16
5.2.2 Manipulations : étude de l’influence de la réflexion et de la
transmission………………………………………………………………18
5.3 Optique et camera de thermographie........................................18
5.3.1 La théorie : étude de la résolution spatiale…………………..18
5.3.2 Manipulation : étude de la résolution spatiale……………….22
5.4 Manipulations sur logiciel........................................................... 23
5.5 La thermographie en pratique ...................................................25
5.5.1 Modes de détermination de défaut……………………………25
5.5.2 Applications……………………………………………………..26
5.6 Réalisation d’un rapport Q19..................................................... 28
5.6.1 Présentation……………………………………………………..28
5.6.2 Mise en application……………………………………………..31
6. MAINTENANCE 31
6.1 Réparation ................................................................................. 31
6.2 Changement fusible................................................................... 32
7. GARANTIE 32
8. POUR COMMANDER 32

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ANNEXE 1 : DETERMINATION EMISSIVTE 33
ANNEXE 2 : DETERMINATION TEMPERATURE REFLECHIE 34
ANNEXE 3 : EXERCICES D’APPLICATION 35
ANNEXE 4 : SOLUTIONS 41

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1. INTRODUCTION
La technologie de détection par thermographie infrarouge est devenue un moyen
irremplaçable de garantir la sécurité des conditions de production industrielle. Son
utilisation est commune à des secteurs de l’industrie aussi divers que la métallurgie
et la sidérurgie, l’énergie électrique, l’industrie pétrolière, l’automation, l’exploitation
du gaz naturel, l’industrie des transports, et à d’autres professions engagées tel
que dans la lutte contre le feu et la surveillance des frontières. A toutes ces
activités caractérisées par des procédures de fonctionnement en flux tendu, des
équipements de production sous haute-tension, des courants électriques puissants
ou des vitesses d’opération élevées, l’imagerie thermique infrarouge offre une
méthode d’inspection sans-contact et en temps réel.
Cette méthode de détection ne nécessite aucune coupure de courant, n’exige ni
arrêt des machines, ni interruption de la production. Elle permet de diagnostiquer à
l’avance les disfonctionnements latents, et ainsi de prévenir l’occurrence des
pannes, d’éviter les incidents de production. L’imagerie thermique est une
technique innovante d’évaluation « sans-contact », à la fois sûre, fiable, et rapide.
Une caméra thermique ne mesure pas des températures mais des flux de
rayonnement. Après le réglage de certains paramètres par l’opérateur en
thermographie, la caméra calcule alors les températures de la cible. Elle fournit
ensuite à l’utilisateur une cartographie des températures, appelée thermogramme :
à chaque température est associée une couleur.
Voici deux exemples de thermogrammes :
Vues intérieures de coffrets électriques triphasés
En premier lieu, nous pourrions constater que ces deux thermogrammes sont quasi
identiques : nous observons une phase plus chaude que les deux autres (celle de
gauche pour le thermogramme de gauche, celle du haut pour le thermogramme de

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5
droite,). En effet, leur couleur est jaune clair, ce qui indique selon l’échelle de
couleur située à droite de l’image IR que la température y est plus élevée.
Regardons de plus près ces deux images en insérant des curseurs de température.
Thermogramme de gauche :
- Curseur 1 : 52,9°C
- Curseur 2 : 44, 9°C
Suivant les règles de thermographie classique (voir après), il n’y a pas de problème
particulier.
Thermogramme de droite :
- Curseur 1 : 60,3 °C
- Curseur 2 : 35,3 °C
Dans ce cas, l’écart de température est de 25 °C ! Nous pouvons conclure à un
réel problème sur l’installation et une action corrective est à mettre en place.
En conclusion, il faut faire attention aux échelles de couleur et réaliser une véritable
analyse . En effet, sombre signifie plus froid et clair signifie plus chaud, mais cela
ne veut pas dire qu’il y ait un problème de détecter ! Il ne faut pas oublier que la
caméra est un outil de mesure et qu’il est nécessaire de continuer les
investigations !
2. PRESENTATION
Une demande grandissante en formation à la thermographie infrarouge a amené
CHAUVIN ARNOUX à développer un équipement de mesure spécialement conçu
dans un but pédagogique.
Loin d’être exhaustives, les manipulations proposées ont pour seul but d’illustrer
par quelques exemples les relevées de mesure faux qu’il est possible de réaliser
en thermographie infrarouge.
L’objectif est de sensibiliser les personnes au fait qu’une caméra infrarouge est un
outil de mesure de précision qui nécessite une prise en main approfondie.
Le banc didactique C.A 1875 est composé d’une plaque chauffante équipée de
plusieurs cibles d'états de surface et de matériaux différents ainsi que d'écrans de
test qui se fixent sur l’avant du banc à l’aide d’aimants. (Voir le schéma ci-
dessous).
L’objectif de ce banc est de permettre à l’étudiant de mettre en avant les
principales causes d’erreur possibles lors de la réalisation d’une mesure à l’aide
d’une caméra infrarouge.

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6
Cet ensemble permet d’effectuer les expérimentations suivantes :
- Problème d’émissivité des matériaux
- Problèmes de positionnement
- Problème de réflexion
- Problème de transmission
- Problème de résolution spatiale
Présentation du banc didactique thermographie C.A 1875 :
1 : Plaque chauffante
2 : LEDs d’indication de montée ou de descente en température
3 : Interrupteur Marche / Arrêt
4 : Connexion câble alimentation secteur
5 : Compartiment fusible
6 / 10: Plaques de matériaux différents
7 : Couvercle de protection du banc
8 : Plaque de fixation des écrans de test
9 : Plaque noire de référence pour les différents tests
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9
8
7
6
5
4
3
2 1

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7
Présentation des écrans de test
Ecran de test n°1 :
Vitre plexiglas
Présentation des cibles chaudes
3. CARACTERISTIQUES
3.1 CARACTERISTIQUES GENERALES DU BANC
Alimentation : 230 V
50 / 60 Hz
Consommation : 400 mA
Température plaque chauffante : 50 à 55°C ±3°C
Plaque noire
d’émissivité 0,95
Plaque 6 :
Al
uminium
AG3
Plaque 4 :
Cuivre
rouge
Plaque 3 :
Stratifié
FR4
Plaque 2 :
Acier inox
Plaque 1 :
Acier poli
Ecran de test n°2:
Fentes de largeur variable
Plaque 5 :
Laiton

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Dimension : 280 x 225 x 110 mm
Poids : 1,8 kg
Conditions d'environnement :
Utilisation en intérieur :
0 à 40°C et 10 à 90% HR
Altitude inférieure à 2000 m
Degré de pollution de 2
Stockage : -20 à + 65°C et 10 à 90% HR
Altitude inférieure à 12000 m.
NB : un stockage à une température plus élevée est possible mais nécessite de
réarmer manuellement le thermostat de sécurité pour rendre l'appareil fonctionnel.
Conformité aux normes internationales :
- Sécurité selon IEC 61010 Ed.2 2001
- CEM selon IEC 61326-1 Ed.97 + A1 Ed.98 + A2 Ed.2001
3.2 CARACTERISTIQUES DU FUSIBLE
Dimensions : 5 x 20 mm
Calibre : 0,5 A rapide – 250 V
4. MISE EN SERVICE
Le banc didactique thermographie C.A 1875 doit être placé sur une surface
plane. La plaque chauffante doit être perpendiculaire au plan de travail.

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9
Une fois le banc positionné, branchez-le à une prise secteur équipée d'une terre et
mettez en service avec le bouton Marche/Arrêt.
Attendez quelques minutes que la plaque monte en température pour effectuer les
premiers tests.
Schéma de fonctionnement des LEDs et de la variation de température de la
plaque chauffante.
Lors de la mise en route du banc, L1 s’allume jusqu’à ce que la plaque atteigne
environ 55°C. Une fois arrivée à cette température, L2 s’allume et la plaque se
refroidit jusqu’à environ 50°C. La chauffe se remet en service avec l'allumage de L1
et ainsi de suite. Ce cycle se fera indéfiniment tant que le banc sera en
fonctionnement.
5. MANIPULATIONS
Consultez la notice de fonctionnement pour la prise en main de la RayCAm.
Avant toute nouvelle manipulation, créez un nouveau dossier
d’enregistrement de thermogramme.
Lors des manipulations, sauvegardez un maximum d’images.
5.1 LES TRANSFERTS THERMIQUES
5.1.1 La théorie
Pour bien comprendre les événements en jeu, il est important de connaître les
phénomènes qui sont à la base des évolutions, des changements de température.
Il existe trois modes de transfert thermique :
L1 L2
T(°C)
Ta
Régulation
t
60°Max

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- La conduction
- La convection
- Le rayonnement
Ces trois modes peuvent être présents simultanément et indépendamment l’un de
l’autre.
Un flux de chaleur est un terme d’énergie thermique par unité de temps. Un flux de
transfert ne se produit que lorsqu’une différence de température est présente.
L’énergie thermique est transférée d’un corps chaud vers un corps froid.
Il est nécessaire de comprendre les phénomènes thermiques en jeu avant tout.
La conduction.
En physique, la conductivité thermique est la grandeur introduite pour quantifier
l'aptitude d'un corps à conduire de la chaleur. Elle représente la quantité de chaleur
transférée par unité de surface et par unité de temps sous l'action d'une différence
de température entre les deux extrémités d'un échantillon de ce corps, donc en
présence d'un gradient de température.
Prenons l'exemple d'une barre métallique que l'on chauffe à l'une de ses extrémités
: l'agitation thermique des atomes situés à l'extrémité chauffée de la barre
augmente et se transmet de proche en proche dans la direction inverse du gradient
thermique.
Application : voir Annexe 3 exercice 1
La convection.
Un débit ou une circulation de liquide ou de gaz peut transporter avec lui une
certaine quantité d'énergie thermique. Ce transport de chaleur porte le nom de
CONVECTION thermique. Dans la convection, la chaleur se sert du fluide comme
véhicule pour se déplacer. Il existe deux types de transferts convectifs:
Gradient thermique
Augmentation de la température à
l’extrémité de la barre

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- La convection naturelle: lorsqu'il existe une différence de température
entre deux points d'un fluide, le fluide chaud aura tendance à monter sous
l'effet de la poussée d'Archimède. Il y aura ainsi circulation naturelle du
fluide sous l'effet de la chaleur qui, par ailleurs, sera transportée avec lui:
on parle de convection naturelle.
- La convection forcée dans laquelle l'écoulement du fluide est forcé par un
dispositif mécanique quelconque (pompe ou gravité pour un liquide,
ventilateur pour de l'air).
La convection forcée est un phénomène dangereux en thermographie infrarouge.
En effet, la convection forcée va amener la surface d’un corps à se refroidir, sans
pour autant modifier sa température interne.
Par exemple, le vent est un mode de convection forcée. En présence de vent, l’être
humain a une sensation de rafraîchissement et sa peau peut diminuer en
température. Par contre, sa température interne ne va absolument pas être
modifiée !!! Avec ou sans vent, l’organisme humain dispose d’une régulation très
précise de sa température.
Comme en thermographie nous ne mesurons que la température de surface des
objets, notre analyse sera fausse. En effet, la surface du matériau sera uniforme en
température dû au phénomène de convection forcée mais les températures
internes peuvent être différentes.
Application : voir Annexe 3 exercice 2

Français
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Le rayonnement : cas du corps parfait, le corps noir.
Tout corps à une température supérieure à 0 degré kelvin (zéro absolu, soit -
273,15°C) émet un rayonnement électromagnétique app elé rayonnement
thermique. Le rayonnement infrarouge est le rayonnement électromagnétique dont
la longueur d’onde est comprise entre 700 nanomètres et 1 millimètre.
Etant donnée la loi de conservation de l’énergie, pour qu’un corps rayonne cela doit
venir de lui-même : c’est une énergie interne.
En thermographie, on utilise le rayonnement pour mesurer la température des
corps.
Pour chaque température et longueur d’onde données, il existe une énergie
maximum rayonnée que tout corps ne peut dépasser. Ces informations sont
données par les courbes de Planck :
La loi de Wien donne la longueur d’onde (en micromètre) correspondant à l’énergie
maximale rayonnée d’un corps noir à une température donnée T (en Kelvin).
2898
λ
max
=
T
La longueur d’onde du maximum de rayonnement infrarouge décroît lorsque la
température du corps noir augmente.
Energie
rayonnée

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C’est la loi de Stephan-Boltzmann qui permet de quantifier ces échanges. L’énergie
E rayonnée par un corps s’écrit :
E = S. σ. T
4
Avec:
E: énergie rayonnée exprimée en W / m².
σ: constante de Stephan-Boltzmann = 5,6703 . 108 W.m
-2
.K
-4
S : surface du corps exprimée en m²
T : température du corps en Kelvin
Un corps noir est un corps dont la surface absorbe la totalité du rayonnement reçu.
NB : un corps noir n'existe pas matériellement, il représente un objet idéalisé dont
la seule radiation émise serait la radiation thermique seulement dépendante de sa
propre température.
Application : voir annexe 3 exercice 3 et 4
L’émissivité
L'émissivité d'un matériau (souvent écrite ε), est le rapport de l'énergie qu'il
rayonne par celle qu'un corps noir rayonnerait à la même température. C'est donc
une mesure de la capacité d'un corps à absorber et à ré-émettre l'énergie
rayonnée.
L'émissivité est une grandeur comprise entre 0 et 1.
Les lois précédentes ne sont pas tout à fait vraies et il est nécessaire d’introduire
ce paramètre émissivité.
La courbe de Planck précédente devient alors :
Energie
rayonnée
λ(µm)
Courbe pour un corps noir à une température T
Courbe pour un corps réel à une température T

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Plus l’émissivité diminuera, plus le maximum de la courbe diminuera également.
La loi de Stephan-Boltzmann devient alors :
E = ε. S. σ. T
4
L’émissivité est une caractéristique d’un matériau et de son état de surface. Plus
un corps sera capable d’absorber de la chaleur, plus son émissivité sera proche de
1. Des abaques fournissent les émissivités des différents matériaux.
Pour réaliser des mesures correctes en thermographie, il est nécessaire de réaliser
des manipulations sur des corps à émissivité élevée (ε> 0,8). C’est le cas des
plastiques opaques, des métaux oxydés, du bois et des matériaux de construction,
des peintures…. Si l’utilisateur doit réaliser des mesures sur des matières à faible
émissivité, il est conseillé d’appliquer une peinture noire dessus avant de faire la
manipulation. Des erreurs de mesure très importantes sont apportées par la
négligence ou la mauvaise appréciation de ce paramètre.
Un autre paramètre influençant la valeur d’émissivité est l’angle de mesure. Selon
le graphe ci-dessous :
Ainsi, pour réaliser une mesure correcte, il est nécessaire de positionner sa caméra
perpendiculaire à la cible de mesure (bien en face) pour que la valeur d’émissivité
entrée dans la caméra corresponde bien à la réalité. Une tolérance de +/- 45°est
acceptée.
L’émissivité est un paramètre fondamental en thermographie. Il est essentiel de
bien la régler avant toute prise de mesure. Pour cela, il suffit de connaître le
matériau dont on cherche à déterminer la température et de rentrer dans la caméra
l’émissivité correspondante.
Dans le cas où aucune information n’est disponible sur le type du corps, une norme
existe précisant la manière pour déterminer ce paramètre (Voir Annexe 1).

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5.1.2 Manipulations: étude de l’influence de l’émissivité
Manipulation 1 : Mise en avant des problèmes de mesure sur des matériaux
d’émissivité différentes.
Assurez-vous que le banc régule en température depuis quelques instants.
Pointez la caméra vers la plaque chauffante, en s’assurant que vous êtes bien
positionné face au banc.
- Faites en sorte d'avoir dans le champ de vision de la caméra la plaque centrale et
au moins une des 6 plaques extérieures.
Que constatez-vous ?
Quelle conclusion pouvez-vous en tirer ?
- Selon la technique de détermination de l’émissivité présentée en annexe 1,
déterminer l’émissivité des différentes plaques.
- Positionnez un morceau de ruban adhésif noir sur l’une des 6 plaques
extérieures. Pointez à nouveau la caméra vers cette plaque.
Que constatez-vous ?
Quelle conclusion pouvez-vous en tirer ?
Manipulation 2 : Mise en avant des problèmes de positionnement vis à vis de la
cible.
Créez un nouveau dossier.
- Pointez la caméra vers la plaque chauffante, en s’assurant que vous êtes bien
positionné perpendiculairement au banc. Ciblez la zone centrale noire, d’émissivité
élevée proche de 0,95.
- Prenez une mesure de température au centre de la plaque.
- Inclinez votre caméra légèrement. Prenez une nouvelle mesure de température.
- Recommencez l’opération en inclinant à nouveau votre caméra, chaque fois d’un
angle de 10°environ et relevez la température.
Quelle conclusion pouvez-vous en tirer ?

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5.2 ETUDE DU CORPS REEL
5.2.1 La théorie
Le corps noir est donc un objet théorique. On ne peut appliquer les formules
précédentes à un objet réel que moyennant quelques corrections : les objets réels
n’absorbent qu’une fraction αdu rayonnement incident, en réfléchissant une partie
ρet transmettent une fraction τ.
Suivant le principe de conservation de l’énergie, on obtient la relation suivante :
α. I(T) + ρ. I(T) + τ. I(T) = I(T) ,
soit α+ ρ+ τ= 1
Lors d’un équilibre, l’objet va émettre ε(T) la même quantité d’énergie qu’il a
absorbé α(T).
Nous avons la relation suivante :
α. I(T) = ε. I(T)
soit α= ε
D’où:
ε+ ρ+ τ= 1
En thermographie, il est uniquement possible de réaliser des mesures sur des
corps opaques. La transmission des matériaux est donc nulle.
Nous avons la relation :
ε+ ρ= 1
et ρ= 1 - ε
Ainsi, lors d’une mesure en thermographie, il est nécessaire de tenir compte du
rayonnement réfléchi « ambiant ». Une situation réelle de mesure est donc :
Rayonnement incident à une
température T : I(T)
ρ(T)
τ(T)
α(T)

Français
17
Et le rayonnement total reçu par la caméra est donc :
R
mesuré
= R
objet
+ R
réfléchi
ε. σ. (T
objet
)
4
ρ. σ. (T
réfléchi
)
4
D’où : R
mesuré
= ε. σ. (T
objet
)
4
+ ρ. σ. (T
réfléchi
)
4
=ε. σ. (T
objet
)
4
+ (1 – ε) . σ. (T
réfléchi
)
4
Pour obtenir la température de l’objet, il est donc nécessaire de fournir à la
RayCAm les paramètres émissivité et température réfléchie.
La température réfléchie correspond à la température ambiante proche de la cible.
Si aucun élément ne vient perturber la cible à inspecter, cette température
correspond à la température ambiante.
Dans le cas où une source chaude ou froide proche de la cible dégagerait une
chaleur, une norme existe précisant la manière pour déterminer cette température
réfléchie (Voir Annexe 2).
Application : voir annexe 3 exercice 5
Rayonnement réfléchi de
l’environnement sur l’objet
Rayonnement de l’objet

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5.2.2 Manipulations : étude de l’influence de la réflexion et de la
transmission
Manipulation 3 : Mise en avant des problèmes de mesure liés aux phénomènes de
réflexion
Créez un nouveau dossier.
- Positionnez la caméra en face de la plaque en aluminium : brillant, de faible
émissivité et donc fortement réfléchissante.
- Prenez une mesure avec votre corps en face de la plaque.
- Prenez une mesure en décalant votre corps, de telle sorte qu’il ne soir pas en
face de cette plaque.
- Quelle conclusion pouvez-vous en tirer ?
Manipulation 4 : Mise en avant des problèmes de mesure liés aux problèmes de
transmission.
Créez un nouveau dossier.
- Prenez une mesure de température de la plaque noire centrale, d’émissivité 0,95.
- Positionnez l'écran de test numéro 1 (fenêtre de plexiglas) sur la zone prévue du
banc.
Attendez 2-3 minutes que le milieu s’uniformise en température.
Ciblez la plaque noire à travers la vitre plexiglas et prenez une mesure de
température. Retirez la vitre et reprenez une mesure.
- Quelle conclusion pouvez-vous en tirer ?
5.3 OPTIQUE ET CAMERA DE THERMOGRAPHIE
5.3.1 La théorie : étude de la résolution spatiale.
Pouvoir de Résolution Spatiale d’Observation (PRSO).
On peut définir le Pouvoir de Résolution Spatiale d’Observation (PRSO) par un
angle. On parle d’angle IFOV (Instantaneous Field Of View) qui désigne l’angle

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19
sous lequel un détecteur de la matrice voit une surface élémentaire (∆s) de la
scène thermique.
La difficulté pour définir IFOV tient au fait que les dimensions des capteurs
matriciels ne sont pas standardisées. On ne désigne donc pas un objectif par sa
distance focale, mais par l’angle FOV (Field Of View), sous lequel la caméra voit la
scène thermique. Il y a en fait deux FOV :
- HFOV : angle horizontal
- VFOV : angle vertical
A partir de là, IFOV peut être défini par la relation :
HFOV VFOV
IFOV (°) = =
ndH ndV
Avec :
- ndH : nombre de détecteurs sur l’horizontale de la matrice
- ndV : nombre de détecteurs sur la verticale de la matrice
En fait, on préfère exprimer l’IFOV en milliradians (mrad), ce qui correspond à une
surface élémentaire en mm vue à une distance de 1 m (…mm@1m).
D’où la relation :
HFOV x πx 1000 VFOV x πx 1000
IFOV (mrad) = = = PRSO
ndH x 180° ndV x 180°
L’IFOV correspond à la résolution spatiale de la caméra, c’est à dire à la dimension
de la zone que peut mesurer un détecteur. Cette dimension dépend de la distance
à laquelle se trouve la caméra de la cible.
Plus l’on est proche de la zone à inspecter, plus l’IFOV sera petit et la caméra
percevra des objets de petite taille.