ISO 18434-1:2008
(Main)Condition monitoring and diagnostics of machines — Thermography — Part 1: General procedures
Condition monitoring and diagnostics of machines — Thermography — Part 1: General procedures
ISO 18434-1:2008 provides an introduction to the application of infrared thermography (IRT) to machinery condition monitoring and diagnostics, where "machinery" includes machine auxiliaries such as valves, fluid and electrically powered machines, and machinery-related heat exchanger equipment. In addition, IR applications pertaining to machinery performance assessment are addressed. ISO 18434-1:2008: introduces the terminology of IRT as it pertains to condition monitoring and diagnostics of machines; describes the types of IRT procedures and their merits; provides guidance on establishing severity assessment criteria for anomalies identified by IRT; outlines methods and requirements for carrying out IRT of machines, including safety recommendations; provides information on data interpretation, and assessment criteria and reporting requirements; provides procedures for determining and compensating for reflected apparent temperature, emissivity, and attenuating media. ISO 18434-1:2008 also encompasses testing procedures for determining and compensating for reflected apparent temperature, emissivity, and attenuating media when measuring the surface temperature of a target with a quantitative IRT camera.
Surveillance et diagnostic de l'état des machines — Thermographie — Partie 1: Procédures générales
L'ISO 18434-1:2008 fournit une introduction à l'application de la thermographie infrarouge (TIR) à la surveillance et au diagnostic de l'état des machines, y compris de leurs accessoires auxiliaires tels que soupapes, composants hydrauliques et électriques, et échangeurs thermiques associés. Elle aborde en outre les applications de l'infrarouge relatives aux performances des machines. L'ISO 18434-1:2008 présente la terminologie de la TIR, dans la mesure où elle relève de la surveillance et du diagnostic de l'état des machines; décrit les types de procédures de TIR et leurs avantages; fournit des recommandations quant à l'établissement de critères d'évaluation de la gravité des anomalies identifiées par la TIR; décrit dans les grandes lignes les méthodes et les exigences relatives à l'application de la thermographie des machines, y compris les recommandations de sécurité; fournit des informations concernant l'interprétation des données, les critères d'évaluation et les exigences relatives aux rapports d'essai; et fournit des procédures permettant de déterminer et de compenser la température apparente réfléchie, l'émissivité et l'atténuation de certains milieux. L'ISO 18434-1:2008 englobe également les modes opératoires d'essai permettant de déterminer et de compenser la température apparente réfléchie, l'émissivité et les milieux atténuateurs lors du mesurage de la température de surface d'une cible au moyen d'une caméra TIR quantitative.
General Information
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18434-1
First edition
2008-03-01
Condition monitoring and diagnostics of
machines — Thermography —
Part 1:
General procedures
Surveillance et diagnostic de l'état des machines — Thermographie —
Partie 1: Procédures générales
Reference number
ISO 18434-1:2008(E)
©
ISO 2008
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ISO 18434-1:2008(E)
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ISO 18434-1:2008(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .2
4 Thermography techniques.4
5 Comparative thermography.4
5.1 Types of comparative thermography.4
5.2 Comparative quantitative thermography .5
5.3 Comparative qualitative thermography.5
6 Non-contact thermometry using infrared thermography cameras.6
7 Baseline measurements.6
8 Safety .6
9 Calibration .6
10 Data collection .6
11 Customer responsibilities.7
12 Field measurements of reflected temperature and emissivity and attenuating media .7
13 Temperature severity assessment criteria.8
13.1 Establishing severity assessment criteria .8
13.2 Temperature difference criteria.8
13.3 Maximum permissible temperature criteria .8
14 Profile assessment criteria .9
15 Diagnosis and prognosis.9
15.1 Survey intervals .9
15.2 Image interpretation .9
15.3 Fault identification process .10
16 Test report .10
17 Qualification of personnel .11
Annex A (normative) Field measurements of reflected apparent temperature and emissivity .12
Annex B (informative) Example safety rules and guidelines.17
Annex C (informative) Case history examples .18
Bibliography .24
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ISO 18434-1:2008(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 18434-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock and condition
monitoring, Subcommittee SC 5, Condition monitoring and diagnostics of machines.
ISO 18434 consists of the following parts, under the general title Condition monitoring and diagnostics of
machines — Thermography:
⎯ Part 1: General procedures
Image interpretation and diagnostics is to form the subject of a future Part 2.
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ISO 18434-1:2008(E)
Introduction
This part of ISO 18434 provides guidance on the use of infrared thermography (IRT) as part of a programme
for condition monitoring and diagnostics of machines. IRT can be used to identify and document anomalies for
the purposes of condition monitoring of machines. These anomalies are usually caused by such mechanisms
as operation, improper lubrication, misalignment, worn components or mechanical loading anomalies.
IRT is based on measuring the distribution of radiant thermal energy (heat) emitted from a target surface, and
converting this to a map of radiation intensity differences (surface temperature map) or thermogram. The
thermographer therefore requires an understanding of heat, temperature and the various types of heat
transfer as essential prerequisites when undertaking an IR programme. Thermal energy is present with the
operation of all machines. It can be in the form of friction or energy losses, as a property of the process media,
produced by the actual process itself or any combination thereof. As a result, temperature can be a key
parameter for monitoring the performance of machines, the condition of machines, and the diagnostics of
machine problems. IRT is an ideal technology to do this temperature monitoring because it provides complete
thermal images of a machine, or a machine component, with no physical attachments (non-intrusive), requires
little set-up, and provides the results in a very short period of time.
An important advantage of radiation thermometers over contact thermometers is their speed of response. The
measured energy travels from the target to the sensor at the speed of light. The response of the instrument
can then be in milliseconds or even microseconds. Another advantage is the sensitivity of the instruments in
that they can detect and display a thermal “picture” composed of the very subtle temperature differences of
the target.
Although extremely useful, IRT has a limitation in that radiometric sensing is susceptible to unacceptable error
when used on most low emissivity surfaces.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 18434-1:2008(E)
Condition monitoring and diagnostics of machines —
Thermography —
Part 1:
General procedures
1 Scope
This part of ISO 18434 provides an introduction to the application of infrared thermography (IRT) to machinery
condition monitoring and diagnostics, where “machinery” includes machine auxiliaries such as valves, fluid
and electrically powered machines, and machinery related heat exchanger equipment. In addition, IR
applications pertaining to machinery performance assessment are addressed.
This part of ISO 18434:
⎯ introduces the terminology of IRT as it pertains to condition monitoring and diagnostics of machines;
⎯ describes the types of IRT procedures and their merits;
⎯ provides guidance on establishing severity assessment criteria for anomalies identified by IRT;
⎯ outlines methods and requirements for carrying out IRT of machines, including safety recommendations;
⎯ provides information on data interpretation, and assessment criteria and reporting requirements;
⎯ provides procedures for determining and compensating for reflected apparent temperature, emissivity and
attenuating media.
This part of ISO 18434 also encompasses the testing procedures for determining and compensating for
reflected apparent temperature, emissivity and attenuating media when measuring the surface temperature of
a target with a quantitative IRT camera.
NOTE It is intended that future parts will address application-specific analysis guidelines.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 13372, Condition monitoring and diagnostics of machines — Vocabulary
ISO 13379, Condition monitoring and diagnostics of machines — General guidelines on data interpretation
and diagnostics techniques
ISO 13381-1, Condition monitoring and diagnostics of machines — Prognostics — Part 1: General guidelines
ISO 17359, Condition monitoring and diagnostics of machines — General guidelines
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ISO 18434-1:2008(E)
ISO 18436-7, Condition monitoring and diagnostics of machines — Requirements for qualification and
assessment of personnel — Part 7: Thermography
ASTM E1897, Standard test methods for measuring and compensating for transmittance of an attenuating
medium using infrared imaging radiometers
3 Terms and definitions
For the purposes of this document the terms and definitions given in ISO 13372 and the following apply.
3.1
apparent temperature
uncompensated reading from an infrared thermography camera containing all radiation incident on the
detector, regardless of its source
3.2
attenuating media
windows, filters, atmospheres, external optics, materials or other media that attenuate the infrared radiation
emitted from a source
3.3
black body
ideal perfect emitter and absorber of thermal radiation at all wavelengths
NOTE This is described by Planck's law.
3.4
emissivity
ε
ratio of a target surface’s radiance to that of a black body at the same temperature and over the same spectral
interval
3.5
infrared thermography camera
IRT camera
instrument that collects the infrared radiant energy from a target surface and produces an image in
monochrome (black and white) or colour, where the grey shades or colour hues are related to target surface
apparent temperature distribution
NOTE Such images are sometimes called infrared thermograms.
3.6
image processing
converting an image to digital form and further enhancing the image to prepare it for computer or visual
analysis
NOTE In the case of an infrared image or thermogram this could include temperature scaling, spot temperature
measurements, thermal profiles, image manipulation, subtraction and storage.
3.7
infrared
IR
that portion of the electromagnetic continuum extending from the red visible wavelength, 0,75 µm, to 1 000 µm
NOTE Because of instrument design considerations and the infrared transmission characteristics of the atmosphere,
most infrared measurements are made between 0,75 µm and 15 µm wavelengths.
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ISO 18434-1:2008(E)
3.8
isotherm
enhancement feature applied to an image, which marks an interval of equal apparent temperatures
3.9
infrared thermography
IRT
acquisition and analysis of thermal information from non-contact thermal imaging devices
3.10
radiation, thermal
mode of heat flow that occurs by emission and absorption of electromagnetic radiation, propagating at the
speed of light
NOTE Unlike conductive and convective heat flow, it is capable of propagating across a vacuum. A form of heat
transfer which allows IRT to work since infrared energy travels from the target to the detector by radiation.
3.11
reflectivity
ρ
ratio of the total reflected energy from a surface to total incident energy on that surface
NOTE 1 ρ = 1 − ε − τ ; for a mirror, reflectivity approaches 1,0; for a black body, ρ = 0.
NOTE 2 Technically, reflectivity is the ratio of the intensity of the reflected radiation to the total radiation; reflectance is
the ratio of the reflected flux to the incident flux. In IRT, the two terms are often used interchangeably.
3.12
reflected apparent temperature
T
refl
apparent temperature of other objects that are reflected by the target into the infrared thermography camera
3.13
repeatability
〈infrared thermography〉 capability of an instrument to repeat exactly a reading on a fixed target over a short-
or long-term interval
NOTE Repeatability is expressed in ± degrees or a percentage of full scale.
3.14
signal processing
manipulation of a temperature signal or image data for the purposes of enhancing or controlling a process
EXAMPLE 1 For infrared radiation thermometers: peak hold, valley hold, sample hold and averaging.
EXAMPLE 2 For scanners, cameras and imagers: isotherm enhancement, image averaging, alignment, image
subtraction and image filtering.
3.15
spatial measurement resolution
measurement-spot size in terms of working distance
NOTE In an infrared radiation thermometer this is expressed in milliradians or as a ratio of the target-spot size
(containing 95 % of the radiant energy, according to common usage) to the working distance. In scanners, cameras and
imagers it is most often expressed in milliradians.
3.16
target
object surface to be measured
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ISO 18434-1:2008(E)
3.17
thermogram
thermal map or image of a target where the grey tones or colour hues represent the distribution of infrared
thermal radiant energy over the surface of the target
3.18
transmissivity
transmittance
τ
proportion of infrared radiant energy impinging on an object surface, for any given spectral interval, that is
transmitted through the object
NOTE 1 τ = 1 − ε − ρ
where
τ is transmissivity;
ε is emissivity;
ρ is reflectivity.
NOTE 2 For a black body, τ = 0. Transmissivity is that fraction of incident radiation transmitted by matter.
3.19
working distance
distance from the target to the instrument, usually to the primary optic
4 Thermography techniques
There are several recognized IRT techniques in use throughout industry. Comparative thermography is the
most common technique and it is normally used to provide the best available data in lieu of ideal, or absolute,
thermal measurements. When encountering changing machinery operating conditions, the ability to perform
rough emissivity estimates, and the ability to differentiate emissivity differences on machinery equipment,
provides useful information for the condition monitoring and diagnostics of the machine under the less-than-
ideal circumstances frequently encountered in the field. The confidence level of the information obtained
depends on the IRT equipment used, the training and experience of the thermographer, and the detection
method applied.
Non-contact thermometry using infrared thermal cameras is used when it is essential to know as precisely as
possible the true temperature of a target. However, this technique is not normally used for condition
monitoring and diagnostics.
Comparative thermography is normally used as part of a condition-monitoring process when such a process is
implemented in accordance with ISO 17359. IRT can also be used as a primary or secondary technique for
diagnosis and prognosis when these processes are carried out in accordance with ISO 13379 and
ISO 13381-1 respectively.
5 Comparative thermography
5.1 Types of comparative thermography
Comparative thermography can be either quantitative or qualitative. The quantitative technique requires the
determination of a temperature value to distinguish the severity of a component’s condition. This value is
determined by comparing the target’s temperature to that of similar service equipment or baseline data. For
high emissivity surfaces both temperature, T, and temperature difference, ∆T, values are typically reliable
provided good measurement techniques are followed. T and ∆T values of low emissivity surfaces are often
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ISO 18434-1:2008(E)
unreliable due to surface and environmental variations. In addition, many applications also require assigning
values to observed thermal patterns for the purposes of analysis, trending, designating severity levels and
assigning priorities.
However, there are many applications where quantitative data are not required to monitor the condition of
machinery, or to diagnose a problem and recommend the appropriate corrective action. In these cases,
qualitative techniques may be more than adequate.
5.2 Comparative quantitative thermography
The comparative quantitative thermography method is an accepted and effective method for evaluating the
condition of a machine or component by determining approximate temperatures. It is very difficult to determine
precisely the actual temperatures of a component using IRT in the field. This is due to a certain extent to the
physics of IRT which must take into consideration the multiple parameters that enable a true absolute
temperature measurement. These IRT considerations are: emissivity, reflectivity and transmissivity. As a
result, estimates of these IRT considerations can be readily made to obtain a component’s approximate
temperature, which, in most cases, is more than sufficient to determine the severity of an adverse condition.
An example of comparative quantitative thermography would be that, if two or more machines are operating in
the same environment and under the same load conditions, and one is experiencing an elevated temperature,
this is usually an indication that a deteriorating condition may exist. However, the determination of the
temperature difference would then assist in establishing the severity of the condition. In this example, a 5 °C
differential would be considered minor, whereas a 100 °C differential may be considered to be critical. Also,
knowing the approximate value of the elevated temperature would provide an indication that the temperature
limit of a component may be approaching published values. Therefore, while qualitative measurements can
also detect deficiencies, it is the quantitative measurements that have the capability of determining severity.
Since it is not always practical to determine the exact temperature, or even emissivities, of each machine
surface, the alternative use of comparative thermography becomes more practical. Comparative
measurement, unlike qualitative measurement, identifies a thermal deficiency by comparing the temperatures
obtained using a consistent emissivity value, ε , for those surfaces of similar emissivity, i.e. across the
default
surface of a single machine or between the surfaces of similar machines. The temperature differential
between two or more identical or similar surfaces is measured numerically. Assuming that the environmental
conditions and surface properties for both components are similar, the differential temperature for the given
piece of equipment is recorded as being the amount above the normal operating temperature of the similar
equipment.
The comparative measurement technique uses quick emissivity estimates, reflected apparent temperature
and component distance measurements. The emissivity factors of the materials are obtained through
experience.
It is possible to check the emissivities of the most commonly encountered materials in a plant to assign default
values that can then be used when inspecting components with these materials.
Each plant must develop its own set of default values, as similar components in different plants may have
different environments (such as cleanliness), or the equipment may have different surface finishes, and these
varying conditions will result in different default values. Once emissivities, distances, and reflected apparent
temperatures are estimated, these values are entered into the IRT camera to indicate a temperature value for
each component. This type of measurement is effective when surveying many components. It is quick and it
provides useful information for determining the severity of a component’s condition.
5.3 Comparative qualitative thermography
Comparative qualitative measurement compares the thermal pattern or profile of one component to that of an
identical or similar component under the same or similar operating conditions. When searching for differing
thermal patterns or profiles, an anomaly is identified by the intensity variations between any two or more
similar objects, without assigning temperature values to the patterns. This technique is quick and easy to
apply, and it does not require any adjustments to the infrared instrument to compensate for atmospheric or
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ISO 18434-1:2008(E)
environmental conditions, or surface emissivities. Although the result of this type of measurement can identify
a deficiency, it does not provide a level of severity.
This IRT technique is used throughout most industries. It is very effective in identifying hot bearings or other
abnormally hot machine components, hot spots in electrical equipment, undesirable hot electrical connections,
leaking or blocked fluid heat exchange equipment and components (tubes), and fluid leaks from pressure
vessels, pipes and valves.
6 Non-contact thermometry using infrared thermography cameras
The determination of the corrected temperature of a target using IRT can be difficult because of the many
technical and environmental factors involved. As a result, absolute IRT measurements are done only if very
precise temperature values, or small temperature differentials, are critical to a process. These determinations
are normally attempted only under extremely controlled conditions. This type of measurement using IRT
cameras is not normally used for condition monitoring.
7 Baseline measurements
For both comparative and absolute techniques, it is strongly recommended that baseline measurements be
taken of critical plant equipment for diagnostic and prognostic reference. This is very important when making
later IRT surveys of machines or components and comparing them with previous thermograms of the same
machines operating under the same load and environmental conditions. This condition monitoring procedure
is useful for identifying developing problems early, thus preventing major maintenance operations or
catastrophic failures. Some examples of baseline measurements are contained in Annex C.
8 Safety
Prior to the commencement of work, minimum safety rules and guidelines shall be established in accordance
with applicable local or national standards and regulations and particularly where hazardous environments
may exist. An example of minimum safety rules and guidelines is contained in Annex B.
9 Calibration
Thermographers shall have IRT cameras calibrated to original equipment manufacturers' guidelines, or
established industry practice. Documented calibration checks should be carried out using a traceable black-
body reference in accordance with manufacturer's recommendations, client specification or any applicable
industry standard. Quick calibration checks are recommended to be performed prior to each inspection or
survey.
NOTE A quick check can be made, for example, by using the human face tear duct, boiling water or a melting ice
cube, using the correct emissivities under ideal conditions.
10 Data collection
Data collection shall be carried out in accordance with the following.
a) Infrared inspections should be performed when environmental and physical conditions such as solar,
wind, surface and atmospheric conditions and heat transfer are favourable to gathering accurate data.
b) The operating and environmental conditions under which data are acquired should be repeatable and
consistent with normal conditions.
c) The thermographer shall ensure that all emissivity and reflected apparent temperature determinations are
carried out in accordance with Annex A.
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d) The thermographer shall ensure that the target size is within the spatial measurement resolution of the
camera.
e) The thermographer shall have sufficient knowledge of the design, manufacturing, installation, operation
and maintenance principles of the machine, the typical faults associated with each principle and their
resultant thermal anomalies in order to accurately interpret the observed patterns of radiation.
f) The thermographer shall use IRT and/or measurement equipment with capabilities sufficient to meet the
inspection requirements.
g) Whenever possible, after repair, or when requested by the end user, each anomaly should be
re-inspected to ensure that its operating temperature is normal and the potential problem corrected.
11 Customer responsibilities
The customer of the IRT service should:
a) provide or help develop an inventory of the equipment to be inspected in a logical and efficient route
through the facility;
b) provide a qualified assistant(s) who is/are knowledgeable of the operation and history of the equipment to
be inspected when required; this person(s) should accompany the infrared thermographer during the
inspection and shall be qualified and authorized to:
1) gain access to the equipment to be inspected and should notify operations personnel of the
inspection activities;
2) open and/or remove all necessary covers immediately before inspection by the infrared
thermographer;
3) close and/or replace these cabinet and enclosure covers immediately after inspection by the infrared
thermographer;
4)
...
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18434-1
First edition
2008-03-01
Condition monitoring and diagnostics of
machines — Thermography —
Part 1:
General procedures
Surveillance et diagnostic de l'état des machines — Thermographie —
Partie 1: Procédures générales
Reference number
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NORME ISO
INTERNATIONALE 18434-1
Première édition
2008-03-01
Surveillance et diagnostic de l'état des
machines — Thermographie —
Partie 1:
Procédures générales
Condition monitoring and diagnostics of machines — Thermography —
Part 1: General procedures
Numéro de référence
ISO 18434-1:2008(F)
©
ISO 2008
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ii © ISO 2008 – Tous droits réservés
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ISO 18434-1:2008(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application.1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions.2
4 Méthodes de thermographie.5
5 Thermographie comparative .5
5.1 Types de thermographie comparative.5
5.2 Thermographie comparative quantitative .5
5.3 Thermographie comparative qualitative .6
6 Thermométrie sans contact utilisant des caméras de thermographie infrarouge .6
7 Mesurages de référence.7
8 Sécurité.7
9 Étalonnage.7
10 Collecte des données.7
11 Responsabilités du client .8
12 Mesurages sur le terrain de la température réfléchie et de l'émissivité, et milieux
atténuateurs .8
13 Critères d'évaluation des niveaux de température .9
13.1 Établissement des critères d'évaluation des niveaux de température .9
13.2 Critères relatifs à la différence de température .9
13.3 Critères relatifs à la température maximale admissible .10
14 Critères d'évaluation des profils .10
15 Diagnostic et pronostic.10
15.1 Intervalles d'inspection .10
15.2 Interprétation des images .11
15.3 Procédé d'identification des défaillances .11
16 Rapport d'essai .11
17 Qualification du personnel .12
Annexe A (normative) Mesurages sur le terrain de la température apparente réfléchie
et de l'émissivité .13
Annexe B (informative) Exemple de règles et de recommandations de sécurité.18
Annexe C (informative) Exemples de cas concrets .19
Bibliographie .25
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ISO 18434-1:2008(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 18434-1 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques, et leur
surveillance, sous-comité SC 5, Surveillance et diagnostic des machines.
L'ISO 18434 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Surveillance et diagnostic de
l'état des machines — Thermographie:
⎯ Partie 1: Procédures générales
Les diagnostics et l’interprétation des images feront l’objet d’une future Partie 2.
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ISO 18434-1:2008(F)
Introduction
La présente partie de l’ISO 18434 fournit des recommandations sur l'utilisation de la thermographie infrarouge
(TIR) comme partie intégrante d'un programme de surveillance et de diagnostic de l’état des machines. La
TIR peut être utilisée pour identifier et documenter les anomalies constatées en vue de surveiller l’état des
machines. Ces anomalies ont habituellement pour origine des mécanismes tels que l’exploitation, une
lubrification inappropriée, un défaut d'alignement, l’usure des composants ou des excès de chargement
mécanique.
La TIR consiste à mesurer la répartition de l'énergie thermique rayonnée (chaleur), émise par la surface d'une
cible donnée, et à la convertir en une carte des différences d'intensité des rayonnements ou en
thermogramme (carte des températures de surface). Le thermographiste doit par conséquent comprendre ce
que signifient la chaleur, la température et les différents types de transfert de chaleur en préalable essentiel à
l’exécution d’un programme TIR. L'énergie thermique est inhérente au fonctionnement de toutes les
machines. Elle peut se présenter sous la forme de pertes par frottement ou de pertes d'énergie, en tant que
propriété du matériau transformé, être produite par le procédé proprement dit ou résulter de toute
combinaison de ce qui précède. La température peut, de ce fait, constituer un paramètre clé permettant de
surveiller le fonctionnement et l'état des machines, et de participer au diagnostic des problèmes constatés sur
les machines. La TIR représente une technique idéale pour le contrôle de la température, dans la mesure où
elle fournit des images thermiques complètes d'une machine ou d'un élément de machine, ne nécessite
aucun accessoire physique (procédé non intrusif), requiert une mise en œuvre minimale et donne des
résultats très rapidement.
La vitesse de réaction des thermomètres à rayonnement par rapport aux thermomètres à contact constitue un
avantage non négligeable. L'énergie mesurée circule entre la cible et le capteur à la vitesse de la lumière. La
réponse de l'instrument peut ainsi être exprimée en millisecondes, voire en microsecondes. Un autre
avantage de cette technique est la sensibilité avec laquelle les instruments peuvent détecter et afficher une
«image» thermique induite par des différences de température très minimes sur la cible.
Bien qu’extrêmement utile, la TIR atteint une certaine limite lorsque les surfaces visées ont une faible
émissivité, la difficulté des mesures radiométriques étant alors susceptible d'entraîner des erreurs
inacceptables.
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NORME INTERNATIONALE ISO 18434-1:2008(F)
Surveillance et diagnostic de l'état des machines —
Thermographie —
Partie 1:
Procédures générales
1 Domaine d'application
La présente partie de l’ISO 18434 fournit une introduction à l'application de la thermographie infrarouge (TIR)
à la surveillance et au diagnostic de l’état des machines, y compris de leurs accessoires auxiliaires tels que
soupapes, composants hydrauliques et électriques, et échangeurs thermiques associés. Elle aborde en outre
les applications de l’infrarouge relatives aux performances des machines.
La présente partie de l’ISO 18434:
⎯ présente la terminologie de la TIR, dans la mesure où elle relève de la surveillance et du diagnostic de
l’état des machines;
⎯ décrit les types de procédures de TIR et leurs avantages;
⎯ fournit des recommandations quant à l'établissement de critères d'évaluation de la gravité des anomalies
identifiées par la TIR;
⎯ décrit dans les grandes lignes les méthodes et les exigences relatives à l'application de la thermographie
des machines, y compris les recommandations de sécurité;
⎯ fournit des informations concernant l'interprétation des données, les critères d'évaluation et les exigences
relatives aux rapports d'essai;
⎯ fournit des procédures permettant de déterminer et de compenser la température apparente réfléchie,
l'émissivité et l’atténuation de certains milieux.
La présente partie de l’ISO 18434 englobe également les modes opératoires d'essai permettant de déterminer
et de compenser la température apparente réfléchie, l'émissivité et les milieux atténuateurs lors du mesurage
de la température de surface d'une cible au moyen d'une caméra TIR quantitative.
NOTE Il est prévu que d’autres parties de la présente Norme internationale traitent, dans le futur, des
recommandations d'analyse propres aux applications.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 13372, Surveillance et diagnostic des machines — Vocabulaire
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ISO 18434-1:2008(F)
ISO 13379, Surveillance et diagnostic d'état des machines — Lignes directrices générales sur l'interprétation
des données et les techniques de diagnostic
ISO 13381-1, Surveillance et diagnostic des machines — Pronostic — Partie 1: Lignes directrices générales
ISO 17359, Surveillance et diagnostic d'état des machines — Lignes directrices générales
ISO 18436-7, Surveillance et diagnostic d'état des machines — Exigences relatives à la qualification et à
l’évaluation du personnel — Partie 7: Thermographie
ASTM E1897, Standard test methods for measuring and compensating for transmittance of an attenuating
medium using infrared imaging radiometers
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 13372 ainsi que les
suivants s'appliquent.
3.1
température apparente
relevé non compensé d'une caméra de thermographie infrarouge contenant tous les rayonnements incidents
sur le détecteur, indépendamment de leur source
3.2
milieu atténuateur
hublots, filtres, atmosphères, optiques externes, matériaux ou autres supports qui atténuent le rayonnement
infrarouge émis par une source
3.3
corps noir
corps parfait théorique qui émet et absorbe intégralement les rayonnements thermiques à toutes les
longueurs d'onde
NOTE Le corps noir est décrit par la loi de Planck.
3.4
émissivité
ε
rapport de la luminance énergétique (radiance) d’une surface cible à la luminance énergétique (radiance) d’un
corps noir à la même température et sur le même intervalle spectral
3.5
caméra de thermographie infrarouge
caméra TIR
appareil qui recueille l’énergie rayonnante infrarouge d’une surface cible et produit une image monochrome
(en noir et blanc) ou en couleurs, les nuances de gris ou les palettes colorées dépendant de la distribution des
températures apparentes sur la surface considérée
NOTE Ces images sont parfois appelées thermogrammes infrarouges.
3.6
traitement de l'image
conversion d'une image en une forme numérique et amélioration de cette dernière en vue de sa préparation
pour une analyse informatique ou visuelle
NOTE Dans le cas d'une image infrarouge ou d'un thermogramme, cette opération peut éventuellement inclure une
mise à l'échelle de la température, des mesures ponctuelles de la température, des profils thermiques, ainsi que la
manipulation, la soustraction et la sauvegarde de l'image.
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3.7
infrarouge
IR
domaine du spectre continu électromagnétique qui s'étend au-delà de la longueur d'onde de la lumière rouge
visible, soit de 0,75 µm jusqu’à 1 000 µm
NOTE La plupart des mesures en infrarouge se font toutefois à des longueurs d'onde comprises entre 0,75 µm et
15 µm en raison de la conception des instruments et des caractéristiques de transmission infrarouge de l'atmosphère.
3.8
isotherme
caractéristique de rehaussement de contraste appliquée à une image, qui marque un intervalle de
températures apparentes égales
3.9
thermographie infrarouge
TIR
méthode d’acquisition et d’analyse des informations thermiques provenant de dispositifs d'imagerie thermique
sans contact
3.10
rayonnement thermique
mode de transfert d’énergie résultant de l’émission et de l’absorption du rayonnement électromagnétique
thermique, qui se propage à la vitesse de la lumière
NOTE Contrairement aux transferts par conduction et par convection, le transfert thermique par rayonnement peut se
faire dans le vide. Ce type de transfert de chaleur est à la base de la TIR, dans la mesure où l'énergie infrarouge circule
entre la cible et le détecteur par rayonnement.
3.11
réflectivité
ρ
rapport entre le flux total d’énergie réfléchi par une surface et le flux total incident reçu par cette même
surface
NOTE 1 ρ = 1 − ε − τ ; pour un miroir, cette valeur est proche de 1,0; pour un corps noir, ρ = 0.
NOTE 2 Techniquement parlant, la réflectivité est le rapport de l'intensité du rayonnement réfléchi au rayonnement
total, tandis que le facteur de réflexion est le rapport du flux réfléchi au flux incident. En TIR, les deux termes sont souvent
utilisés indifféremment.
3.12
température apparente réfléchie
T
refl
température apparente d'autres objets réfléchis par la cible sur la caméra de thermographie infrarouge
3.13
répétabilité
〈thermographie infrarouge〉 capacité d'un instrument à répéter avec exactitude un relevé effectué sur une cible
fixe sur un intervalle de courte ou de longue durée
NOTE La répétabilité est exprimée en degrés avec une tolérance en plus et en moins ou sous forme de pourcentage
de l’échelle.
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ISO 18434-1:2008(F)
3.14
traitement du signal
manipulation d'un signal de température ou de données d'image permettant d'améliorer ou de contrôler un
procédé
EXEMPLE 1 Pour les thermomètres à rayonnement infrarouge: maintien de la valeur de crête, maintien de la valeur
de creux, maintien de la valeur échantillonnée et moyennage.
EXEMPLE 2 Pour les analyseurs-lignes, les caméras et les imageurs: augmentation de contraste par l'isotherme,
moyennage d’image, alignement, ainsi que soustraction et filtrage d’image.
3.15
résolution spatiale de mesure
dimension du point de mesure, ramenée à la distance de travail
NOTE Dans le cas d'un thermomètre à rayonnement infrarouge, la résolution est exprimée en milliradians ou sous
forme de rapport entre la dimension du point cible (contenant 95 % de l’énergie rayonnante, selon l'usage courant) et la
distance de travail. Dans le cas des analyseurs-lignes, des caméras et des imageurs, la résolution est le plus souvent
exprimée en milliradians.
3.16
cible
surface de l'objet à mesurer
3.17
thermogramme
carte ou image thermique d’une cible où les teintes de gris ou les palettes colorées représentent la répartition
de l'énergie infrarouge rayonnée depuis la surface de la cible
3.18
transmittivité
facteur de transmission
τ
proportion d’énergie rayonnante infrarouge reçue par la surface d’un objet dans un intervalle spectral donné et
transmise par cet objet
NOTE 1 τ = 1 − ε − ρ
où
τ est la transmittivité;
ε est l'émissivité;
ρ est la réflectivité.
NOTE 2 Pour un corps noir, τ = 0. La transmittivité est la quantité fractionnée d'un rayonnement incident transmis par
le matériau.
3.19
distance de travail
distance entre la cible et l'instrument, généralement par rapport à l'optique primaire
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4 Méthodes de thermographie
L’industrie utilise plusieurs méthodes de TIR reconnues. La thermographie comparative constitue la plus
courante et est généralement utilisée pour fournir les meilleures données disponibles, en lieu et place de
mesures thermiques idéales ou absolues. Lorsque les conditions de fonctionnement des machines varient, la
capacité à procéder à des estimations de l'émissivité et la capacité à distinguer les différences d'émissivité
entre machines fournissent des informations de terrain utiles pour la surveillance et le diagnostic d’état, même
si ce ne sont souvent pas les circonstances les plus favorables. Le niveau de confiance dans les informations
obtenues dépend du matériel de thermographie infrarouge utilisé, de la formation et de l'expérience du
thermographiste, et de la méthode de détection appliquée.
La thermométrie sans contact, avec caméras de thermographie infrarouge, est employée lorsqu'il se révèle
essentiel de connaître la température réelle d'une cible aussi précisément que possible. Toutefois, cette
méthode n'est généralement pas utilisée pour la surveillance et le diagnostic d’état.
La thermographie comparative est généralement utilisée comme partie intégrante d'un procédé de
surveillance d’état, lorsque ce type de procédé est mis en œuvre conformément à l'ISO 17359. La TIR peut
également être utilisée comme méthode primaire ou secondaire de diagnostic et de pronostic lorsque ces
procédés sont exécutés conformément à l'ISO 13379 et à l'ISO 13381-1, respectivement.
5 Thermographie comparative
5.1 Types de thermographie comparative
La thermographie comparative peut être soit quantitative, soit qualitative. La méthode quantitative implique
l’extraction d’une valeur de température permettant de qualifier la gravité de l'état d'un composant. Cette
valeur est déterminée en comparant la température de la cible à celle d'un équipement similaire fonctionnant
sous charge équivalente, ou à des données de référence. Pour les surfaces à forte émissivité, la température,
T, et les écarts de température, ∆T, sont habituellement fiables, à condition d'appliquer des méthodes de
mesure appropriées. A contrario, les valeurs de T et de ∆T des surfaces à faible émissivité ne sont bien
souvent pas fiables en raison des variations des caractéristiques des surfaces et de l’environnement. De plus,
de nombreuses applications requièrent également d’assigner des valeurs aux motifs thermiques observés
pour des besoins d'analyse, d'évaluation de tendance, de désignation de niveaux de gravité et d'attribution de
priorités.
Il existe toutefois de nombreuses applications ne requérant aucune donnée quantitative pour surveiller l’état
des machines ou pour diagnostiquer un problème et recommander l'action corrective appropriée. Dans ces
cas, les méthodes qualitatives peuvent se révéler parfaitement adaptées.
5.2 Thermographie comparative quantitative
La méthode thermographique comparative quantitative est d’un usage admis et efficace pour évaluer l'état
d'une machine ou d'un composant, sans pour autant déterminer les températures au plus juste. Sur le terrain,
il est très difficile de déterminer avec exactitude les températures réelles d'un composant au moyen d’une
méthode de TIR. Cela est dû, dans une certaine mesure, à la physique même de la TIR qui impose la
connaissance parfaite de multiples paramètres pour effectuer un mesurage de la température absolue réelle.
Ces paramètres sont les suivants: émissivité, réflectivité et transmittivité. La plupart du temps, une première
évaluation de ces paramètres sur le terrain permet d'obtenir la température d'un composant avec ordre de
grandeur suffisant pour déterminer la gravité d'une situation défavorable.
Un exemple de thermographie comparative quantitative est le suivant: si deux machines, ou plus, fonctionnent
dans le même environnement et dans les mêmes conditions de charge, et que l'une présente une
température élevée, cela est habituellement synonyme d’une détérioration potentielle. La détermination de la
différence de température permet alors d'évaluer la gravité de ce dysfonctionnement. Dans l’exemple
considéré, une différence de température de 5 °C est considérée comme mineure, tandis qu'une différence de
température de 100 °C est, elle, critique. Le fait de connaître la valeur de la température, même approchée,
permet également de savoir si le composant est, ou non, au voisinage des limites publiées. Par conséquent,
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même si les mesures qualitatives permettent aussi de déceler les anomalies, seules les mesures quantitatives
donnent la possibilité d’en déterminer la gravité.
Puisqu’il n’est pas toujours possible de déterminer la température exacte, voire l’émissivité de la surface de
chaque machine, l'utilisation de la thermographie comparative en devient une alternative plus pratique. La
mesure comparative, contrairement à la mesure qualitative, permet l’identification d’une anomalie thermique à
partir de températures obtenues en supposant une valeur d'émissivité cohérente, ε , pour les surfaces
default
similaires. C'est-à-dire en considérant la surface d'une seule machine ou en moyennage sur des surfaces de
machines d’émissivités similaires. La différence de température entre deux surfaces, ou plus, identiques ou
similaires, est calculée numériquement. En supposant que les conditions d’environnement et les propriétés
des surfaces des deux composants sont similaires, la différence de température pour l'organe donné est
consignée comme correspondant à l’excédent par rapport à la température normale de service.
La méthode de mesure comparative suppose une estimation rapide de l'émissivité, de la température
apparente réfléchie et de la distance entre éléments. L'émissivité des matériaux employés tient compte de
l'expérience.
Il est possible de contrôler l’émissivité des matériaux les plus couramment utilisés dans une installation, de
manière à attribuer des valeurs par défaut pouvant être alors utilisées lors des inspections.
Chaque site doit définir sa propre liste de valeurs par défaut dans la mesure où des composants similaires,
mais sur des installations différentes, peuvent avoir des environnements différents (tels que la propreté) et où
les équipements peuvent également présenter des états de surface différents. Ces conditions variables
entraînent des valeurs d’émissivité différentes. Une fois estimées les émissivités, les distances et les
températures apparentes réfléchies, ces valeurs sont alors entrées dans la caméra TIR, laquelle donne en
retour une valeur de température pour chaque composant. Ce type de mesure se révèle efficace lors de
l'inspection de nombreux composants. La méthode est rapide et fournit des informations utiles pour la
détermination de la gravité de l'état d'un composant.
5.3 Thermographie comparative qualitative
La méthode comparative qualitative consiste à comparer le motif ou le profil thermique d'un composant à celui
d'un composant identique ou similaire, travaillant dans des conditions de fonctionnement identiques ou
similaires. La découverte de variations d’intensité entre les motifs ou profils thermiques de deux objets
similaires ou plus conduit à identifier les anomalies possibles, mais sans leur attribuer de valeurs de
température. Cette méthode, rapide et facile à mettre en œuvre, ne demande aucun réglage de l'instrument
infrarouge pour compenser les conditions atmosphériques ou d’environnement, et les émissivités. Bien que le
résultat de ce type de mesurage permette l’identification d’une anomalie, aucun niveau de gravité ne peut en
être déduit.
La plupart des industries utilisent cette méthode de thermographie infrarouge. Elle se révèle très efficace pour
la localisation en routine des surchauffes de paliers ou d’autres composants mécaniques, des points chauds
sur les connexions électriques, des fuites et colmatages sur des échangeurs de chaleur et leurs éléments
(tubes), ainsi que des fuites de fluide sur des cuves, tuyaux et soupapes sous pression.
6 Thermométrie sans contact utilisant des caméras de thermographie infrarouge
La détermination de la température corrigée d'une cible à l'aide de la TIR peut se révéler difficile en raison des
nombreux facteurs techniques et d’environnement impliqués. Des mesurages TIR absolus ne sont ainsi
effectués que si la connaissance très précise des valeurs de température, ou de faibles différences de
température, est critique pour un procédé. Ces déterminations sont généralement effectuées uniquement
dans des conditions de maîtrise parfaite. Ce type de mesurages à l'aide de caméras TIR ne sont, en règle
générale, pas utilisés pour la surveillance d’état des machines.
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7 Mesurages de référence
Il est vivement recommandé, tant pour les méthodes comparatives que pour la méthode abs
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 18434-1
Première édition
2008-03-01
Surveillance et diagnostic de l'état des
machines — Thermographie —
Partie 1:
Procédures générales
Condition monitoring and diagnostics of machines — Thermography —
Part 1: General procedures
Numéro de référence
ISO 18434-1:2008(F)
©
ISO 2008
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