L'étalonnage, le calibrage et l'ajustage ont tous un rapport avec la précision et le mesurage. Or, la manière de procéder et donc la précision pouvant être atteinte sont très différentes.
Il est essentiel de comprendre l'exactitude et la précision d'une mesure dans le domaine de la métrologie, car elles jouent un rôle clé dans la qualité des résultats obtenus. L’étalonnage est l’action de comparer une mesure et son incertitude avec un étalon et son incertitude. Un étalon est utilisé comme référence.
La métrologie est la science des mesurages et ses applications. Comme dans tous les domaines, certains documents sont des incontournables pour établir des bases communes. C’est le cas du Vocabulaire international de métrologie - Concepts fondamentaux et généraux et termes associés (VIM). Établi par un consortium de plusieurs organisations internationales, il se veut un ouvrage de référence. Les définitions formelles présentées ici sont des citations directes et elles ne sont pas aisées à comprendre pour qui n’est pas métrologue.
Mesure matérialisée, appareil de mesure, matériau de référence ou système de mesure destiné à définir, réaliser, conserver ou reproduire une unité ou une ou plusieurs valeurs d'une grandeur pour servir de référence.
Exemples:
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Il existe un seul étalon officiel de référence mais il existe plusieurs niveaux d'étalon afin de rendre possible pratiquement l'étalonnage des appareils. L'étalon présentant les plus hautes qualités métrologiques et dont la valeur est établie sans se référer à d'autres étalons est appelé étalon primaire. Un étalon dont la valeur est établie par comparaison à un étalon primaire est appelé étalon secondaire.
L’exactitude fait référence à la proximité des mesures par rapport à la valeur réelle ou à la valeur de référence. Vous pouvez évaluer l’exactitude en considérant votre incertitude ; un faible niveau d’incertitude indique une grande exactitude. Pour illustrer, imaginez par exemple une cible : si vos tirs touchent près du centre, vos mesures sont exactes.
La précision, en revanche, indique la cohérence des résultats de mesure entre eux. Des mesures précises peuvent ne pas être exactes mais seront toujours regroupées. Ce concept peut aussi être illustré à l’aide d’une cible : si vos tirs se regroupent étroitement, même en dehors du centre, ils sont considérés comme précis. Dans vos mesures, visez à minimiser la variation pour obtenir une haute précision.
En métrologie, bien que l’exactitude et la précision soient des termes distincts, vous devez les considérer conjointement pour garantir la fiabilité de vos mesures.
L'étalonnage consiste à comparer un produit à un étalon de référence national, tel que le «kilogramme étalon». À l'origine, un cylindre en platine iridié était gardé dans un coffre-fort à Paris et ce, jusqu'en 2019. Depuis, le kilogramme, ainsi que le mètre, est défini par une constante naturelle. En effet, la valeur exacte du kilogramme est désormais formulée à partir de la constante de Planck, qui relie l'énergie d'une onde lumineuse à sa fréquence et qui a toujours la même valeur.
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L'étalonnage est la vérification imposée par la législation d'un équipement d'essai en vue de maintenir les valeurs de mesure prescrites, conformément à la loi sur les mesures et l'étalonnage. Les organismes publiques, en l'occurrence les bureaux des poids et mesures, sont les seuls à être autorisés à effectuer des étalonnages. De plus, seuls les appareils de mesure dont le modèle a été «admis à la vérification» lors d'une procédure de certification peuvent être étalonnés.
De manière générale, la loi sur l'étalonnage à été adoptée pour protéger les consommateurs. Ainsi, tous les appareils de mesure dont les résultats sont convertis en une valeur monétaire vis-à-vis du client sont soumis à une obligation de vérification.
L’étalonnage consiste à relever les écarts entre les valeurs affichées par l’appareil à étalonner avec les valeurs réelles données par un étalon. Il s’agit d’une comparaison documentée entre un instrument de mesure à étalonner et un instrument de référence traçable. L’instrument de référence présente une précision plus élevée (ou une moindre incertitude de mesure) que l’instrument à étalonner. L’instrument de référence doit lui-même être étalonné de manière traçable.
Ce qui signifie qu’il doit lui-même avoir été étalonné en utilisant un étalon de plus haut niveau. Ainsi, la traçabilité implique une chaîne continue d’étalonnages, de telle façon que l’étalonnage de plus haut niveau ait été réalisé dans un laboratoire national d’étalonnage ou un organisme équivalent.
L'étalonnage des instruments de mesure consiste à comparer les résultats de l'instrument à mesurer avec une source de référence connue et stable. Par exemple, pour étalonner un thermomètre, on peut utiliser un thermomètre de référence dont la précision est connue (selon les normes Cofrac). On mesure ensuite la température avec le thermomètre à étalonner et on compare la valeur obtenue avec la valeur de référence connue. L'étalonnage est donc une procédure essentielle pour s'assurer que les instruments de mesure sont fiables et donnent des résultats précis.
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L’étalonnage d’un appareil de mesure consiste en une série de procédures et tests qui permettent de vérifier et d’ajuster la précision de cet équipement. Vous devez comparer les indications de valeurs fournies d’un instrument à celles produites par un étalon de référence.
Il existe plusieurs étapes clés dans le processus d'étalonnage:
Un capteur de température, une sonde à résistance de platine, une thermistance ou un thermocouple sont généralement étalonnés en les plaçant dans un environnement de température stable (four ou bain d’étalonnage) et en comparant les valeurs mesurées à celles d’un « thermomètre de référence ».
L'étalonnage des transducteurs de pression s’effectue en général à l’aide d’un générateur de pression, d'un transducteur de pression de référence et d'un logiciel d'étalonnage. Le générateur de pression fournit la pression nécessaire à l'étalonnage. Le transducteur de pression de référence, dont les caractéristiques de mesure sont connues avec précision, est utilisé comme point de comparaison pour étalonner le transducteur de pression testé. Le logiciel d'étalonnage traite les données délivrées lors du processus d'étalonnage et fournit un rapport d’étalonnage.
Selon la grandeur mesurée (tension, courant, masse, pression, température...), l’étalon de référence n’est pas toujours un instrument. Pour la mesure du poids, cela peut être une masse de référence. Pour étalonner le capteur à base de jauge de contraintes, on utilise un jeu de masses étalons dont les valeurs et les incertitudes sont parfaitement connues. Il existe plusieurs classes d'étalons de masse qui diffèrent par la largeur de leur intervalle de confiance. L’étalonnage d’un pied à coulisse est par exemple réalisé à l’aide de cales étalon raccordées.
Un certificat d’étalonnage est un document ou rapport qui atteste de la précision et de la conformité d’un appareil de mesure à l’issue du résultat de mesure de son étalonnage.
Le calibrage consiste à faire comparer l'affichage d'un appareil de mesure avec un appareil de référence ou bien un étalon ou un référentiel par un laboratoire d'étalonnage. En d'autres termes, lors d'un calibrage, un laboratoire d'étalonnage effectue une comparaison entre la valeur théorique et la valeur réelle. Le résultat du calibrage est documenté sur le certificat de calibrage, qui contient en outre des informations sur l'objet calibré ou l'appareil testé, le (les) référentiel(s), l'appareillage de vérification, le déroulement de la vérification et les conditions ambiantes pendant le calibrage.
La norme de management de la qualité DIN EN ISO 9001 prescrit le management des instruments de mesure et leur vérification régulière. Néanmoins, pour des raisons financières, un calibrage ISO est souvent effectué sur des appareils de mesure dont l'effet sur le produit final est faible ou moyen.
La calibration des instruments de mesure est un processus similaire à l'étalonnage, mais elle est utilisée pour ajuster l'instrument de mesure afin qu'il produise des résultats plus précis. La calibration peut être utilisée pour corriger des défauts d'instrumentation qui peuvent affecter les résultats de mesure, tels que des erreurs systématiques ou des dérives de l'instrumentation au fil du temps. L'étalonnage est effectué pour s'assurer que l'instrument de mesure est juste et qu'il donne des résultats précis.
Contrairement à l'étalonnage ou le calibrage, l'ajustage constitue toujours une intervention durable sur l'appareil de mesure par le laboratoire d'étalonnage. L'ajustage consiste à déterminer la valeur exacte à l'aide d'un appareil de mesure avec un référentiel connu. L'appareil de mesure enregistre la valeur d'ajustage et la prend en compte lors de la prochaine mesure.
En fonction de l'appareil de mesure, un ou plusieurs points de mesure peuvent être ajustés par le laboratoire. L'ajustage s'effectue en partie avec un potentiomètre et aussi en partie via un menu ou un logiciel pour PC. Étant donné que l'ajustage constitue une intervention durable sur l'appareil de mesure, celui-ci doit être à nouveau calibré après l'ajustage («as left»), si un ajustage est nécessaire suite au premier calibrage («as found»). Ce service de calibrage est le seul moyen d'assurer la traçabilité complète de tous les résultats de mesure et de détecter les erreurs de mesurage lors des calibrages.
Quotient de l'accroissement de la réponse d'un instrument de mesure par l'accroissement correspondant du signal d'entrée.
Dans le cas d'une relation linéaire, la sensibilité est constante. Dans le cas d'une relation non-linéaire, la sensibilité dépend de la valeur mesurée.
Par exemple, une sensibilité de 50 µV /°c pour un thermocouple (instrument électronique de mesure de la température) signifie que la variation d'un degré Celsius du phénomène mesuré entraîne une variation de 50 micro-volts à la sortie de l'instrument de mesure. La sensibilité est étroitement liée à la résolution de l'instrument. Plus la sensibilité est grande, meilleure est la résolution.
L’entretien régulier de vos appareils de mesure est indispensable pour assurer leur bon fonctionnement. La maintenance comprend la vérification de l’intégrité physique, le nettoyage, la recalibration périodique, et la réparation si nécessaire.
La métrologie, l’étude des mesures, est fondamentale pour garantir une cohérence à travers divers domaines tels que la fabrication, les laboratoires et la recherche. Votre capacité à réussir dans ces domaines repose sur des mesures fiables et répétables, ce qui souligne le rôle vital de la métrologie.
Les étalons sont au cœur de la métrologie et assurent la traçabilité des mesures en fournissant des références de valeurs incontestables. Ils sont reconnus et maintenus par des entités telles que le BIPM pour garantir l’uniformité et la précision à l’échelle mondiale.
Il existe plusieurs types d’étalons conçus pour différents usages en métrologie:
Pour assurer la traçabilité, les étalons doivent être calibrés et vérifiés périodiquement selon les normes définies par le BIPM (Bureau international des poids et mesures) ou des organismes similaires.
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