Brevet FR2354546A1 — publié le 19780106

La présente invention concerne la connaissance de la distribution spatiale des températures dans le faisceau de cha- leur diffusé par un appareil de chauffage, par exemple électrique, en vue d'obtenir des isothermes représentatives du faisceau de chaleur. La diffusion do chaleur dans l'air ambiant à partir d'une source de chaleur se compose d'un transfert de chaleur par mouvement d'air chaud (convection) et d'un transfert par rayonnement thermique. Pour connaître la distribution spatiale des températures, il faut pouvoir mesurer simultanément ces deux types de transfert en différents points de l'espace , et c'est précisément le but de l'invention que de proposer un procédé permettant d'effec- tuer une telle mesure. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de mesure de la distribution spatial des températures dais le faisceau de chaleur diffusé par une source de chaleur, caractérisé on ce qu'il consiste à matérialiser l'espace environnant la source afin d'avoir un support dont chaque point diffuse une énergie de rayonnement proportionnelle à sa température, à disposer ce support dans n'importe quille position devant la source et à relever les distributions de températures en différents points dudit support. De préférence, ledit relevé de températures s'effectue par une téléthermographie infrarouge de tout ou partie de la surface du support,ce qui permet d'obtenir une représentation instantanée des distributions de températures dans les différents points du support. L'objet de l'invention est donc q particulier l'applica- tion de la téléthermographie infrarouge bien connue en soi à la mesure de la distribution spatiale des températures d'un faisceau de chaleur diffusé par un radiateur,et d'une manière plus générale par une source de chaleur quelconque. Dans le cas où l'on veut connaître les températures réelles des courbes isothermes,il est nécessaire,puisque les températures obtenues à partir d'une caméra infrarouge et lues sur un écran de télévision sont des températures d'un corps noir qui aurait émis la même quantité d'énergie,d'effectuer une correc tison au soyen d'une courbe représentant la relation entre la température de l'objet et la température indiquée par la caméra afin d'avoir une lecture directe. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre du procédé ci-dessus,description donnée en regard du dessin annexé sur lequel Figs. 1 à 4 représentent des isothermes du faisceau de chaleur diffusé par quatre radiateurs différents,ces isothermes étant obenuesconformément au procédé de l'invention. On connaît déjà divers procédés d'exploration thermographique, le plus intéressant étant de loin la téléthermographie dynamique. Celle-ci donne une représentation immédiate des distributions de températures/à partir de la mesure à distance des énergies de rayonnement thermique spontanément émis par l'objet étudié. Les images réalisées à partir d'une caméra infrarouge, à laquelle est associé un système électronique,sont transmises sur un écran de télévision. La présente invention consiste dan l'application de ce procédé à la mesure de la distribution spatiale des températures dans le faisceau de chaleur diffusé par une source,et en particulier par un radiateur électrique.. Pour obtenir une image de la répartition dss températures, il fallait matérialiser l'espace afin d'avoir un récepteur donnant pour tout un plan de l'espace la distribution des tempé- ratures. C'est ainsi qu'on a eu l'idée d'utiliser une grille en cuivre. Un tel capteur présente l'avantage de donner en même temps la diffusion de chaleur par rayonnement et la diffusion de chaleur par convection. Pour ne pas perturber les courants de convection,il est nécessaire de disposer la grille sensiblement perpendiculairement au radiateur étudié,celui-ci étant placé le long d'un mur à la hauteur règlementaire. La grille est réalisée en fil de cuivre fin. Le cuivre est un bon accepteur de chaleur;ainsi,les températures du faisceau se reportent bien sur ce support. De plus, un grillage à petite maille (quelques millimètres)permet d'avoir des isothermes à profil compact. Au cours d'essais,on a utilisé comme grille une toile métallique de 1 m x 2,5 i que l'on a déplacée perpendiculaire- lent au radiateur pour obtenir la distribution des températures dans les trois dimensions. Comme le montrent les figures 1 à 4,les parties intéressantes du faisceau de chaleur qui donnent une imsge thermographique sont concentrées près du radiateur. Sur les figures 1, 2 et 4,on a représenté en R la partie supérieure frontale du capotage de trois radiateurs différents dont on a étudié le faisceau de chaleur diffusé. Sur la figure 3, M M représente un mur vertical et le segment R' la face supérieure horizontale d'un quatrième radiateur. Les dimensions des photographies constituant les figures 1 à 4 sont de 33 cm horizontalement et 32 cm verticalement. Les courbes isothermes sont numérotées et, en dessous de chaque photographie,on a indiqué les températures réelles des diverses courbes. Si l'on veut avoir une plus grande surface du faisceau, il est préférable de déplacer la caméra verticalement en conservant le même éloignement vis-à-vis de la grille, car si l'on agrandit le champ de la caméra la sensibilité de celle-ei diminue en sorte qu'il vaut mieux faire plusieurs prises de vue. La caméra utilisée est une caméra AaA type THV6 80 dont les caractéristiques principales sont les suivantes: - mise au point : 0,95 m à l'infini - champ angulaire : 10 x 10 - détecteur : Antimonime d'indium (InSb) refroidi b l'azote liquide - gaule spectrale : 2 b 5,6 - 16 images par seconde -définition image: 140 lignes à 100 points par ligne. On a vu que la caméra indiquait une température Me qui est celle d'un corps noir qui émettrait la même quantité d'énergie que l'objet filmé dont la température réelle est To. L'énergie émise par l'objet est: Ro(To) = #(To)RCN(To) dans laquelle : Ro est la radiance de l'objet à la température To; # est le facteur d'émission et RCN(To) est la radiance d'un corps noir à la température Te. donc Ro(To) = # (To)RCN(To) = RCN(To) d'où Dans la gamme des températures observées,#(To) ne varie pas avec To,d'où (To) = #. Le problème à résoudre est maintenant de trouver To, connaissant et Ta Après approximation,l'intégration de la brillance spectrale du corps sur le domaine spectral de la camera # donne où C2 a= ; C1 = 3,741.10-16w.m2 # C2 = 1,438.10-2 m. K To s'obtient alors à partir de la relation Une autre méthode consisterait à prendre directement à l'aide d'un thermocouple la température de l'isotherme sur la grille, ou,d'une manière plus générale,du capteur d'énergie thermique diffusée. Le procédé de l'invention permet de réaliser des photo graphies ou diapositives en noir et blanc ou on couleur. On peut observer sur les figures 1 à 4 des différences notables dans la représentation par isothermes du faisceau de chaleur de chaque radiateur. Par exemple,la figure 2 montre un radiateur R dont le départ de chaleur est horizontal,ce qui est très intéressant car les radiateurs étant généralement placés sous des fenêtres on évite ainsi de grosses pertes de chaleur. La figure 4 montre par contre un radiateur qui chauffe plus par rayonnement que par convection. Bien entendu,l'invention couvre également toutes les variantes,notamment celles concernant la nature et la structure de l'organe destiné à capter l'énergie thermique du faisceau de chaleur diffusé ainsi que toutes les positions du capteur par rapport b la source de chaleur (perpendiculaire,parallèle,oblique, parallèle au sol et perpendiculaire à la source etc....) -REVENDICATIONS 1Procédé de mesure de la distribution spatiale des températures dans le faisceau de chaleur diffusé par une source de chaleur, caractérisé en ce qu'il consiste à matérialiser l'espace environnant la source afin d'avoir un support dont chaque point diffuse une énergie de rayonnement proportionnelle à sa température, à disposer ce support Aans n'importe quelle position devant la source et à relever les distributions de températures en différents points dudit support. 2. Procédé selon la revendication l,caractérisé en ce que ledit relevé de températures s'effectue par une téléthermographie carouge do tout ou partie de la surface du support,ce qui permet d'obtenir une représentation instantanée de distribution de tempé- ratures dans les différents points du apport. 3. Dispositif de mesure de la distribution spatiale des températures dans le faisceau de chaleur diffusé par une source de chaleur pour la lise en oeuvre du procédé selon la revendication 2,caractérisé en ce qu'il comprend,d'une part, un organe capteur de température en ntériau bon conducteur thermique disposé dans n'importe quelle position devant la source et, d'autre part, un ensemble de téléthermographie dynamique infrarouge connu en soi et comprenant une caméra infrarouge,un système électronique associé et un écran de télévision de visualisation. 4.Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe capteur est une grille.