Introduction
Les thermomètres infrarouges mesurent la température de surface sans contact. Ils offrent une réponse rapide et conviennent particulièrement aux objets chauds, mobiles, difficiles d’accès ou présentant un risque pour l’opérateur. Toutefois, au fil du temps, la dérive du capteur, l’encrassement du système optique, le vieillissement des composants électroniques ou les variations des conditions ambiantes peuvent entraîner des écarts de mesure.
Dans les applications où la précision est importante, il est donc nécessaire de contrôler et d’étalonner périodiquement l’instrument.
Il convient de préciser que l’étalonnage ne consiste pas simplement à comparer un thermomètre infrarouge à un thermomètre classique. Un étalonnage professionnel repose généralement sur une source de rayonnement de type corps noir, stable, de forte émissivité connue et disposant d’une surface rayonnante suffisamment grande.
Points essentiels
● L’objectif de l’étalonnage est de déterminer l’écart entre l’indication du thermomètre infrarouge et une température de référence connue.
● Un étalonnage professionnel utilise généralement une source corps noir plutôt qu’un mur, de l’eau chaude ou une surface métallique ordinaire.
● Le thermomètre, la source corps noir et l’environnement doivent être thermiquement stabilisés avant la mesure.
● La distance de mesure, le rapport D:S, le réglage d’émissivité et l’angle de visée peuvent influencer le résultat.
● L’étalonnage permet de quantifier l’écart ; l’ajustage modifie les paramètres internes afin de corriger cet écart.
● Lorsque les exigences de précision sont élevées, l’étalonnage doit être réalisé par le fabricant ou par un laboratoire disposant des équipements adaptés.
Qu’est-ce que l’étalonnage d’un thermomètre infrarouge ?
Un thermomètre infrarouge détecte le rayonnement thermique émis par la surface d’un objet. À partir du signal du détecteur, du réglage d’émissivité, du système optique et des algorithmes internes, il calcule la température de surface.
L’étalonnage consiste à comparer l’indication de l’instrument à une valeur de référence connue dans des conditions définies afin de déterminer l’erreur d’indication.
Par exemple, si une source corps noir est stabilisée à 100,0 °C et que le thermomètre indique 100,8 °C, l’écart d’indication dans ces conditions est d’environ +0,8 °C.
Toutefois, un seul point de mesure ne suffit pas à caractériser les performances de l’instrument. Un étalonnage professionnel est généralement effectué à plusieurs températures représentatives de la plage d’utilisation.
Pourquoi utilise-t-on un corps noir pour l’étalonnage ?
Un thermomètre infrarouge mesure l’énergie thermique émise par une surface. Or, l’émissivité et les propriétés réfléchissantes varient fortement d’un matériau à l’autre. Une mesure réalisée directement sur un métal, un plastique, une paroi, une surface peinte ou un liquide peut donc introduire des incertitudes supplémentaires.
Une source corps noir fournit un rayonnement infrarouge stable et contrôlé dont les caractéristiques sont connues. Elle constitue donc une référence bien mieux adaptée aux instruments de mesure infrarouge.
Un calibrateur corps noir approprié offre généralement :
● Une régulation de température stable ;
● Une surface rayonnante utile clairement définie ;
● Une émissivité élevée et connue ;
● Une bonne homogénéité et stabilité thermique ;
● Une température de référence bénéficiant d’une traçabilité métrologique adaptée.
L’utilisation d’une source corps noir appropriée permet de réduire les incertitudes liées au matériau et à l’état de surface de la cible.
Quelles vérifications effectuer avant l’étalonnage ?
Avant de commencer l’étalonnage, il convient de contrôler l’instrument et les conditions d’essai.
● Vérifier l’optique. La poussière, l’huile, la condensation ou d’autres contaminants présents sur la lentille peuvent réduire le rayonnement reçu par le détecteur.
● Contrôler l’état de la pile. Une alimentation insuffisante peut perturber le fonctionnement de certains appareils.
● Laisser l’instrument s’acclimater. Un appareil provenant d’un entrepôt froid, d’un véhicule chaud ou de l’extérieur ne doit pas être étalonné immédiatement après son déplacement.
● Vérifier le réglage d’émissivité. Sur les modèles à émissivité réglable, la valeur doit être cohérente avec la source corps noir et la méthode d’étalonnage.
● Contrôler la distance de mesure. Le rapport D:S doit permettre de garantir que le spot de mesure reste entièrement contenu dans la zone rayonnante utile du corps noir.
● Attendre la stabilisation du corps noir. Le simple fait d’atteindre la consigne ne garantit pas nécessairement une stabilité thermique suffisante.
De nombreux écarts considérés à tort comme des défauts de calibration sont en réalité dus à des conditions de mesure incorrectes.
Comment étalonner un thermomètre infrarouge avec un corps noir ?
Une méthode courante consiste à comparer le thermomètre infrarouge à une source corps noir à plusieurs températures.
Commencez par régler la source corps noir sur le premier point d’étalonnage et attendez qu’elle soit complètement stabilisée.
Orientez ensuite le thermomètre vers la zone rayonnante utile. L’instrument doit être maintenu de manière stable et, dans la mesure du possible, approximativement perpendiculaire à la surface afin d’éviter les angles de visée trop importants.
Le spot de mesure doit rester entièrement dans la zone active du corps noir. Si la distance est excessive et que le spot dépasse l’ouverture de la source, le thermomètre peut également recevoir du rayonnement provenant de l’environnement, ce qui fausse le résultat.
Lorsque les conditions sont stables, effectuez plusieurs lectures et consignez les résultats. Comparez ensuite ces valeurs à la température de référence.
Répétez l’opération à d’autres températures représentatives de la plage d’utilisation, par exemple à basse, moyenne et haute température.
Comment déterminer si un ajustage est nécessaire ?
Après l’étalonnage, comparez la valeur mesurée à la température de référence pour chaque point.
L’écart d’indication peut être exprimé simplement comme suit :
Erreur de mesure = Indication du thermomètre infrarouge − Température de référence
Exemple :
● Température de référence du corps noir : 200,0 °C
● Indication du thermomètre : 202,1 °C
● Écart d’indication : +2,1 °C
L’acceptabilité de cet écart dépend des spécifications de précision du modèle concerné.
De nombreux thermomètres infrarouges n’utilisent pas une tolérance fixe unique en ±°C sur toute leur plage. La précision peut être exprimée par une combinaison d’une valeur fixe et d’un pourcentage de la lecture. L’évaluation doit donc toujours être faite par rapport aux spécifications du fabricant.
Si tous les points restent dans les limites admissibles, l’instrument peut généralement être considéré comme conforme à ses performances nominales.
Quelle est la différence entre étalonnage et ajustage ?
Ces deux notions sont liées mais différentes.
L’étalonnage consiste à déterminer l’écart existant entre l’indication de l’instrument et une référence.
L’ajustage consiste à modifier les paramètres internes afin de réduire cet écart.
Un appareil peut donc être étalonné sans qu’aucun ajustage ne soit effectué.
Sur certains thermomètres infrarouges industriels, les paramètres internes ne peuvent être modifiés qu’à l’aide d’un logiciel dédié, d’une interface de maintenance, d’un mode usine ou d’un équipement de production spécifique. Il est déconseillé aux utilisateurs de modifier eux-mêmes des paramètres de service cachés, car cela peut compromettre l’étalonnage d’origine.
Si l’erreur dépasse clairement les tolérances spécifiées, il est préférable de faire contrôler et, si nécessaire, ajuster l’instrument par le fabricant ou un prestataire qualifié.
Peut-on étalonner soi-même un thermomètre infrarouge ?
Il est possible d’effectuer des contrôles simples, mais ceux-ci ne remplacent pas un étalonnage professionnel.
De l’eau glacée, de l’eau chaude, de l’eau bouillante ou un second thermomètre sont parfois utilisés comme références approximatives. Ces méthodes peuvent être adaptées à certains thermomètres de contact, mais elles sont beaucoup moins fiables pour une mesure infrarouge.
Le thermomètre infrarouge mesure une température de surface et reste sensible à l’émissivité, au rayonnement réfléchi, à la taille du spot, aux conditions ambiantes et à l’état de surface.
Par exemple, dans un récipient métallique brillant contenant de l’eau chaude, l’instrument mesure principalement la surface du récipient plutôt que la température interne du liquide. Une comparaison directe avec une sonde immergée n’est donc pas métrologiquement équivalente.
Les contrôles simples peuvent permettre d’identifier une anomalie importante, mais ils ne remplacent pas un étalonnage sur corps noir.
Quels facteurs peuvent fausser le résultat de l’étalonnage ?
Même avec une source corps noir, une mauvaise méthode d’essai peut entraîner des résultats inexacts.
● Distance de mesure excessive. Si le spot dépasse la zone rayonnante utile, l’environnement influence la lecture.
● Stabilisation insuffisante. Le corps noir peut encore être en cours d’équilibrage thermique après avoir atteint la consigne.
● Émissivité incorrecte. Le réglage doit correspondre aux conditions d’étalonnage.
● Optique encrassée. Poussière, huile ou humidité peuvent réduire le rayonnement reçu par le détecteur.
● Variation rapide de la température ambiante. Le système de compensation interne nécessite un certain temps pour fonctionner dans un état stabilisé.
● Angle de mesure inadapté. Un angle important peut modifier la zone réellement mesurée et les conditions radiatives.
● Mauvaise répétabilité. Si les mesures répétées varient fortement au même point, il faut d’abord vérifier l’installation et l’état de l’appareil.
La qualité d’un étalonnage dépend donc autant de la référence utilisée que de la rigueur de la procédure.
À quelle fréquence faut-il étalonner un thermomètre infrarouge ?
Il n’existe pas de périodicité universelle applicable à tous les thermomètres infrarouges.
L’intervalle dépend de l’utilisation, de la fréquence des mesures, des exigences de précision, des conditions environnementales et du système qualité de l’organisation.
Pour des mesures courantes, des contrôles périodiques peuvent être suffisants. Pour le contrôle qualité industriel, la maintenance, les laboratoires ou les mesures documentées, il est généralement préférable de définir une périodicité d’étalonnage.
Un contrôle anticipé est également recommandé après :
● Une chute ou un choc important ;
● Une utilisation prolongée dans un environnement chaud, humide, poussiéreux ou sévère ;
● Une dérive notable par rapport aux résultats historiques ;
● Un écart persistant avec un instrument de référence fiable ;
● Une réparation ou le remplacement d’un composant critique ;
● Une exigence du système qualité ou d’un client.
Lorsque la mesure de température influence directement la qualité d’un produit ou une décision de sécurité, l’état réel de l’instrument doit être pris en compte en complément d’une périodicité fixe.
FAQ
Peut-on utiliser de l’eau glacée pour étalonner un thermomètre infrarouge ?
L’eau glacée peut servir de référence simple pour certains appareils, mais la mesure infrarouge est influencée par l’émissivité, les réflexions, le récipient, l’état de surface et le rayonnement ambiant. Cette méthode ne remplace donc pas un étalonnage professionnel.
Peut-on utiliser un autre thermomètre infrarouge comme référence ?
Ce n’est généralement pas recommandé. Toute erreur du thermomètre de référence se répercute directement sur la comparaison. Un étalonnage professionnel doit s’appuyer sur une référence connue et raccordée.
Pourquoi l’appareil peut-il être moins précis immédiatement après un changement d’environnement ?
Le boîtier peut encore être à une température différente de celle de la pièce. La compensation interne de température ambiante n’est alors pas encore stabilisée. Il faut laisser l’appareil s’acclimater avant toute mesure précise.
Le pointeur laser sert-il à étalonner la température ?
Non. Le laser sert principalement à l’aide à la visée. Il ne participe pas directement à la mesure infrarouge. La zone réellement mesurée dépend du système optique et du rapport D:S.
Pourquoi un appareil étalonné peut-il encore donner une mesure incorrecte sur le terrain ?
La mesure réelle dépend également de l’émissivité de la cible, de la distance, de la taille de la cible, de sa réflectivité, de l’état de l’optique et des conditions ambiantes. Un étalonnage conforme ne garantit donc pas la même précision pour tous les matériaux et dans toutes les situations.
Conclusion
L’étalonnage professionnel d’un thermomètre infrarouge consiste à comparer son indication à une référence de température radiative stable, connue et traçable. Les sources corps noir constituent à ce titre l’un des moyens les plus couramment utilisés.
Pour obtenir un résultat fiable, il faut contrôler non seulement la température de référence, mais aussi l’émissivité, la distance, le rapport D:S, la taille du spot, la température ambiante, le temps de stabilisation et l’état de l’optique.
Des contrôles comparatifs simples peuvent être utiles pour détecter une anomalie importante. Toutefois, pour le contrôle qualité industriel, les mesures professionnelles ou les applications exigeant une grande fiabilité, l’étalonnage doit être réalisé avec une source corps noir adaptée par le fabricant ou un laboratoire compétent.
Bien distinguer l’étalonnage, l’évaluation de l’erreur et l’ajustage permet de mieux maîtriser les performances du thermomètre infrarouge sur le long terme.
