Calibrer le thermomètre

L’étalonnage d’un thermomètre consiste à garantir qu’un thermomètre fournit des lectures de température correctes. Cela se fait en comparant les lectures du thermomètre avec un étalon de référence (par exemple un point de température fixe) ou une source de température connue (étalonnage de comparaison). Le but de l’étalonnage est d’identifier tout écart ou erreur et de l’ajuster si nécessaire afin que le thermomètre fournisse des mesures précises.

Méthodes d’étalonnage des thermomètres

Il existe essentiellement deux méthodes différentes pour calibrer les thermomètres : l’étalonnage par la méthode de comparaison et l’étalonnage à des points de température fixes.

Calibrer les thermomètres à l’aide de la méthode de comparaison

La loi zéro stipule que si deux systèmes sont en équilibre thermique avec un troisième système, ils sont également en équilibre thermique entre eux. Sur la base de ce principe, on peut conclure que si un thermomètre étalonné indique la même température que la température réelle dans un bain d’étalonnage et que le thermomètre étalonné affiche également cette température, les deux thermomètres mesurent la même température. Toutefois, cela ne s’applique qu’à la condition qu’il existe un état d’équilibre, ce qui n’est pas toujours le cas dans le monde réel.

La méthode de comparaison est l’une des techniques les plus courantes et les plus efficaces pour calibrer les thermomètres. Le thermomètre à tester est comparé à un thermomètre de référence de haute précision dont la précision des mesures et la traçabilité aux étalons nationaux ou internationaux sont garanties.

Processus d’étalonnage du thermomètre

1. Préparation à l’étalonnage :
   • Le thermomètre à tester et le thermomètre de référence sont préparés. Les deux doivent être propres et en parfait état.
   • Un dispositif d’étalonnage stable, tel que B. un bain d’étalonnage ou un calibrateur à bloc sec est réglé à la température cible. Ces appareils assurent une répartition homogène et stable de la température.
2. Définir les points de température :
   • L’étalonnage est généralement effectué en plusieurs points d’étalonnage situés dans la plage de mesure du thermomètre, par ex. B. à 0 °C, 50 °C et 100 °C. Les points peuvent varier en fonction de l’application.
3. Effectuer une mesure comparative :
   • Les deux thermomètres sont placés dans le dispositif d’étalonnage en même temps, en s’assurant qu’ils sont à la même température. Cela minimise les gradients de température et garantit des résultats précis.
   • Dès que la température dans l’appareil d’étalonnage est stable, les valeurs mesurées des thermomètres de référence et de l’objet à tester sont enregistrées.
4. Analyser les écarts :
   • L’étalonnage signifie « détecter un écart ». La différence entre les valeurs affichées du thermomètre de référence et du thermomètre à calibrer est déterminée. Ces écarts sont documentés et peuvent être utilisés pour un ajustement si nécessaire.

Avantages de la méthode de comparaison

• Haute précision : grâce à l’utilisation d’un thermomètre de référence précis et d’installations d’étalonnage stables, les résultats sont très fiables.
• Flexibilité : La méthode convient à différents types de thermomètres, notamment les thermomètres à liquide, à résistance ou infrarouge.
• Efficacité : Plusieurs thermomètres peuvent être calibrés en même temps, ce qui rend la méthode particulièrement économique en pratique.

Domaines d’application typiques

La méthode de comparaison est souvent utilisée dans les laboratoires d’essais, l’industrie et les laboratoires d’étalonnage, en particulier lorsqu’une grande précision est requise. Il est idéal pour les étalonnages de routine et l’assurance qualité dans les processus où des mesures précises de température sont cruciales.

Les thermomètres s’étalonnent à des points de température fixes

Lors de l’étalonnage de thermomètres à des points fixes de température, l’étalon de température n’est pas un thermomètre de référence calibré mais plutôt un point fixe de température. Ces points fixes de température sont utilisés pour définir les températures de l’échelle de température ITS-90 et pour calibrer les thermomètres.

L’échelle internationale de température de 1990 (ITS-90) définit l’échelle de température comme neuf points fixes allant de -189,3442°C (point triple de l’argon) à 961,78°C (point de solidification de l’argent). Ces points fixes sont des états d’équilibre thermodynamique lors des transitions de phase des substances pures.

Un exemple de point fixe est le point triple de l’eau, où l’eau très pure existe à l’état solide, liquide et gazeux à 0,01°C. Cette condition peut ensuite être utilisée dans une cellule à eau à point triple pour calibrer les thermomètres à cette température définie.

À quelle fréquence un thermomètre doit-il être calibré ?

Il n’y a pas de réponse absolue ou claire à cette question. La fréquence d’étalonnage du thermomètre dépend généralement de plusieurs facteurs :

1. Utilisation prévue du thermomètre : Un thermomètre utilisé dans des applications critiques telles que la médecine ou l’industrie alimentaire peut devoir être calibré plus fréquemment qu’un simple thermomètre domestique.
2. Exigences de précision : Certains procédés nécessitent une très grande précision de température. Dans de tels cas, un étalonnage régulier est essentiel.
3. Conditions environnementales : Les thermomètres utilisés dans des conditions extrêmes (par exemple des températures très élevées) peuvent être plus sujets à des imprécisions et doivent donc être vérifiés plus fréquemment.
4. Résultats d’étalonnage précédents : Si aucun écart ou seulement des écarts mineurs ont été détectés lors des étalonnages récents, le délai entre les étalonnages peut être prolongé. Cependant, si des écarts significatifs sont observés à chaque étalonnage, la fréquence d’étalonnage doit être augmentée.

En règle générale, les thermomètres critiques doivent être étalonnés au moins une fois par an. Cependant, dans certaines industries ou pour certaines applications, un étalonnage plus fréquent peut être nécessaire, par ex. B. tous les trois ou six mois. C’est toujours une bonne idée d’inclure une inspection et un étalonnage réguliers dans le programme de maintenance pour garantir le bon fonctionnement du thermomètre.

Vous pouvez également utiliser des normes et des directives comme guide lors de la détermination des cycles d’étalonnage. Par exemple, la norme DIN EN ISO/IEC 17025 est une norme internationale qui spécifie les exigences relatives à la compétence des laboratoires d’essais et d’étalonnage. Si un laboratoire est accrédité selon cette norme, cela signifie qu’il possède la compétence technique et a mis en place un système de gestion qui garantit la production de résultats cohérents et valides.

L’étalonnage des instruments de mesure, y compris les thermomètres, constitue une partie importante de cette norme. Voici quelques points principaux concernant l’étalonnage selon DIN EN ISO/IEC 17025 :

1. Exigences générales : Les laboratoires doivent s’assurer que tout l’équipement susceptible d’affecter les résultats est calibré et/ou qualifié.
2. Intervalles : La norme ne prescrit pas d’intervalles d’étalonnage spécifiques. Les laboratoires devraient plutôt utiliser leur gestion des risques pour déterminer la fréquence des étalonnages.
3. Traçabilité : Les étalonnages doivent être traçables aux étalons nationaux ou internationaux.
4. Dossiers : Les laboratoires doivent conserver des enregistrements des étalonnages, y compris les détails de la méthode, de l’opérateur, des conditions environnementales, des intervalles de confirmation, des résultats et de tout écart.

L’organisme d’accréditation allemand (DAkkS) dispose de documents et de réglementations supplémentaires contenant des exigences et des recommandations spécifiques pour l’étalonnage dans divers domaines. Si un laboratoire en Allemagne est accrédité selon la norme DIN EN ISO/IEC 17025, il doit également suivre les règles DAkkS pertinentes.

Un laboratoire accrédité selon la norme DIN EN ISO/IEC 17025 doit avoir une politique et des procédures claires pour l’étalonnage de ses équipements. Cependant, la fréquence exacte des étalonnages est déterminée par le laboratoire lui-même, en fonction de sa gestion des risques et des exigences spécifiques de son accréditation.

Étalonner les étalons nationaux et internationaux pour les thermomètres

L’étalonnage des thermomètres joue un rôle important dans la technologie de mesure, en particulier dans les industries où des mesures précises de la température sont nécessaires. Les normes nationales et internationales fournissent des lignes directrices claires pour effectuer et documenter ces étalonnages.

Normes internationales

• ISO/IEC 17025 : Cette norme définit les exigences générales relatives à la compétence des laboratoires d’étalonnage. Il garantit que les résultats d’étalonnage sont comparables et traçables au niveau international.
• ITS-90 : L’échelle internationale de température de 1990 fournit une référence pour l’étalonnage des thermomètres en définissant des points de température fixes. Il définit également le thermomètre à résistance de platine standard (SPRT) comme instrument d’interpolation.
• CEI 60584 : Cette norme réglemente les thermocouples et leurs tensions thermiques, qui sont importantes pour des mesures précises de température.
• CEI 60751 : La norme décrit les exigences relatives aux thermomètres à résistance en platine (RTD), couramment utilisés dans les applications de haute précision.

Normes et lignes directrices nationales

• DIN EN ISO 9001 : Cette norme se concentre sur les systèmes de gestion de la qualité et affecte également les processus d’étalonnage dans diverses industries.
• Directives DKD : Les directives du service d’étalonnage allemand fournissent des instructions spécifiques aux laboratoires d’étalonnage en Allemagne. Ces lignes directrices complètent l’ISO 17025 et définissent des procédures et méthodes spécifiques.
• Lignes directrices EURAMET : Au niveau européen, EURAMET fournit des lignes directrices métrologiques qui aident les laboratoires et les centres d’étalonnage à réaliser des étalonnages cohérents et traçables.

Importance de la traçabilité

Toutes les normes mentionnées soulignent l’importance de la traçabilité lors de l’étalonnage des thermomètres, c’est-à-dire la possibilité de retracer les étalonnages jusqu’aux étalons internationaux. Cela garantit que les mesures de température sont comparables dans le monde entier.

En adhérant à ces normes et directives, les entreprises garantissent que leurs thermomètres répondent aux normes les plus élevées de précision et de fiabilité – une exigence importante pour l’assurance qualité dans de nombreux secteurs.

Conseils pour réussir l’étalonnage d’un thermomètre

Astuce 1 : Un thermomètre ne mesure que sa propre température

L’affirmation « Un thermomètre ne mesure que sa propre température » ​​souligne un principe fondamental de l’étalonnage des thermomètres.

Lorsque vous utilisez un thermomètre pour mesurer la température de quelque chose, que ce soit l’air, un liquide ou un solide, ce que vous mesurez en réalité, c’est la température du THERMOMÈTRE lui-même. Le thermomètre atteint l’équilibre thermique avec le milieu qu’il mesure. Cela signifie qu’il prend la même température que le milieu.

Un exemple simple est un thermomètre à mercure. Le mercure contenu dans le thermomètre se dilate et se contracte en fonction de la chaleur ou du froid. Si vous le mettez dans de l’eau tiède, le mercure se dilatera car il devient PLUS CHAUD. Si vous le mettez dans l’eau froide, il se contractera car il devient PLUS FROID. Dans les deux cas, le thermomètre mesure réellement la chaleur ou le froid du MERCURE, et non pas directement l’eau. Mais comme le mercure atteint rapidement l’équilibre thermique avec l’eau, le thermomètre indique efficacement la température de l’eau.

Le même principe s’applique aux thermomètres numériques, PT100 (thermomètres à résistance), thermocouples et autres. Ils réagissent tous aux changements de température en modifiant leur propre température, puis en affichant ou en mesurant cette valeur.

Il est important de noter que pour mesurer avec précision la température, le thermomètre et l’objet mesuré doivent disposer de suffisamment de temps pour atteindre l’équilibre thermique. Sinon, la mesure pourrait être inexacte.

Astuce 2 : les thermocouples effectuent toujours une mesure différentielle

Un thermocouple est constitué de deux métaux différents connectés à une extrémité. S’il y a une température différente à ce point de connexion (appelé « point de mesure » ou « soudure chaude ») qu’à l’autre extrémité des deux métaux (appelée « jonction de comparaison » ou « soudure froide »), une tension apparaît entre ces deux points. Cette tension est appelée tension thermique et dépend de la différence de température entre les deux extrémités et des propriétés matérielles spécifiques des deux métaux.

Cela signifie qu’un thermocouple mesure toujours la différence de température entre le point de mesure et la soudure froide. Afin de déterminer la température absolue au point de mesure, la température au point de référence doit être connue. Cette jonction de référence est souvent refroidie à une température connue (par exemple 0°C pour une jonction de référence dite externe) ou, par exemple avec des mini-fiches, la température ambiante est utilisée comme référence.

Un thermocouple ne mesure donc pas directement une température absolue, mais plutôt une différence de température entre deux points. Pour obtenir une mesure de température absolue, il faut connaître la température en l’un des deux points.

Astuce 3 : Les thermomètres à résistance mesurent toujours trop chaud

Les thermomètres à résistance, souvent appelés Pt100 ou Pt1000 (où les chiffres indiquent la résistance nominale à 0°C), utilisent la résistance dépendant de la température d’un métal, généralement du platine, pour mesurer les températures. Lorsqu’un courant électrique traverse une résistance, cette résistance est chauffée. Il s’agit d’un résultat direct de la loi d’Ohm, où la puissance électrique P traversant une résistance R est décrite comme P = I^2 × R, où I est le courant circulant à travers la résistance.

Avec les thermomètres à résistance, un courant de mesure est envoyé à travers la résistance en platine pour mesurer la résistance (et donc la température). Mais c’est précisément ce courant de mesure – surtout s’il est trop élevé – qui peut entraîner un échauffement important de la résistance de mesure. Cet échauffement fausse alors le résultat de la mesure car le capteur devient plus chaud que l’environnement réel à mesurer. Le thermomètre à résistance indique alors une température trop élevée.

Pour des mesures ou des applications précises, l’échauffement provoqué par le courant de mesure doit être pris en compte et compensé.

Sources

• Walter Blanke : L’échelle internationale de température de 1990 : ITS-90
• Frank Bernhard : Manuel de mesure technique de la température, 2e édition
• Thomas Klasmeier : Livre de table « Température », édition 3