Utilisez des matériaux à faible coût pour augmenter l'émissivité de vos cibles.

Les surfaces métalliques nues propres et non oxydées ont une émissivité très faible, ce qui les rend difficiles à mesurer avec une caméra thermique. De nombreuses applications de R&D impliquent des cibles à faible émissivité, notamment pour des applications électroniques. Pour obtenir des mesures précises sur ces cibles difficiles, il est nécessaire d'augmenter leur émissivité.

Une caméra thermique enregistre l'intensité des radiations dans la zone infrarouge du spectre électromagnétique, et la convertit en une image visible. L'énergie infrarouge issue de l'objet ciblé est concentrée par l'optique de la caméra sur un capteur infrarouge, qui envoie ces informations à l'électronique intégrée pour le traitement d'image. L'électronique traduit les données du capteur en une image visible sur le viseur, un moniteur vidéo standard ou un écran LCD. La thermographie infrarouge est l'art de transformer une image infrarouge en une image radiométrique, sur laquelle des valeurs de température sont calculées. Autrement dit, chaque pixel de l'image radiométrique correspond en fait à une valeur de rayonnement.

Pour interpréter correctement ces images thermiques, il vous faut connaître l'influence des différents matériaux et des conditions sur les valeurs de rayonnement transmises par la caméra thermique. L'émissivité correspond à l'efficacité avec laquelle un objet émet des radiations infrarouges, mesurée par rapport à un émetteur parfait (un corps noir, dont l'émissivité est égale à 1). En réalité, les objets visualisés ne sont pas des radiateurs parfaits et ont une émissivité inférieure à 1. Leur température mesurée résulte d'une combinaison de rayonnement émis, transmis et réfléchi. Si l'émissivité n'est pas définie à la valeur adéquate dans votre caméra thermique, les mesures de température seront incorrectes. Les caméras thermiques FLIR Systems ont des paramètres d'émissivité prédéfinis pour de nombreux matériaux, les autres pouvant être trouvés dans une table d'émissivité.

Un corps noir parfait a une émissivité de 1, c'est-à-dire que 100 % de sa radiation est émise depuis sa surface.

Mais en réalité, nos cibles ne sont pas des corps noirs parfaits. La température mesurée pour une cible résulte d'une combinaison d'émission, de transmission et de réflexion des radiations.

Les valeurs d'émissivité, de réflectivité et de conductivité thermique dépendront fortement des propriétés du matériau. La plupart des matériaux non métalliques ont une émissivité avoisinant 0,9, ce qui signifie que 90 % des radiations mesurées proviennent des radiations émises par la cible. La plupart des métaux polis ont une émissivité comprise entre 0,05 et 0,1. Les métaux ternis, oxydés ou corrodés ont une émissivité pouvant varier entre 0,3 et 0,9, selon la quantité d'oxydation ou corrosion. Les matériaux dont l'émissivité est inférieure à 0,7 sont difficiles à mesurer et ceux dont l'émissivité est inférieure à 0,2 sont pratiquement impossibles à mesurer sans augmenter leur émissivité d'une manière ou d'une autre. Heureusement, il existe des méthodes peu onéreuses pour compenser la faible émissivité d'un objet. Ces méthodes réduisent la réflectivité de la surface et améliorent ainsi la qualité de la mesure.

L'observation de cette image thermique donne l'impression que les feuilles sont plus froides que la surface de la tasse. Elles ont en réalité exactement la même température, mais la différence d'intensité des radiations infrarouges est due à une différence d'émissivité.

Ruban isolant

La plupart des rubans isolants de bonne qualité ont une émissivité de 0,95. Il faut toutefois vérifier que le ruban est opaque, notamment avec les caméras à longueur d'ondes moyennes (3-5 μm). Certains rubans en vinyle sont suffisamment fins pour avoir une certaine transmittance infrarouge, qui les rend inutilisables comme revêtements à haute émissivité. Le ruban isolant noir en vinyle 88 de la marque Scotch™ a une émissivité de 0,96 à la fois dans les zones de longueurs d'onde courtes (3-5 μm) et longues (8-12 μm) et il est recommandé. 

Température d'un ASIC avec une plaque en métal brillant : sans aucun revêtement, la température mesurée était similaire à la température ambiante. Avec une couche de ruban Kapton à haute émissivité, la température réelle de 43,9 °C est mesurée.

Cet exemple montre deux canettes avec du ruban. La canette de gauche est remplie d'eau chaude, celle de droite est à température ambiante. Pour la canette chaude, la température mesurée sur le ruban est 72,8 °C, sur la canette 23,5 °C. La canette ayant une émissivité très faible, la deuxième valeur correspond à peu près à la température ambiante. C'est un exemple classique de la nécessité d'appliquer une haute émissivité sur une cible à basse émissivité.

Peintures et revêtements

La plupart des peintures ont une émissivité d'environ 0,9 à 0,95. Les peintures à base métallique ont une émissivité faible et ne sont donc pas recommandées. La couleur de la peinture n'est pas la variable importante pour l'émissivité infrarouge, c'est la matité qui importe le plus. Les peintures mates sont préférables aux brillantes. Le revêtement doit aussi être suffisamment épais pour être opaque. En général, deux couches suffisent. Alors que le ruban peut suffire pour des zones réduites, la peinture est plus appropriée pour des zones plus élargies, mais il s'agit d'un revêtement permanent. Lorsqu'il est nécessaire d'appliquer sur une grande zone un revêtement qui devra être ensuite retiré, ou que le ruban n'est pas approprié, des poudres appliquées en suspension ou en spray peuvent fonctionner correctement. Les développeurs utilisés pour les contrôles par ressuage ou la poudre pour pieds en spray Dr Scholl™ sont par exemple efficaces. L'émissivité de ces poudres est autour de 0,9-0,95, à condition qu'elles soient appliquées en quantité suffisamment épaisse pour être opaques.

À gauche : Circuit imprimé sans peinture augmentant l'émissivité. À droite : avec peinture augmentant l'émissivité. L'utilisation de peinture peut avoir pour contrepartie de réduire la visibilité des détails fins.

Correcteur liquide

Appliquer du correcteur liquide est une façon très pratique d'augmenter l'émissivité d'une surface. Cette méthode peut être appliquée aux plus petits composants électriques, contrairement au ruban qui ne pourra pas y adhérer. Le correcteur liquide peut être nettoyé avec une petite brosse et de l'alcool. Son émissivité est d'environ 0,95-0,96 pour une caméra LW.

Autres recommandations

Beaucoup de ces objets sont souvent électrifiés, il convient donc d'opérer avec la précaution nécessaire. Ceci implique de n'appliquer le revêtement que lorsque les composants ne sont pas sous tension, et de n'utiliser que des revêtements approuvés compatibles avec une mise sous tension. Assurez-vous que le revêtement couvre une surface suffisamment grande. Tenez compte du rapport avec la taille de point de votre caméra, et de la distance minimale à laquelle vous pouvez vous placer. Par exemple, une caméra dont le rapport avec la taille de point est de 250:1 peut mesurer une surface d'un centimètre de diamètre à une distance maximale de 250 centimètres, soit 2,5 mètres. Pour des applications en températures plus élevées, utilisez des peintures pour haute température, comme les peintures pour moteur ou barbecues. L'utilisation des rubans et des poudres est limitée aux applications dans une plage de températures raisonnables. Pour les systèmes électriques, si le ruban fond, le problème est probablement grave. C'est pourquoi vous ne devriez pas avoir besoin de matériau haute température pour cette application.

Contrôle des valeurs d'émissivité sur les circuits imprimés.

Au cours des procédures de détection de défauts, la valeur de température des composants d'un circuit imprimé peut s'avérer une technique utile et rentable, mais elle n'est pas évidente à mettre en œuvre à cause des différences d'émissivité entre les composants. Les circuits imprimés sont en général peuplés de divers composants en métal et en plastique, fabriqués par des producteurs différents qui leur appliquent chacun leur propre finition. Lorsque le circuit est traité avec un revêtement connu, testé et caractérisé, le problème est grandement simplifié. Après le revêtement, les surfaces des composants ont toutes la même valeur d'émissivité et les températures relatives peuvent être déterminées par un thermogramme.

Pour contrôler les valeurs d'émissivité, vous pouvez appliquer un revêtement sur un circuit imprimé.

Déterminer l'émissivité

Il est nécessaire de connaître l'émissivité pour évaluer la température réelle à partir de la radiation mesurée. Cependant, les tables d'émissivité doivent être utilisées avec précaution. Le domaine de longueur d'onde dans laquelle les valeurs sont données n'est pas toujours indiqué, or l'émissivité varie avec la longueur d'onde. L'état de surface, la texture et la forme jouent aussi des rôles importants dans l'émissivité d'un matériau. Voici un exemple illustrant les effets de l'incertitude sur l'émissivité sur la valeur de température : supposons que l'incertitude sur l'émissivité de la cible est de +-0,05. Pour une émissivité de 0,95, cela représente une erreur d'environ 5 % (0,05/0,95) Mais pour un matériau comme du cuivre brillant dont l'émissivité est 0,05, cela représente une erreur de 100 % (0,05/0,05). Ces erreurs se propagent dans le calcul de température, augmentant l'erreur de lecture de température. À cause de cet effet, nous recommandons de ne pas essayer de mesurer des températures pour des cibles dont l'émissivité est inférieure à 0,5. Appliquez d'abord un revêtement à haute émissivité sur le matériau.

Matériaux de revêtement à haute émissivité