Ajustage des paramètres

TP Techniques de mesures
Laboratoire de transfert de chaleur et de masse
Vendredi, 15. juin 2007
7GROUPE
BRANDDANIEL
BINGGELILUKAS

TP Techniques de mesures 15.06.07
Laboratoire de transfert de chaleur et de masse Lukas Binggeli
Daniel Brand
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Table des matières
1 Mesures effectuées à l’aide d’une plaque en cuivre ........................................................... 2
1.1 Description du banc d’essai ........................................................................................ 2
1.2 Ajustage de l’émissivité ............................................................................................. 3
1.3 Chauffage de la plaque ............................................................................................... 3
1.4 Mesure de la convection naturelle .............................................................................. 4
1.5 Mesure de la convection forcée .................................................................................. 5
2 Résolution spatiale ............................................................................................................. 6
2.1 Détermination de la résolution spatiale par mesure de la fente .................................. 6
2.2 Détermination de la résolution spatiale par logiciel de traitement d’images ............. 7
3 Objets examinés ................................................................................................................. 8
3.1 Constatations .............................................................................................................. 9
3.1.1 Conduction thermique dans une plaque de plexiglas ......................................... 9
3.1.2 Effet miroir sur une plaque en alu à peinture noire .......................................... 10
4 Bibliographie .................................................................................................................... 11

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1 Mesures effectuées à l’aide d’une plaque en cuivre
Lors de cette première partie du TP différentes phénomènes physiques relatif à une plaque en
cuivre sont mis en évidence. Ce sont notamment :
- l’émissivité
- la convection naturelle
- le transfert de chaleur par radiation
- la convection forcée
1.1 Description du banc d’essai
Avant de présenter en détail les mesures faites, un dessin du banc d’essai est donné dans la
figure 1. Une tension (8) est appliquée à la plaque chauffante (5). Celle-ci s’échauffe et par
conduction thermique la plaque en cuivre (4) s’échauffe aussi. La température de la plaque en
cuivre est mesurée par deux thermocouples (3) et par la caméra infrarouge (1). La caméra est
connectée à un ordinateur (2). Un autre thermocouple (9) mesure la température ambiante.
Les mesures des thermocouples, de la source de tension ainsi que la tension sur la résistance
R sont affichées par le système d’acquisition (6). Un système de refroidissement (7) peut être
enclenché pour la convection forcée.
Figure 1 : Banc d’essai schématisé
R
U
Ur
1
2
9
4
5
6
7
8
3

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1.2 Ajustage de l’émissivité
Pour mesurer la température d’un corps avec une caméra infrarouge, il faut connaître
l’émissivité de ce corps, ou à l’inverse : connaissant la température d’un corps on peut à l’aide
d’une caméra infrarouge déterminer son émissivité.
Avant de commencer donc les mesures de température il faut ajuster l’émissivité. Ceci se fait
à l’aide des thermocouples : A température ambiante (par exemple) on lit la valeur de la
température fournie par les thermocouples. On l’entre dans le logiciel qui va ensuite calculer
la valeur correspondante de l’émissivité de l’objet considéré.
Cette procédure doit être répétée chaque fois que l’objet de mesure est changé puisque
l’émissivité change d’un objet à l’autre.
Ce calibrage est important puisque si on surestime l’émissivité d’un objet, on sous-estime sa
température et réciproquement si on sous-estime son émissivité on surestime sa température.
Ainsi, deux corps qui sont exactement à la même température mais qui ont des émissivités
distinctes présentent des couleurs différentes sur l’image fournie par la caméra infrarouge,
mais deux objets à même couleur n’implique pas qu’ils sont à la même température.
Pour la plaque en cuivre nous avons obtenue une valeur de l’émissivité ε de 1. Ceci
correspondrait à un corps noir parfait. Nous avons supposé que le concept de corps noir soit
purement théorique et que nul objet réel obéis à cette théorie. Pour cela nous avons utilisé une
valeur de ε de 0.99 (c.-à-d. proche de 1 mais plus petit que 1).
1.3 Chauffage de la plaque
En appliquant une tension électrique à la plaque chauffante celle-ci s’échauffe par effet joule
(voir fig.2, à partir d’environ 4min) et transmet la chaleur par conduction à la plaque en
cuivre. Lors du TP nous ajustons la tension de façon à obtenir une température stationnaire de
la plaque de cuivre d’environ 40°C (fig.2, ca. 14min).
Pendant la phase de chauffage on observe une légère discontinuité. Ceci provient du fait que
la caméra s’est calibrée à cet instant. Ce phénomène se répète encore plusieurs fois lors de la
mesure comme c’est indiqué sur le graphe de la figure 2.
Une fois que l’état stationnaire est atteint, on refait l’ajustage de l’émissivité. On obtient de
nouveau une émissivité de 0.99. Ceci nous dit que pour la plaque en cuivre examinée,
chauffage
refroidissement
par jet d’air
stagnation
état stationnaire
calibrage de la caméra
le thé FROID
ça reFROIDit
Figure 2 : évolution de la température de la plaque en cuivre en fonction du temps

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l’émissivité ε ne change par sur la plage de température de 20°C à 40°C.
1.4 Mesure de la convection naturelle
Le but de cette partie du TP était de déterminer le coefficient de convection naturelle hcn de la
plaque en cuivre ainsi que son coefficient d’échange radiatif hrn.
Pour ce faire on détermine d’abord le flux de chaleur total sortant de la plaque. Ce flux est
donné par
FIU
qtot
où U est la tension appliquée à la plaque, I le courant qui la traverse et F sa surface. Le
courant I peut être calculé comme étant le ratio entre la tension Ur sur la résistance (qui est
branchée en série avec la plaque) et la résistance R = 2.2Ω:
R
U
Ir
Ainsi l’expression pour le flux total devient
RF UU
qr
tot 
Les grandeurs mesurées sont :
U = 66.23V
Ur = 0.277V
F = 0.04m2
Ceci donne pour le flux total : qtot = 210.1 Wm-2
A l’aide de la loi de Stefan Boltzmann et des mesures de température nous pouvons calculer
le flux de chaleur dissipé par rayonnement qrn:
44 ambiantplaquern TTq 
où Tambiant est mesuré par thermocouple et Tplaque par la caméra infrarouge.
Nous avons les valeurs suivantes :
Tambiant = 22.5°C
Tplaque = 42.6°C
σ = 5.67*10-8 Wm-2K-4
ε = 0.99
Ce qui nous donne qrn=128.9 Wm-2.