Aurélie 26/02/10
 

 

Pyromètre optique à disparition de filament, caplp et cafep 2010.

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Son fonctionnement est basé sur le fait que tout corps émet en permanence un rayonnement électromagnétique dont le spectre, continu, a une répartition énergétique qui est fonction de la température du corps.
L'émittance spectrale El ( densité spectrale de puissance rayonnée dans un hémisphère, par unité de surface de l'émetteur, à une longueur d'onde l ), est une caractéristique de ce corps, de la température T de ce corps et de la longueur d'onde  du rayonnement.
Pour un corps noir, corps idéal absorbant totalement tout rayonnement incident, l'émittance spectrale est donnée par la loi de Planck :
El (l, T) = C1 / [l5 ( exp(C2/ (lt) -1)] avec C1 = 3,74 10-16 W m2 et C2 = 1,44 10-2 mK.
Le graphe ci-dessous en illustre l'évolution :

Pour un corps réel, selon son pouvoir absorbant, son rayonnement thermique se rapproche plus ou moins de celui du corps noir.
Principe de la mesure.
Quelles sont les valeurs des longueurs d'ondes appartenant au domaine du visible ?
Les longueurs d'ondes du domaine visible sont comprises entre 400 et 780 ( 800 ) nm.
La couleur rouge se situe vers 700 nm ; la couleur bleue vers 440 nm.
Expliquer que si l'on fait une mesure de l'intensité de l'onde rayonnée dans une direction donnée et dans une bande de fréquence étroite, on peut en déduire la valeur de la température du corps noir.
Pour un corps noir vérifiant par définition la loi de Lambert, son émittance spectrale vaut :
Ml (l, T) = p El (l, T)
Puis appliquer loi de Stefan :  M= s T4 avec s la constante de Stefan.
Il suffit donc de connaître la valeur de Mºl,T pour une longueur d'onde l, pour en déduire T.
Justifier le choix de la couleur rouge pour la mesure de l'intensité.
La quasi totalité ( 96% ) de la puissance transportée dans le rayonnement thermique (luminance) est comprise dans l'intervalle : (0,5 mm ; 5 mm), c'est à dire dans le rouge ou l'infrarouge.


Réalisation de la mesure.
On effectue la mesure de l'intensité rayonnée par le corps noir, par comparaison avec l'intensité rayonnée par  le filament d'une lampe  à incandescence, parcourue par un courant réglable et préalablement étalonnée.
On superpose l'image du corps noir et l'image du filament à travers un système optique. On modifie l'intensité rayonnée par le filament par réglage du courant le traversant. Lorsque le sintensités sont identiques, l'image du filament disparaît.
Pour ce faire, on utilise le dispositif décrit par le schéma ci-dessous :
 



L'objectif est une lentille mince convergente L1 de distance focale image f'1 et de centre optique O1.

L'oculaire est une lentille mince convergente L2 de distance focale image f'2 et de centre optique O2.
Que est est le rôle du filtre monochromatique ?
Le filtre monochromatique est capable d'isoler et de transmettre une raie spectrale particulière dans un spectre d'émission.
Où faut-il placer  le filament pour que l'observateur  voit son image sans accommoder ?
L'image du filament à travers l'oculaire étant à l'infini, l'objet, le filament, doit se trouver au foyer principal objet de l'oculaire.
Où doit se trouver l'image du corps noir à travers l'objectif pour que l'observateur voit le corps noir et le filament en même temps ?
L'image finale du corps noir doit être à l'infini ; l'image intermédiaire, jouant le rôle d'objet pour l'oculaire, doit se trouver au foyer principal objet de l'oculaire.





Reproduire ce schéma et  indiquer :
- les foyers objet et image F2 et F'2 de l'oculaire
- la position de l'image du corps noir à travers l'objectif
- le trajet de deux rayons lumineux issus du même point du corps noir et traversant tout le dispositif
- les foyers objet et image de l'objectif.










Exprimer la distance D en fonction de O1O2, f'1 et f'2.
Utliser la formule de conjugaison pour l'objectif.

A.N : O1O2 = 10 cm ; f'1 = 6 cm ; f'2 = 3 cm
D = 0,06 (0,10-0,03) / 0,01 = 0,42 m.
Quel est le principal avantage de ce dispositif de mesure de température ?
Il n'y a pas de contact entre le pyromètre et l'objet dont on veut mesurer la température. On peut ainsi déterminer la température d'un objet difficile d'accès ou d'un objet incandescent.










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