Quels sont les principes et les classifications des thermomètres infrarouges
1. Principe infrarouge
Tout objet dont la température est supérieure au zéro absolu (-273 degrés) émet un rayonnement thermique vers l'extérieur. Les différences de température des objets entraînent des variations de l’énergie rayonnée et de la longueur d’onde du rayonnement, le rayonnement infrarouge étant toujours inclus dans le spectre. Pour les objets en dessous de 1 000 degrés, les ondes infrarouges constituent les ondes électromagnétiques dominantes du rayonnement thermique. Par conséquent, la mesure du rayonnement infrarouge inhérent à un objet permet une détection précise de sa température de surface, qui constitue le fondement objectif et le principe fondamental de la mesure de la température infrarouge.
Un corps noir est un radiateur idéal qui absorbe toute l’énergie radiante incidente sur toutes les longueurs d’onde sans réflexion ni transmission, avec une émissivité de surface de 1. Cependant, pratiquement tous les objets naturels ne sont pas des corps noirs. Pour clarifier et quantifier les lois de la distribution du rayonnement infrarouge, un modèle théorique est nécessaire pour la recherche. Planck a proposé le modèle d'oscillateur quantifié pour le rayonnement de la cavité et a dérivé la loi de Planck sur le rayonnement du corps noir, qui définit le rayonnement spectral des corps noirs par longueur d'onde. Servant de pierre angulaire de toutes les théories du rayonnement infrarouge, cette loi est également connue sous le nom de loi du rayonnement du corps noir.
Outre la longueur d'onde du rayonnement et la température de l'objet, la puissance radiante des objets réels est affectée par le type de matériau, les méthodes de traitement, l'historique thermique, les conditions de surface et les facteurs environnementaux. Pour appliquer la loi du rayonnement du corps noir aux objets pratiques, un coefficient proportionnel lié aux propriétés des matériaux et aux conditions de surface est introduit, à savoir l'émissivité. Ce coefficient indique à quel point le rayonnement thermique d'un objet réel se rapproche de celui d'un corps noir, compris entre 0 et 1. Conformément aux lois sur le rayonnement, les caractéristiques du rayonnement infrarouge de tout matériau peuvent être déterminées une fois son émissivité connue. Les principaux facteurs influençant l'émissivité comprennent le type de matériau, la rugosité de la surface, la structure physicochimique et l'épaisseur du matériau.
2. Principe de fonctionnement et structure des thermomètres infrarouges
Dans la nature, tous les objets au-dessus du zéro absolu émettent continuellement un rayonnement infrarouge dans l’espace environnant. L'ampleur et la distribution de longueurs d'onde du rayonnement infrarouge d'un objet sont étroitement liées à sa température de surface. Ainsi, une mesure précise de la température de surface peut être obtenue en capturant l'énergie infrarouge auto-émise par un objet, qui constitue la base fondamentale de la thermométrie à rayonnement infrarouge.
Le principe de fonctionnement des thermomètres infrarouges est de convertir l'énergie rayonnante infrarouge émise par les objets mesurés (par exemple, l'acier en fusion) en signaux électriques. L'intensité du rayonnement infrarouge correspond directement à la température de l'objet et la température mesurée est déterminée sur la base de l'intensité du signal électrique converti.
Un thermomètre infrarouge se compose d'un système optique, d'un détecteur photoélectrique, d'un amplificateur de signal, d'une unité de traitement du signal et d'un module de sortie d'affichage. Le système optique collecte l'énergie rayonnante infrarouge de la cible dans le champ de vision, dont la couverture est déterminée par les composants optiques et la disposition du thermomètre. L'énergie infrarouge focalisée est convertie en signaux électriques proportionnels par le détecteur photoélectrique. Après amplification et traitement par des circuits dédiés, les signaux sont calibrés via des algorithmes intégrés et des paramètres d'émissivité cibles pour produire la valeur finale de température mesurée.
Lors de la mesure de la température cible avec un thermomètre infrarouge, l'appareil capture d'abord le rayonnement infrarouge dans la bande spectrale définie et calcule la température cible en conséquence. Sur la base de principes de fonctionnement, les thermomètres infrarouges sont classés en thermomètres unicolores et thermomètres bicolores (thermomètres à rayonnement proportionnel). Les thermomètres monochromes mesurent la température proportionnelle à l'intensité du rayonnement dans une seule bande, tandis que les thermomètres bicolores calculent la température en fonction du rapport de rayonnement de deux bandes spectrales distinctes.
3. Développement et classification des thermomètres infrarouges
La technologie moderne de mesure de la température infrarouge prend en charge la détection thermique par balayage sur des surfaces à température variable afin de générer des images de répartition de la température et d'identifier efficacement les différences de température cachées, une fonction réalisée par les imageurs thermiques infrarouges.
La technologie d’imagerie thermique infrarouge a été initialement appliquée aux équipements militaires. Texas Instruments (TI) a développé le premier système de détection par balayage infrarouge au monde. Depuis lors, les pays occidentaux ont largement adopté la technologie d’imagerie thermique infrarouge pour les plates-formes militaires, notamment les avions, les chars et les navires de guerre, comme systèmes de ciblage thermique, améliorant considérablement les capacités de recherche et de frappe de cibles.
Les équipements de mesure de la température infrarouge sont généralement classés en trois types :
(1) Thermomètres ponctuels infrarouges : y compris les modèles portables et à montage fixe ;
(2) Scanners infrarouges;
(3) Imageurs thermiques infrarouges.
