Introduction
Lors de l’utilisation d’un thermomètre infrarouge, le point laser est souvent confondu avec la zone réellement mesurée. Lorsque le laser est positionné sur la cible, on peut facilement penser que l’appareil ne mesure que ce petit point.
En réalité, sur la plupart des thermomètres infrarouges, le laser sert principalement à la visée et ne représente pas la taille réelle du spot de mesure infrarouge.
Le système optique reçoit le rayonnement thermique provenant d’une certaine surface de la cible. Cette surface est appelée spot de mesure. Plus la distance entre l’appareil et la cible augmente, plus ce spot devient généralement important.
Il est donc essentiel que la cible soit suffisamment grande pour couvrir entièrement la zone de mesure.
Points essentiels
● Un thermomètre infrarouge mesure une surface et non un point infiniment petit.
● Le laser sert principalement à la visée et ne correspond généralement pas au diamètre réel du spot.
● Plus la distance de mesure augmente, plus le spot tend à s’agrandir.
● La cible doit couvrir entièrement le spot et devrait idéalement être sensiblement plus grande.
● Si la cible est plus petite que le spot, le rayonnement provenant de l’environnement peut influencer la mesure.
● Le rapport D:S permet d’estimer la taille approximative du spot à une distance donnée.
● Pour les petites cibles, il convient de réduire la distance ou d’utiliser un thermomètre présentant un rapport D:S plus élevé.
Qu’est-ce que le spot de mesure d’un thermomètre infrarouge ?
Le détecteur infrarouge ne reçoit pas uniquement l’énergie provenant d’un seul point géométrique. Par l’intermédiaire du système optique, il collecte le rayonnement provenant d’un champ de vision défini.
La zone de la cible contribuant à la mesure est appelée spot de mesure.
Par exemple, lorsqu’un thermomètre infrarouge est dirigé vers une plaque métallique chauffée, il ne mesure pas seulement la très petite zone située au centre du point laser. Il mesure une surface plus large déterminée par ses caractéristiques optiques.
Si l’ensemble du spot se situe sur la plaque métallique, la valeur affichée représente principalement la température de surface de cette zone.
En revanche, si une partie du spot dépasse le bord de la plaque, l’appareil peut également recevoir du rayonnement provenant d’un mur, d’un carter de machine ou d’un autre élément situé à l’arrière-plan. La mesure peut alors être faussée.
Pourquoi la cible doit-elle être plus grande que le spot ?
Un principe fondamental de la thermométrie infrarouge est le suivant :
La cible doit couvrir entièrement le spot de mesure effectif.
Supposons que le spot ait un diamètre d’environ 30 mm tandis que la cible ne mesure que 15 mm de large.
Même si le laser est parfaitement centré sur cette cible, le champ de vision infrarouge peut dépasser ses limites. Le détecteur reçoit alors simultanément le rayonnement de la cible et celui de son environnement.
Cela peut entraîner une erreur de mesure.
Par exemple :
● Si la cible est à 100°C et l’arrière-plan à 25°C, la température affichée peut être inférieure à la température réelle de la cible.
● Si la cible est à 20°C mais qu’une surface chaude se trouve à proximité, la valeur mesurée peut être trop élevée.
● Lorsque la taille de la cible est presque identique à celle du spot, un léger mouvement de la main, une erreur de visée ou une variation de distance peut suffire à affecter le résultat.
En pratique, la cible devrait donc être nettement plus grande que la zone de mesure effective.
Quel est le lien entre le rapport D:S et la taille du spot ?
Les thermomètres infrarouges indiquent généralement un paramètre optique appelé rapport D:S, pour Distance-to-Spot Ratio.
Dans ce rapport :
● D = distance entre l’appareil et la cible ;
● S = diamètre du spot à cette distance.
Pour un thermomètre dont le rapport D:S est de 12:1, on peut approximativement considérer que :
À 120 mm de distance, le spot mesure environ 10 mm.
À 600 mm, il mesure environ 50 mm.
À 1200 mm, il mesure environ 100 mm.
Une estimation simple peut être obtenue avec la relation :
Diamètre du spot ≈ Distance de mesure ÷ Rapport D:S
Exemple :
D:S = 12:1
Distance = 600 mm
600 ÷ 12 ≈ 50 mm
À 600 mm, le spot est donc d’environ 50 mm selon cette approximation.
Cette méthode est utile pour une estimation rapide. Toutefois, les caractéristiques optiques réelles peuvent varier, notamment à courte distance. Pour une utilisation précise, il est préférable de consulter le diagramme du champ de vision et les spécifications optiques du fabricant.
Pourquoi une plus grande distance exige-t-elle une cible plus grande ?
Le champ de vision d’un thermomètre infrarouge s’élargit généralement lorsque la distance augmente.
De manière simplifiée :
À courte distance, l’appareil observe une zone relativement petite.
À plus grande distance, il observe une zone plus importante.
Avec le même thermomètre 12:1 :
● À courte distance, le spot peut être entièrement contenu dans une cible de 30 mm.
● À une distance plus importante, le spot peut atteindre 50 mm ou 100 mm.
● Si la cible reste limitée à 30 mm, l’appareil ne peut plus mesurer uniquement cette cible.
Une distance de mesure plus importante n’est donc pas toujours préférable.
Cette question est particulièrement importante pour les petits composants électroniques, les tuyaux, les roulements, les bornes électriques et les points chauds localisés.
Quelle relation faut-il maintenir entre la taille de la cible et celle du spot ?
En théorie, la cible doit au minimum couvrir entièrement le spot effectif.
En pratique, il est préférable de respecter la condition suivante :
Taille de la cible > Taille du spot
Une marge supplémentaire est recommandée.
Si le spot estimé mesure environ 50 mm, une zone cible nettement supérieure à 50 mm offrira une mesure plus fiable qu’une cible de exactement 50 mm.
Cette marge permet de tenir compte de :
● légers mouvements de la main ;
● erreurs de visée ;
● variations de distance ;
● caractéristiques optiques à la périphérie du champ de vision ;
● différences dans la manière dont les fabricants définissent la taille du spot.
Lorsque la cible est à peine plus grande que le spot théorique, il est généralement préférable de réduire la distance.
Comment vérifier si la distance de mesure est adaptée ?
Trois paramètres doivent être pris en compte ensemble :
Taille de la cible, distance de mesure et rapport D:S.
Exemple :
Un thermomètre présente un rapport D:S de 12:1 et la zone utile de la cible mesure environ 40 mm de large.
À 600 mm :
600 ÷ 12 ≈ 50 mm
Le spot estimé est déjà d’environ 50 mm, alors que la cible ne mesure que 40 mm. Cette distance n’est donc pas idéale.
À 300 mm :
300 ÷ 12 ≈ 25 mm
Le spot ne mesure plus qu’environ 25 mm et reste donc largement à l’intérieur de la cible de 40 mm.
Pour une petite cible, l’une des solutions les plus efficaces consiste donc à :
Réduire la distance de mesure.
Cette approche doit toutefois respecter les exigences de sécurité, les contraintes d’accès et les limites d’utilisation de l’instrument.
Quels sont les avantages d’un rapport D:S élevé ?
À distance identique, un rapport D:S plus élevé permet généralement d’obtenir un spot plus petit.
Par exemple, à 600 mm :
● 10:1 → spot d’environ 60 mm ;
● 12:1 → environ 50 mm ;
● 30:1 → environ 20 mm ;
● 50:1 → environ 12 mm.
Un rapport D:S plus élevé est donc particulièrement utile pour :
● mesurer de petites cibles ;
● mesurer des surfaces très chaudes à distance de sécurité ;
● localiser des points chauds sur des machines ;
● contrôler des tuyaux, roulements et connexions électriques ;
● limiter l’influence de surfaces voisines présentant des températures différentes.
Le rapport D:S ne constitue toutefois pas le seul critère de choix.
La plage de mesure, la précision, l’émissivité, le temps de réponse et les caractéristiques de la surface doivent également être pris en compte.
Le point laser correspond-il au spot de mesure ?
Non.
Il s’agit de l’une des erreurs d’interprétation les plus fréquentes.
Sur la majorité des thermomètres infrarouges portatifs, le laser est avant tout une aide à la visée. La température est réellement mesurée par le système optique infrarouge et le détecteur.
Par conséquent :
● Un petit point laser ne signifie pas que le spot est aussi petit.
● Le fait que le laser soit sur la cible ne garantit pas que l’ensemble du spot se trouve sur celle-ci.
● Sur de nombreux appareils, la mesure fonctionne normalement même lorsque le laser est désactivé.
Certains systèmes à double laser ou systèmes de visée spécifiques peuvent fournir une indication supplémentaire sur la zone mesurée. Il convient néanmoins de toujours vérifier les caractéristiques optiques du produit.
Pour les petites cibles, il faut donc se référer au rapport D:S et au champ de vision plutôt qu’à la seule taille du point laser.
Quels problèmes apparaissent lorsque la cible est trop petite ?
Lorsque la cible est sensiblement plus petite que le spot, le principal problème est le mélange du rayonnement de la cible et de l’arrière-plan.
L’instrument peut recevoir simultanément du rayonnement provenant :
● de la cible ;
● de surfaces de machine voisines ;
● d’un mur situé à l’arrière ;
● du sol ;
● d’objets proches plus chauds ou plus froids.
La température affichée peut alors représenter un signal combiné plutôt que la température réelle de la surface visée.
Ce problème est particulièrement courant avec :
● les petits composants électroniques ;
● les tubes fins ;
● les fils et bornes électriques ;
● les petits roulements ;
● les composants mécaniques étroits ;
● les points chauds éloignés.
Si la cible est trop petite, il faut réduire la distance lorsque cela est possible. Dans le cas contraire, il convient d’utiliser un thermomètre présentant un rapport D:S plus élevé.
Comment réduire les erreurs liées à la taille du spot ?
Pour limiter les erreurs dues à une mauvaise correspondance entre cible et spot :
● Vérifier le rapport D:S avant la mesure.
● Estimer la taille du spot à la distance prévue.
● S’assurer que la cible est nettement plus grande que le spot.
● Réduire la distance pour les petites cibles.
● Ne pas assimiler le point laser à la zone réellement mesurée.
● Éviter que le spot recouvre le bord de la cible ou une surface voisine plus chaude ou plus froide.
● Pour une petite cible éloignée, choisir un appareil avec un rapport D:S plus élevé.
● Pour les applications exigeant une grande précision, utiliser le diagramme de champ de vision fourni par le fabricant.
Même lorsque la cible couvre parfaitement le spot, d’autres facteurs tels que l’émissivité, la réflexion de surface, les conditions ambiantes, la propreté de l’optique et la précision de l’instrument peuvent encore influencer la mesure.
La taille du spot est donc un paramètre essentiel, mais ce n’est pas le seul.
FAQ
La cible peut-elle avoir exactement la même taille que le spot ?
En théorie, oui, si elle couvre entièrement le spot effectif. En pratique, une cible plus grande est préférable afin de conserver une marge pour les erreurs de visée et les mouvements de l’opérateur.
Pourquoi la mesure peut-elle être incorrecte alors que le laser est bien sur la cible ?
Parce que le laser indique principalement la direction de visée. Si le spot infrarouge réel dépasse la cible, le rayonnement de l’environnement influence la mesure.
Si la distance double, le diamètre du spot double-t-il également ?
Dans une approximation basée sur le rapport D:S, on peut l’estimer ainsi. Le comportement optique réel, surtout à courte distance, peut toutefois différer.
Que faire si la cible est trop petite ?
Réduire la distance de mesure. Si cela est impossible pour des raisons de sécurité ou d’accessibilité, utiliser un appareil avec un rapport D:S plus élevé.
Un rapport D:S plus élevé signifie-t-il une meilleure précision ?
Pas nécessairement. Il permet surtout d’obtenir un spot plus petit à une plus grande distance. La précision dépend également du détecteur, de l’émissivité, des conditions ambiantes et des spécifications de l’appareil.
Faut-il tenir compte du spot pour une grande surface ?
Oui. L’exigence est simplement plus facile à satisfaire si la surface est suffisamment grande et relativement uniforme en température.
Conclusion
Un thermomètre infrarouge ne mesure pas uniquement le point laser. Il mesure le rayonnement thermique provenant d’une surface définie par son système optique. La relation entre taille de la cible, distance de mesure et diamètre du spot constitue donc une condition essentielle pour obtenir des résultats fiables.
Lorsque la distance augmente, le spot devient généralement plus grand. Si la cible ne couvre pas entièrement ce spot, le rayonnement des surfaces voisines peut influencer la valeur affichée.
Avant toute mesure, il est donc important de vérifier le rapport D:S et de choisir une distance adaptée à la taille de la cible. Pour une petite cible, il est préférable de réduire la distance. Si une mesure à distance est indispensable, un rapport D:S plus élevé peut être nécessaire.
Le principe essentiel reste simple :
Il ne suffit pas de vérifier que le laser est dirigé vers la cible. Il faut également s’assurer que la cible couvre entièrement le spot de mesure infrarouge réel.
