Étalonnage de la température

L’étalonnage de la température est un processus important dans de nombreuses industries qui garantit la précision et la fiabilité des appareils de mesure de la température. La température est surveillée dans diverses applications, qu’il s’agisse de la fabrication, de la médecine, de la recherche ou de la production d’énergie. Des mesures inexactes peuvent entraîner des erreurs de production, des risques pour la sécurité et une augmentation des coûts. L’étalonnage de la température garantit que les appareils de mesure de température fournissent des valeurs correctes en les comparant à un appareil de référence certifié. Ce processus permet le respect des normes de qualité et des exigences légales.

L’étalonnage de la température ne signifie pas seulement vérifier un appareil de mesure, mais inclut également la validation et la documentation pour garantir que les mesures sont traçables et reproductibles.

Qu’est-ce que l’étalonnage de la température ?

L’étalonnage de la température est le processus de vérification d’un appareil de mesure de la température pour garantir qu’il fournit des lectures précises et fiables. Il est comparé à un appareil de référence dont la température est connue avec précision pour détecter les écarts. Cela garantit la précision de l’appareil de mesure.

Importance et application dans l’industrie

Une mesure précise de la température est importante dans de nombreuses industries, telles que les industries pharmaceutique, alimentaire, chimique et automobile. Les processus de production, les conditions de stockage et les contrôles de qualité dépendent souvent fortement de données de température précises. Des mesures inexactes peuvent avoir un impact significatif sur la qualité, la sécurité et l’efficacité des produits. Des étalonnages réguliers sont donc importants pour minimiser les sources d’erreur et garantir le respect des réglementations légales et des normes internationales, telles que DIN EN ISO/IEC 17025.

Aperçu des différentes méthodes d’étalonnage

Il existe différentes méthodes d’étalonnage de la température qui varient en fonction de l’application et des exigences. Les méthodes les plus courantes incluent la méthode de comparaison, dans laquelle un thermomètre à étalonner est comparé à un thermomètre de référence précis. L’étalonnage en point fixe, dans lequel des points de température définis sont utilisés, tels que les points de solidification des métaux ou le point triple de l’eau, est la deuxième méthode d’étalonnage de la température.

Objectifs de l’étalonnage de la température

L’étalonnage de la température a plusieurs objectifs importants :

• Précision : garantir que les appareils de mesure fournissent des valeurs précises et cohérentes.
• Sécurité : Prévenir les erreurs critiques pour la sécurité qui pourraient résulter de mesures inexactes, en particulier dans le domaine médical et industriel.
• Efficacité : améliorer l’efficacité des processus de production, car des appareils de mesure défectueux peuvent entraîner des échecs de production ou des défauts de qualité.

Les étalonnages garantissent également que les mesures sont traçables, ce qui signifie qu’elles peuvent être retracées aux normes et standards internationaux.

Bases de la mesure de la température

Différentes méthodes de mesure de la température

Il existe plusieurs méthodes de mesure de la température, qui varient en fonction de l’application et des exigences de précision. Les plus courants sont :

• Thermomètres à résistance (RTD) : exploitent l’augmentation de la résistance de matériaux tels que le platine (par exemple PT100) avec l’augmentation de la température.
• Thermocouples : Assemblez deux métaux différents pour produire une tension proportionnelle à la température.

Principes physiques de la mesure de la température

La plupart des appareils de mesure de la température utilisent des propriétés physiques qui changent avec la température, telles que la résistance électrique (RTD), la tension thermique (thermocouples) ou le rayonnement (infrarouge). Ces changements sont enregistrés et convertis en valeurs de température.

Incertitudes de mesure et facteurs d’influence

Les incertitudes de mesure sont des écarts inévitables et quantifiables dans les résultats de mesure. Ils résultent de divers facteurs tels que la précision de l’appareil de mesure, des interférences externes ou des conditions environnementales. L’incertitude décrit la plage dans laquelle se situe avec une certaine probabilité la valeur réelle de la variable mesurée.

L’étalonnage de la température tente de minimiser ces incertitudes et de les rendre compréhensibles. En Allemagne, des procédures standardisées sont utilisées, qui sont définies par l’ organisme d’accréditation allemand (DAkkS) et le DKD (service allemand d’étalonnage) dans le cadre du guide pour l’expression de l’incertitude de mesure (GUM) .

Le GUM est un document internationalement reconnu qui fournit la base méthodologique pour déterminer les incertitudes de mesure. Il prend en compte à la fois les erreurs systématiques et aléatoires. Il contient des modèles mathématiques pour calculer les incertitudes et les rendre transparentes. L’approche GUM documente l’incertitude des mesures. Cela signifie que les résultats d’étalonnage sont traçables et comparables.

DAkkS veille à ce que les laboratoires d’étalonnage en Allemagne respectent les normes et procédures décrites dans le GUM et accrédite ces laboratoires conformément à la norme DIN EN ISO/IEC 17025.

Méthodes d’étalonnage de la température

Il existe différentes méthodes d’ étalonnage des thermomètres : la méthode de comparaison utilise un thermomètre de référence pour détecter les écarts, tandis que l’étalonnage à point fixe utilise des points fixes de température précis selon l’ITS-90 pour garantir la plus grande précision.

Étalonnage de la température selon la méthode de comparaison

La méthode de comparaison est l’une des techniques d’étalonnage les plus couramment utilisées et se caractérise par sa flexibilité et sa facilité de mise en œuvre. Le thermomètre à calibrer est comparé à un thermomètre de référence déjà calibré.

Les deux appareils sont placés dans un environnement stable, tel qu’un bain d’étalonnage ou un calibrateur à puits sec. La différence entre les lectures indique l’écart du thermomètre en cours d’étalonnage. Cette méthode est souvent utilisée dans les applications industrielles car elle couvre une large plage de températures et convient à une variété d’appareils de mesure de température.

Étalonnage de température aux points fixes de température de l’ITS-90

L’étalonnage en point fixe offre la plus haute précision en matière d’étalonnage de la température et est basé sur l’ échelle internationale de température de 1990 (ITS-90) . Cette échelle définit une série de points fixes internationalement reconnus auxquels les états physiques (transitions de phase), tels que la fusion ou la solidification, représentent des températures définies avec précision. Le point fixe le plus important est le point triple de l’eau (0,01°C) . L’étalonnage en point fixe compare le thermomètre directement à ces températures de définition, permettant des résultats extrêmement précis.

L’ITS-90 offre une base précise pour l’étalonnage de la température grâce à ses points fixes de température et est principalement utilisé dans les applications scientifiques et métrologiques. La haute précision et la traçabilité par rapport aux normes internationalement reconnues font de l’étalonnage en point fixe la méthode de choix pour les applications précises en laboratoire. Cependant, son application est limitée en raison de l’équipement complexe et des conditions spécialisées.

Les points fixes de l’Échelle internationale de température de 1990 (ITS-90) utilisés dans l’étalonnage en point fixe comprennent, sans s’y limiter :

• Point triple de l’argon : -189.3442 °C
• Point triple du mercure : -38.8344 °C
• Point triple de l’eau : 0,01 °C
• Point de fusion du gallium : 29.7646 °C
• Point de solidification de l’indium : 156.5985 °C
• Point de solidification de l’étain : 231.928 °C
• Point de solidification du zinc : 419.527 °C
• Point de solidification de l’aluminium : 660.323 °C
• Point de solidification de l’argent : 961,78 °C

Normes et standards en matière d’étalonnage de température

DIN EN ISO/IEC 17025 : Exigences pour les laboratoires d’étalonnage

La norme DIN EN ISO/IEC 17025 précise les exigences générales relatives à la compétence des laboratoires d’essais et d’étalonnage. Il comprend des critères de compétence technique, de qualité des résultats d’étalonnage et de traçabilité des mesures. Les laboratoires accrédités selon cette norme répondent aux normes internationalement reconnues et garantissent des résultats de mesure fiables.

Informations complémentaires :
Accréditation selon DIN EN ISO/IEC 17025

ITS-90 (Échelle internationale de température de 1990)

L’ ITS-90 définit des points fixes de température précis qui sont utilisés dans le monde entier pour calibrer les appareils de mesure de la température. Il garantit que les mesures sont traçables aux normes internationalement reconnues.

De plus, l’ITS-90 définit le SPRT (Standard Platinum Resistance Thermomètre) comme un instrument d’interpolation utilisé entre les points fixes. Les SPRT offrent la plus grande précision et sont utilisés dans des étalonnages précis comme référence et pour mesurer des températures précises.

Informations complémentaires :
L’échelle internationale de température de 1990 (ITS-90)

Importance de la traçabilité dans la technologie de mesure

La traçabilité signifie que les résultats des mesures peuvent être retracés jusqu’aux normes nationales ou internationales telles que ITS-90. Cela garantit que les mesures sont comparables partout dans le monde. Les étalonnages traçables garantissent que les appareils de mesure répondent aux normes.

Directives DKD

Les directives DKD (Service allemand d’étalonnage) sont un ensemble de directives techniques qui établissent des exigences et des procédures spécifiques pour l’étalonnage dans diverses plages de mesure, y compris la température. Ces directives fournissent des instructions détaillées pour effectuer des étalonnages et évaluer l’incertitude des mesures. Ils complètent la norme DIN EN ISO/IEC 17025 et servent d’instructions pratiques aux laboratoires d’étalonnage pour garantir des résultats cohérents et traçables.

Les directives DKD sont particulièrement utiles dans les domaines spécialisés de la technologie de mesure et favorisent une approche uniforme de l’étalonnage.

Informations complémentaires :
Service d’étalonnage allemand DKD

Directives d’étalonnage Euramet

EURAMET (Association européenne des instituts nationaux de métrologie) est une organisation qui promeut la coopération entre les instituts nationaux de métrologie en Europe. Il fixe les normes européennes et coordonne les projets de recherche pour garantir l’exactitude et la cohérence des mesures dans toute l’Europe. EURAMET joue un rôle central dans le développement de méthodes d’étalonnage et de mesure ainsi que dans la traçabilité des résultats de mesure aux normes internationales, y compris l’étalonnage de la température. Une partie importante de leur travail concerne les programmes dits EMRP et EMPIR, qui soutiennent la recherche métrologique.

Informations complémentaires :
EURAMET EV – ASSOCIATION EUROPÉENNE DES INSTITUTS NATIONAUX DE MÉTROLOGIE

Appareils d’étalonnage de température

Thermomètres à résistance (PT100, PT1000 et SPRT)

Les thermomètres à résistance mesurent la température grâce à la résistance d’un fil (souvent du platine). Le type le plus courant est un PT100 : il possède une résistance de 100 ohms à 0°C, largement utilisé dans les applications industrielles.

Un autre type est le SPRT (thermomètre à résistance de platine standard) , spécifiquement utilisé pour les étalonnages de haute précision dans les laboratoires. Les SPRT sont définis par l’ITS-90. Ce sont des outils de référence précis utilisés dans de nombreux processus. Ils sont calibrés aux points fixes de température de l’ITS-90. Ils offrent une très grande stabilité et une faible incertitude de mesure et sont importants pour la traçabilité précise des mesures de température par rapport aux normes internationales.

Thermocouples

Les thermocouples sont constitués de deux fils métalliques différents connectés à une extrémité. La différence de température entre les deux extrémités crée une tension proportionnelle à la température. Les thermocouples sont souvent utilisés dans les applications industrielles et diffèrent par leurs types :

• Type K (Chromel-Alumel) : -200 °C à +1372 °C, universellement applicable, stable et largement utilisé. Attention : effet de type K !
• Type J (Fer Constantan) : -40°C à +750°C, conception ancienne, courante dans l’industrie.
• Type T (Cuivre Constantan) : -200 °C à +400 °C, adapté aux basses températures.
• Type E (Chromel-Constantan) : -200°C à +1000°C, haute sensibilité.
• Type N (Nicrosil-Nisil) : -200 °C à +1300 °C, haute stabilité à haute température.
• Type S, R (Platine-Rhodium) : Thermocouples précis en métaux précieux, haute précision
• Type B (Platine-Rhodium) : Plages de températures très élevées jusqu’à +1700 °C, utilisé en métallurgie et en laboratoire.
• Type Au/Pt (Or-Platine) : Mesures extrêmement précises jusqu’à +1000 °C, principalement dans les applications en laboratoire.
• Type Pt/Pd (platine-palladium) : plage de mesure jusqu’à +1500 °C, dans les applications de haute précision.

Les thermocouples les plus courants tels que les types K, J, T, N, S, R, B sont normalisés par la norme CEI 60584. Cette norme définit les tableaux de tension thermique, les tolérances et les plages de température des différents types.

La CEI 62460 s’applique aux thermocouples spécialisés Au/Pt et Pt/Pd. Cette norme couvre les exigences et les tableaux de tension thermique de ces thermocouples en métaux précieux de haute précision utilisés dans les applications scientifiques et métrologiques.

Thermomètres/indicateurs numériques

Les thermomètres et indicateurs numériques sont utilisés pour la mesure précise des thermocouples et des thermomètres à résistance (RTD). Ils sont disponibles dans différentes classes de précision et couvrent un large éventail d’applications, depuis les simples applications industrielles jusqu’aux mesures scientifiques de haute précision.

Ces appareils doivent également être calibrés régulièrement pour garantir leur précision. L’étalonnage peut être effectué de deux manières :

1. Électriquement individuel : l’instrument à affichage numérique est calibré de manière isolée.
2. En tant que chaîne de mesure : L’étalonnage est effectué avec le capteur de température connecté (thermocouple ou RTD) comme une chaîne de mesure complète.

Cet étalonnage garantit une mesure fiable et traçable.

Calibrateurs de puits secs

Les calibrateurs à puits secs sont des appareils portables qui produisent des températures stables. Ils conviennent à l’étalonnage sur site de thermomètres et de thermocouples sur une large plage de températures. Ils peuvent être utilisés de manière flexible et sont idéaux pour les applications industrielles.

Les calibrateurs à puits secs sont des appareils portables et polyvalents conçus spécifiquement pour l’étalonnage des appareils de mesure de la température tels que les thermocouples, les thermomètres à résistance et les thermomètres numériques. Ils sont constitués d’un bloc solide de métal chauffé ou refroidi électriquement pour créer une source de température stable. Le bloc comporte des trous dans lesquels sont insérés les capteurs de température à calibrer.

Une boucle de contrôle interne maintient une température précise et constante dans le bloc, créant ainsi un environnement d’étalonnage stable. Les températures produites couvrent souvent une plage d’environ -35°C à +1 200°C, ce qui les rend adaptées à diverses applications industrielles et de laboratoire.

Les calibrateurs à puits secs présentent de nombreux avantages :

1. Portabilité : Les calibrateurs à puits secs sont compacts et portables, ce qui les rend idéaux pour les étalonnages sur site.
2. Large plage de température : Ils offrent une grande flexibilité car ils peuvent produire aussi bien des températures basses que élevées.
3. Temps de réponse rapides : Ils permettent des changements de température rapides et donc un étalonnage efficace.
4. Facilité d’utilisation : Les calibrateurs à puits secs sont souvent conçus pour être conviviaux, avec des commandes numériques pour la température et la stabilité.
5. Polyvalence : Vous pouvez calibrer différents types d’appareils de mesure de température, notamment les thermocouples, les RTD (Détecteurs de température à résistance) et les thermomètres numériques.

Bien que les calibrateurs à puits secs conviennent à de nombreuses tâches d’étalonnage, ils offrent une précision inférieure à celle des bains d’étalonnage ou des étalonnages à point fixe, en particulier à des températures extrêmement élevées ou basses . Pour les applications qui nécessitent la plus grande précision, comme dans les laboratoires de métrologie, d’autres méthodes telles que l’étalonnage en point fixe sont préférables.

Bains d’étalonnage

Les bains d’étalonnage sont des bains liquides (par exemple avec de l’huile, de l’eau ou de l’éthanol) qui garantissent un étalonnage très précis des appareils de mesure de température. Ils offrent un environnement de température extrêmement stable et sont utilisés dans les laboratoires pour obtenir une précision supérieure à celle des calibrateurs à puits secs.

Fours d’étalonnage

Les fours d’étalonnage sont destinés à l’étalonnage à des températures élevées, souvent jusqu’à 1 200°C. Ils fournissent un environnement précis et contrôlé pour l’étalonnage des thermomètres.

Ces appareils sont particulièrement adaptés aux applications où la précision des étalonnages dans les calibrateurs à puits secs n’est pas suffisante. L’étalonnage avec des fours d’étalonnage est moins mobile qu’avec des calibrateurs à bloc sec et nécessite souvent un environnement de laboratoire spécial. De plus, ils ne conviennent pas aux très basses températures.

Les fours d’étalonnage se composent d’une chambre de four chauffée électriquement qui assure une répartition uniforme de la température à l’intérieur. Les capteurs à calibrer sont insérés dans le four, où ils sont exposés à une température stable pendant une période prolongée. La température est contrôlée avec précision via des circuits de contrôle intégrés. Les thermomètres à étalonner sont ensuite comparés à des thermomètres de référence étalonnés.