Qu'est-ce que l'émissivité en imagerie thermique ?

Qu'est-ce que l'émissivité en imagerie thermique ?

La température d'un objet détermine directement l'intensité de son rayonnement infrarouge : des températures plus élevées impliquent un rayonnement plus fort, tandis que des températures plus basses impliquent un rayonnement plus faible. Théoriquement, il pourrait sembler que la simple mesure de l'énergie infrarouge émise par un objet suffise à calculer sa température. Cependant, la réalité de la mesure de la température est bien plus complexe. Au-delà de la température elle-même, la capacité d'un objet à rayonner de l'énergie infrarouge, connu comme "émissivité, est un facteur crucial affectant la précision des relevés de température.

L'émissivité est influencée par divers facteurs, notamment le type de matériau, la rugosité de la surface et la finition. Même si différents objets ont la même température, l'intensité de leur rayonnement infrarouge peut varier considérablement, ce qui affecte les résultats de température obtenus par une caméra thermique. Par conséquent, une compréhension précise de l'émissivité et un réglage correct des paramètres de la caméra thermique sont essentiels pour garantir la fiabilité des mesures de température infrarouge.

Qu'est-ce que « l'émissivité » ?
Définition
L'émissivité est le rapport entre l'énergie rayonnée par un objet à une température donnée et l'énergie rayonnée par un corps noir à la même température. Elle permet de mesurer la capacité d'un objet à émettre de l'énergie infrarouge et constitue un paramètre crucial en thermographie infrarouge (imagerie thermique).

Plage de valeurs
Plages d'émissivité entre 0 et 1Une valeur plus élevée indique une plus grande capacité de l'objet à émettre de l'énergie infrarouge. Idéalement, un corps noir a une émissivité de 1, ce qui signifie qu'il émet toute l'énergie possible. En réalité, l'émissivité des autres objets est généralement inférieure à 1.

Qu'est-ce qui affecte l'émissivité d'un matériau ?
Pour utiliser plus efficacement les imageurs thermiques pour des mesures précises, au-delà de la compréhension du concept fondamental d'émissivité des matériaux, il est également nécessaire de comprendre ce qui détermine l'émissivité d'un objet. Nous explorerons ensuite les facteurs qui influencent l'émissivité des matériaux.

1. Différentes propriétés des matériaux
Le terme « différentes propriétés des matériaux » fait ici référence non seulement aux variations de la composition chimique et des propriétés chimiques d’un matériau, mais également aux différences dans ses propriétés physiques et sa structure interne, telles que la structure de la couche superficielle et l’état cristallin.

Par exemple, émissivité de la plupart des surfaces métalliques pures est très faible, tandis que le émissivité de la plupart des matériaux non métalliques (en particulier les oxydes métalliques) dans le spectre infrarouge est très élevée. Lorsque la température est inférieure à 300 K, l'émissivité des oxydes métalliques est généralement supérieure à 0.8.

2. État de surface
Pour les matériaux non métalliques, l'émissivité est peu ou pas affectée par la rugosité de surface. En revanche, pour les matériaux métalliques, la rugosité de surface a un impact significatif sur l'émissivité. Par exemple, le fer forgé dont la surface est rugueuse à 300 K présente une émissivité de 0.94, tandis que le même matériau dont la surface est polie à 310 K présente une émissivité de seulement 0.28.

3. Température de surface
Dans de nombreuses formules, l'émissivité est considérée comme une variable dépendant de la température, mais la manière dont elle évolue avec la température n'est souvent pas explicitement indiquée. En effet, la relation varie selon les conditions. différents matériaux sur différentes longueurs d'onde et plages de température, ce qui rend difficile toute synthèse quantitative à l'aide d'une expression analytique unifiée. Des expériences générales montrent que l'émissivité de la plupart des matériaux non métalliques diminue à mesure que la température augmente. À l'inverse, l'émissivité de la plupart des métaux purs augmente approximativement proportionnellement à la température Kelvin, et la constante de proportionnalité est liée à la résistivité du métal.

4. Bande de mesure
L'émissivité spectrale de la surface d'un objet varie avec la longueur d'onde. Dans l'infrarouge, l'émissivité spectrale de la plupart des objets diminue à mesure que la longueur d'onde augmente. L'émissivité utilisée pour la mesure de la température est la émissivité moyenne sur la bande de réponse du détecteur, et sa valeur dépend de cette bande de fréquences.

Différents imageurs thermiques infrarouges ont des bandes de réponse de détecteur différentesPar conséquent, lors de la mesure de l'émissivité d'un même objet avec différentes caméras thermiques, les résultats obtenus peuvent varier. Cependant, si leurs émissivités respectives sont utilisées pour corriger la température réelle de l'objet, les résultats devraient être identiques. C'est pourquoi chaque caméra thermique infrarouge est étalonnée avec précision avant de quitter l'usine ; malgré des constantes d'étalonnage différentes, elles permettent toutes d'obtenir des résultats de mesure précis.

De plus, l’émissivité d’un objet mesurée avec un type d’imageur thermique ne doit pas être utilisée sur d’autres imageurs thermiques sans un examen attentif, car cela peut entraîner des erreurs de mesure de température importantes ou même des résultats incorrects.

Comment déterminer l'émissivité de la surface d'un objet ?
Méthode 1 : Consulter les tableaux de référence d'émissivité
Scénario applicable: Il s’agit de la méthode la plus simple lorsque le matériau de l’objet mesuré est clairement identifié.

Tout d'abord, identifiez le matériau spécifique de l'objet et consultez des tables d'émissivité fiables. En fonction de la valeur d'émissivité trouvée pour le matériau correspondant, saisissez-la dans les paramètres de la caméra thermique.

Tableau d'émissivité des matériaux courants
(1) Métal
Matières Température (° C) Émissivité
Aluminium
Aluminium poli 100 0.09
Feuille d'aluminium commerciale 100 0.09
Oxyde d'aluminium doux 25 ~ 600 0.10 ~ 0.20
Oxyde d'aluminium fort 25 ~ 600 0.30 ~ 0.40
Laiton
Miroir en laiton (hautement poli) 28 0.03
Oxyde de laiton 200 ~ 600 0.59 ~ 0.61
Chromium
Chrome poli 40 ~ 1090 0.08 ~ 0.36
Copper
Miroir en cuivre 100 0.05
Oxyde de cuivre fort 25 0.078
Oxyde cuivreux 800 ~ 1100 0.66 ~ 0.54
Cuivre fondu 1080 ~ 1280 0.16 ~ 0.13
Sponsor Or
Miroir doré 230 ~ 630 0.02
Fer
Fonte polie 200 0.21
Fonte usinée 20 44
Surface complètement rouillée 20 0.69
Fonte (oxydée à 600°C) 19 ~ 600 0.64 ~ 0.78
Oxyde de fer électrolytique 125 ~ 520 0.78 ~ 0.82
Oxyde de fer 500 ~ 1200 0.85 ~ 0.89
Plat en fer 925 ~ 1120 0.87 ~ 0.95
Fonte, oxyde de fer lourd 25 0.8
Surface fondue 22 0.94
Fonte fondue 1300 ~ 1400 0.29
Fer fondu pur 1515 ~ 1680 0.42 ~ 0.45
Acier
Acier (oxydé à 600°C)
Oxyde d'acier 100 0.74
Acier doux fondu 1600 ~ 1800 0.28
Acier en fusion 1500 ~ 1650 0.42 ~ 0.53
Plomb
Plomb pur (non oxydé) 125 ~ 225 0.06 ~ 0.08
Légèrement oxydé 25 ~ 300 0.20 ~ 0.45
Magnésium
L'oxyde de magnésium 275 ~ 825 0.55 ~ 0.20
Mercury
Mercury 0 ~ 100 0.09 ~ 0.12
Nickel
Galvanoplastie et polissage 25 0.05
Galvanoplastie sans polissage 20 0.01
Fil de nickel 185 ~ 1010 0.09 ~ 0.19
Plaque de nickel (oxydée) 198 ~ 600 0.37 ~ 0.48
Oxyde de nickel 650 ~ 1255 0.59 ~ 0.86
Alliage de nickel
Fil en alliage nickel-chrome (résistant à la chaleur) (brillant) 50 ~ 1000 0.65 ~ 0.79
Alliage nickel-chrome 50 ~ 1040 0.64 ~ 0.76
Nickel-chrome (résistant à la chaleur) 50 ~ 500 0.95 ~ 0.98
Argent
Argent poli 100 0.05
Inox
18 / 8 en acier inoxydable 25 0.16
304 (8Cr, 18Ni) 215 ~ 490 0.44 ~ 0.36
310 (25Cr, 20Ni) 215 ~ 520 0.90 ~ 0.97
Étain
Fer blanc commercial 100 0.07
Zinc
Oxydation à 400°C 400 0.01
Plaque de fer galvanisé brillant 28 0.23
Oxyde de zinc gris 25 0.28
(2) Non métallique
Matières Température (° C) Émissivité
Brique 1100 0.75
Firebrick 1100 0.75
Graphite (noir de lampe) 96~225 0.95
Émail (blanc) 18 0.9
Asphalte 0~200 0.85
Verre (surface) 23 0.94
Verre résistant à la chaleur 200~540 0.85~0.95
Enduit mural 20 0.9
Chêne 20 0.9
Feuille de carbone - 0.85
Feuille isolante - 0.91~0.94
Tôle - 0.88~0.90
Tube de verre - 0.9
Type de bobine - 0.87
Produit émaillé - 0.9
Motif en émail - 0.83~0.95
Condensateur
Type rotatif - 0.30~0.34
Céramique (type bouteille) - 0.9
Film - 0.90~0.93
Mica - 0.94~0.95
Mica de type canal - 0.90~0.93
Le verre - 0.91~0.92
Semi-conducteurs
Transistor (boîtier plastique) - 0.80~0.90
Transistor (métal) - 0.30~0.40
Diode - 0.89~0.90
Bobine de transmission
Transmission d'impulsions - 0.91~0.92
Couche de craie plate - 0.88~0.93
Anneau supérieur - 0.91~0.92
Matériel électronique
Plaque de verre époxy - 0.86
Plaque époxy phénol - 0.8
Feuille de cuivre plaquée or - 0.3
Cuivre recouvert de soudure - 0.35
Fil de plomb étamé - 0.28
Fil de cuivre - 0.87~0.88
Veuillez noter : Les valeurs d'émissivité sont très sensibles à l'état de surface d'un matériau (par exemple, poli, rugueux ou oxydé). Il est donc essentiel de sélectionner une valeur d'émissivité qui représente au mieux l'état de surface réel de l'objet à mesurer. À titre d'exemple, l'émissivité du cuivre oxydé diffère considérablement de celle du cuivre poli.

Méthode 2 : Utilisation d'un matériau auxiliaire dont l'émissivité est connue (méthode du ruban adhésif)
Scénario applicable: Convient aux situations impliquant des matériaux à faible émissivité, des cibles relativement grandes et des températures modérées (généralement inférieures à 100 °C), où la modification de la surface de la cible n'est pas souhaitable, comme avec les surfaces métalliques.

Fixez un morceau de ruban adhésif isolant (dont l'émissivité est connue) sur la surface de l'objet à mesurer. Ensuite, en maintenant la distance et l'angle de la caméra thermique constants, ajustez l'émissivité de la caméra jusqu'à ce que la température mesurée à la surface du matériau nu soit égale ou proche de celle mesurée à la surface du ruban. La valeur d'émissivité obtenue à ce stade correspond à l'émissivité correcte du matériau à mesurer.

Remarque : Assurez-vous que le ruban est bien en contact avec la surface cible, sans bulles d’air ni plis.

Méthode 3 : Utilisation d'un revêtement dont l'émissivité est connue (méthode de la peinture au pistolet)
Scénario applicable: Convient aux cibles à faible émissivité et à températures élevées, ou lors de la manipulation de petits objets, tels que des tuyaux et des dissipateurs thermiques irréguliers.

Pulvérisez uniformément une couche de peinture (d'émissivité connue) sur la surface de l'objet à mesurer. Ensuite, en maintenant la distance et l'angle de la caméra thermique constants, ajustez son émissivité jusqu'à ce que la température de la surface non peinte soit égale ou proche de celle de la surface peinte. La valeur d'émissivité obtenue à ce stade correspond à l'émissivité correcte de l'objet cible.

Méthode 4 : Comparaison avec un thermomètre de contact (méthode de comparaison)
Scénario applicable: Convient aux situations où la surface de l'objet mesuré est accessible au contact.

Utilisez un thermomètre de contact, tel qu'un thermocouple ou un détecteur de température à résistance (RTD), pour mesurer la température de surface de l'objet. Ajustez ensuite l'émissivité de la caméra thermique infrarouge jusqu'à ce que la température de surface mesurée par la caméra soit égale ou proche de celle mesurée par le thermomètre de contact. La valeur d'émissivité obtenue à ce stade correspond à l'émissivité correcte de l'objet cible.

L'impact de l'émissivité sur les résultats de mesure de la température par imageur thermique
Comme nous l'avons vu précédemment, les objets ont des émissivités différentes, ce qui signifie qu'ils émettent de l'énergie infrarouge à des intensités différentes, même à la même température. Les imageurs thermiques calculent la température d'un objet en détectant l'énergie infrarouge émise par sa surface. Pour obtenir des relevés de température précis, un l'imageur thermique doit corréler correctement l'intensité de l'énergie infrarouge reçue avec la température réelle de l'objet. La correction de l'émissivité est l'étape cruciale pour atteindre cet objectif.

Les caméras thermiques sont généralement préréglées en usine avec une valeur d'émissivité courante. Cependant, dans la réalité, une grande variété de matériaux présentent des émissivités pouvant être nettement supérieures ou inférieures à cette valeur par défaut. Si la caméra n'est pas réglée en fonction de l'émissivité réelle de l'objet mesuré, les mesures de température obtenues s'écarteront de la température réelle.

Émissivité réglée trop haut : Si l'émissivité réelle de l'objet est inférieure à la valeur définie sur la caméra thermique, celle-ci interprétera l'énergie rayonnée inférieure comme provenant d'un objet plus chaud, indiquant ainsi à tort une température trop élevée.
Émissivité réglée trop bas : Si l'émissivité réelle de l'objet est supérieure à la valeur définie sur la caméra thermique, celle-ci interprétera l'énergie plus élevée rayonnée comme provenant d'un objet plus froid, indiquant ainsi à tort une température trop basse.
Par conséquent, pour obtenir des résultats de mesure de température précis, en particulier dans les applications nécessitant une analyse quantitative ou des diagnostics critiques, il est essentiel de régler correctement l'émissivité sur la caméra thermique.

Comment définir l'émissivité dans une caméra thermique ?
La plupart des caméras thermiques modernes permettent de régler manuellement l'émissivité. Le fonctionnement peut varier selon la marque et le modèle, mais il comprend généralement les méthodes suivantes :

1. Réglage de la valeur d'émissivité : Les utilisateurs peuvent ajuster directement l'émissivité dans le menu des paramètres de l'imageur à la valeur correspondante (généralement comprise entre 0.01 et 1.00) en fonction de la valeur d'émissivité qu'ils ont recherchée.

2. Sélection d'un matériau prédéfini : Certaines caméras thermiques disposent d'une liste intégrée de valeurs d'émissivité pour les matériaux courants. L'utilisateur peut sélectionner dans le menu l'option la plus proche du matériau de l'objet mesuré, et la caméra thermique appliquera automatiquement la valeur d'émissivité correspondante.

Outre l'émissivité, paramètre de compensation crucial affectant les résultats de mesure de température, la température réfléchie par la surface de l'objet influence également les mesures. Cet impact est d'autant plus important que l'émissivité de l'objet est faible ou que la différence de température entre l'objet et la température réfléchie est importante, nécessitant une compensation pour éliminer l'effet de la température de surface réfléchie.

Toutefois, la température réfléchie d'un objet est souvent difficile à mesurer directement. Dans les mesures pratiques, la température ambiante peut être utilisée comme approximation de la température réfléchie. Les utilisateurs peuvent ajuster la température ambiante dans l'interface de configuration. En réglant simultanément l'émissivité correcte et en effectuant une compensation ambiante, il est possible d'obtenir des relevés de température plus proches de la température réelle.

Conclusion
L'émissivité est un concept crucial pour comprendre et utiliser les caméras thermiques infrarouges pour des mesures de température précises. Pour obtenir des images thermiques fiables et des données de température précises, nous devons maîtriser des méthodes pratiques pour déterminer ou estimer l'émissivité d'un objet et effectuer une correction d'émissivité correcte dans la caméra thermique. C'est seulement ainsi que nous pourrons optimiser l'utilité des caméras thermiques dans divers domaines.

Si vous rencontrez des questions liées à l'émissivité dans vos applications d'imagerie thermique ou si vous souhaitez en savoir plus sur la façon de choisir et d'utiliser le bon imageur thermique infrarouge pour vos besoins, n'hésitez pas à contactez-nous À tout moment. Notre équipe se fera un plaisir de vous fournir un support technique et des solutions pour vous aider à obtenir des résultats d'inspection par imagerie thermique plus précis et plus fiables.