En quoi consiste la surveillance thermique ?

La température est un indicateur fondamental du fonctionnement des équipements et des processus. Une chaleur excessive peut indiquer un frottement dû à des pièces usées, des composants surchargés ou des systèmes de refroidissement défaillants, tandis que des températures anormalement basses peuvent signaler des inefficacités ou des problèmes dans les processus de réfrigération ou cryogéniques. En surveillant continuellement les tendances de température, les équipes acquièrent des informations précieuses sur l’état des équipements, ce qui permet une maintenance proactive, garantit la qualité des produits et favorise un environnement de travail plus sûr.

^{Figure 1 : Capteur de température}

Plusieurs types de capteurs sont couramment utilisés pour surveiller la température :

• Thermocouples : ces capteurs exploitent l’effet Seebeck. Lorsque deux fils faits de métaux différents sont joints à une extrémité (la jonction de mesure), une différence de température entre cette jonction et l’autre extrémité (la jonction de référence) génère une tension. Cette tension est proportionnelle à la différence de température et dépend des métaux spécifiques utilisés (exemples : types K, J, T, E). Les thermocouples sont robustes, peu coûteux et couvrent de larges plages de température, mais nécessitent une compensation de la jonction de référence, également appelée compensation de soudure froide (CSF).
• Thermomètre à résistance (RTD) : les RTD fonctionnent sur le principe que la résistance électrique d’un métal varie de manière prévisible avec la température. Ils utilisent typiquement un fil fin (souvent du platine, en raison de sa stabilité et linéarité) enroulé autour d’un noyau en céramique ou en verre. Les RTD offrent une grande précision et une bonne stabilité sur des plages de température modérées, mais sont généralement plus coûteux et nécessitent un courant d’excitation pour mesurer la résistance.
• Thermistances : ce sont des dispositifs semi-conducteurs dont la résistance varie avec la température. Il en existe deux types : Les thermistances à coefficient de température négatif (NTC) voient leur résistance diminuer lorsque la température augmente, tandis que celles à coefficient de température positif (PTC) voient leur résistance augmenter avec la hausse de la température. Les thermistances offrent une très grande sensibilité, ce qui les rend idéales pour détecter de petits changements de température, et sont relativement peu coûteuses. Cependant, elles ont une plage de température limitée et une réponse non linéaire comparées aux RTD, ce qui peut compliquer l’interprétation des données. Elles nécessitent également un courant d’excitation.

^{Figure 2 : Processus de surveillance thermique sans fil}

Les composants et les processus présentent des signatures thermiques distinctes lors de leur fonctionnement normal. Les écarts par rapport à ces températures attendues peuvent indiquer des problèmes imminents. Les systèmes de surveillance thermique utilisent des capteurs, du matériel d’acquisition de données (DAQ) et des logiciels d’analyse spécialisés comme NI LabVIEW pour détecter, convertir et analyser les données de température. En fonction de l’analyse, la maintenance peut être planifiée ou les processus ajustés avant que les problèmes n’aggravent. Différentes configurations facilitent la collecte des données, incluant la surveillance en ligne continue via des systèmes filaires et sans fil, ainsi que la surveillance hors ligne.  

• Surveillance en ligne câblée : les capteurs sont connectés par câbles à un appareil DAQ et à un ordinateur. Cette configuration offre une grande fiabilité, des données en temps réel et une moindre sensibilité aux interférences. Cependant, l’installation peut être complexe, les câbles susceptibles d’être endommagés, et le redéploiement des capteurs peut nécessiter un nouveau câblage.
• Surveillance en ligne sans fil : les capteurs transmettent les données de température sans fil à une passerelle ou un appareil DAQ. Cette configuration permet de placer les capteurs dans des endroits difficiles d’accès ou dangereux sans nécessiter un câblage important. Les préoccupations peuvent inclure la durée de vie des batteries, la sécurité sans fil, ainsi que les limites potentielles de portée ou d’interférences du signal.
• Surveillance périodique (hors ligne) : un technicien utilise un appareil portable pour mesurer périodiquement la température à différents points. Cette configuration offre de la flexibilité, mais n’est pas continue, repose sur des contrôles manuels, et peut impliquer la présence de personnel à proximité de machines en fonctionnement.

L’interprétation des données thermiques consiste à examiner les informations de température recueillies par les capteurs, souvent à l’aide de logiciels spécialisés. Les techniques d’analyse utilisant des outils comme NI DIAdem peuvent aller de la simple comparaison de seuils à l’analyse de tendances, en passant par des modèles thermiques complexes ou l’analyse d’images thermiques. Les signes potentiels de problèmes, tels que des augmentations rapides de température, des écarts par rapport aux profils attendus ou des lectures incohérentes, peuvent être signalés pour examen par un opérateur. Les systèmes de surveillance thermique peuvent aussi être configurés pour déclencher des actions automatiques, telles que l’activation de systèmes de refroidissement, la réduction de charge, le déclenchement d’alarmes ou l’arrêt des équipements en cas de dépassement des seuils critiques de température.

La surveillance thermique est largement utilisée dans de nombreuses industries, que ce soit en usine, dans les sites de traitement ou dans la gestion des installations. Les applications courantes incluent la surveillance des types d’appareils ou de processus suivants :

• Roulements et boîtes de vitesses
• Moteurs et générateurs
• Moteurs et turbines
• Pompes et compresseurs
• Composants et armoires électroniques
• Fluides de processus et canalisations
• Systèmes CVC
• Chaudières et fours
• Salles serveurs et centres de données
• Processus de durcissement des matériaux

La mesure de la température est fondamentale dans la conception, la validation et la vérification des tests de nouveaux produits et matériaux, comme le test d’électronique sous charge, le cycle thermique des composants de moteurs et les performances thermiques lors de la charge/décharge des batteries. Les ingénieurs utilisent des outils tels que NI TestStand pour automatiser les séquences, s’assurer que les composants fonctionnent de manière fiable dans les plages de température spécifiées, confirmer l’efficacité des systèmes de gestion thermique et comprendre le comportement des matériaux sous contrainte thermique.  

La surveillance thermique peut offrir les avantages significatifs suivants :

• Réduction des arrêts non planifiés dus à la surchauffe ou aux défaillances thermiques
• Réduction des coûts grâce à la maintenance prédictive et à une utilisation optimisée de l’énergie
• Renforcement de la sécurité en prévenant les incendies ou les conditions dangereuses
• Augmentation de la durée de vie des machines en fonctionnant dans des plages de température optimales
• Amélioration du contrôle des procédés et de la qualité des produits grâce à l’optimisation de la température

Les modules d’entrée de température NI intègrent un conditionnement de signal essentiel pour des mesures précises, incluant la compensation de soudure froide (CSF) pour thermocouples, l’excitation pour RTD et thermistances, le filtrage et l’amplification. Nos offres logicielles telles que NI LabVIEW, NI FlexLogger™ et NI DIAdem permettent aux utilisateurs d’acquérir, analyser, visualiser et rapporter les données de température, créant des solutions complètes de surveillance thermique.  

Les solutions NI pour la surveillance thermique présentent plusieurs avantages comparées à d'autres approches :

• Notre longue expérience de mesures dans de nombreuses applications garantit que les mesures réalisées avec les équipements NI sont de meilleure qualité que le matériel conçu spécifiquement pour la surveillance d’état. Les produits NI sont plus précis, avec un chronométrage plus stable et des mesures plus fiables.
• Les plate-formes NI reposent sur un concept de modularité, rendant les systèmes plus efficaces à concevoir et plus faciles à maintenir tout au long de leur vie. Contrairement aux systèmes à personnalité fixe, vous pouvez facilement étendre les systèmes en ajoutant des modules pour obtenir de nouvelles voies ou mesures.
• Les systèmes NI à grande vitesse peuvent capturer toutes les données, pas seulement des rafales périodiques. Cela signifie que vous pouvez enregistrer des événements que d’autres systèmes manquent.