BANC D’ETALONNAGE EN TEMPERATURE - Agenda · FD X 07-021 : Métrologie et application de la...
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BANC D’ETALONNAGE EN TEMPERATURE
Nicolas Lavenant¹, Martine Ollitrault² , Yannick Hamon³, Nicolas Gilliet³, Yannick Fauvel ³, Mickael Faucheux ³
¹ CNRS/ Université UMR6118 Géosciences (Beaulieu Université RENNES 1 )² INRA U3E Unité expérimentale d’Ecologie et d’Ecotoxicologie aquatique (RENNES agrocampus)³ INRA UMR SAS Sol Agro et Hydrosystème Spatialisation (RENNES agrocampus)
POURQUOI ? - LES BESOINS
Aujourd’hui, la mesure de température est de plus en plus utilisée :
• Sur les sites d’observation (monitoring nappe-rivière-sol)• En expérimentation• En laboratoire (analyse chimique…)
IMPORTANTE VARIETE DE CAPTEURS DE TEMPERATURE UTILISEES DANS NOS APPLICATIONS
Capteurs aux caractéristiques variées :
• Plage de température d’utilisation• Résolution d’affichage• Exactitude • Temps de réponse
POURQUOI ? - LES BESOINS
Fiabiliserla mesure
• Avoir des résultats de mesure cohérents entre équipements
• Garantir que les mesures effectuées à X mois ou années d’intervalledemeurent comparables
DEMARCHE ASSURANCE QUALITE
Estimation de l’incertitude de mesure
Contrôle métrologique(Raccordement étalon national)
Valoriser la mesure
POURQUOI ? - LES BESOINS
Connaitre leur limite d’emploi et leur dérive dans le temps
Vérifier les performances attendues définies par le constructeurou l’utilisateur (E.M.T Erreur maximale tolérée)
Estimer les performances des équipements de mesure en température
• Biais• Répétabilité• Linéarité• Incertitude de mesure• Temps de réponse
CORRIGER LA MESURE ET RENSEIGNER LES BASES DE DONNEES
Le constat: les erreurs de mesure de la température ont une influence plus ou moins forte sur la qualité des résultats obtenus
COMMENT ? - INVESTISSEMENTS -MOYENS
Chaine thermométrique étalon (PHP602+ sonde PT100) AOIP
Bain thermostaté AOIP
Logiciel de pilotage mode manuel et auto
INRA SAS6200 €
Département EA3500 €
Géosciences3 500 €
INRA U3E1 000 €
OSUR (S3O)1 500 €
- Aménagement local- Achat imprimante- Etalonnage Cofrac sonde étalon
COMMENT ? - INVESTISSEMENTS -MOYENS
LOCAL : UNE SALLE TEMPERATURE localisée à l’INRA SAS
INVESTISSEMENT DE 15700€
METHODE DE MESURE
FD X07-029 : Procédure d’étalonnage et de vérification des thermomètres
FD X07-012 : Métrologie – Métrologie de l’entreprise – Certificat d’étalonnage des moyens de mesure
FD X 07-021 : Métrologie et application de la statistique
NF ENV 13005 : Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure (GUM)
DOCUMENTS DE REFERENCE NORMATIFS
METHODE PAR COMPARAISON
Thermomètre étalon
Thermomètre à vérifier
METHODE DE MESURE
Bain d’étalonnage
Erreur de résolution
Chaîne de mesure étalon
Erreur de résolution
Répétition des mesures
Erreur de justesse
Erreur de stabilité
Erreur d’homogénéité
Chaîne de mesure à vérifier
Résultat de mesure
Inventaire de l’ensemble des causes d’incertitude sur la mesure de température
Opérateur
EXEMPLE DE CALCUL
CAPTEUR HOBO U22 Water Temp Pro V2 (PROSENSOR)
Plage de température Exactitude Résolution
-20°C à 50°C eau ± 0.2 °C 0.02°C
Mesure Etalon °C
Mesure capteur °C
Répétabilité°C
Stabilité bain °C
Homogénéité bain °C
Résolutionétalon °C
Justesse étalon °C
Résolutioncapteur °C
u°C
Ecart°C
U élargie 95% de
confiance
3.022 3.015 0.008 0.0289 0.024
0.0003
0.010
0.0058
0.04 -0.008 0.08
5.023 5.024 0.002 0.02 0.014 0.010 0.03 0.001 0.05
10.04 10.03 0.007 0.027 0.002 0.010 0.03 -0.006 0.06
12.046 12.047 0.009 0.026 0.035 0.010 0.046 0.001 0.09
15.027 15.034 0.018 0.031 0.02 0.010 0.043 0.007 0.09
20.054 20.055 0.006 0.04 0.009 0.010 0.045 0.001 0.09
25.057 25.048 0.016 0.04 0.009 0.010 0.045 -0.009 0.09
EXEMPLE DE CALCUL
CAPTEUR HOBO U22 Water Temp Pro V2 (PROSENSOR)
Plage de température Exactitude Résolution
-20°C à 50°C eau ± 0.2 °C 0.02°C
Mesure Etalon °C
Mesure capteur °C
Répétabilité°C
Stabilité bain °C
Homogénéité bain °C
Résolutionétalon °C
Justesse étalon °C
Résolutioncapteur °C
U °C
Ecart°C
U élargie 95% de
confiance
3.022 3.015 0.008 0.0289 0.024
0.0003
0.010
0.0058
0.04 -0.008 0.08
5.023 5.024 0.002 0.02 0.014 0.010 0.03 0.001 0.05
10.04 10.03 0.007 0.027 0.002 0.010 0.03 -0.006 0.06
12.046 12.047 0.009 0.026 0.035 0.010 0.046 0.001 0.09
15.027 15.034 0.018 0.031 0.02 0.010 0.043 0.007 0.09
20.054 20.055 0.006 0.04 0.009 0.010 0.045 0.001 0.09
25.057 25.048 0.016 0.04 0.009 0.010 0.045 -0.009 0.09
15.22715.027 15.03414.82715.12414.944 Capteur conforme
EXEMPLE DE CALCUL
CAPTEUR HOBO Tid Bit (PROSENSOR)
Plage de température Exactitude Résolution
-20°C à 30°C eau ± 0.2 °C 0.02°CMesure
Etalon °CMesure
capteur °CRépétabilité
°CStabilité bain °C
Homogénéité bain °C
Résolutionétalon °C
Justesse étalon °C
Résolutioncapteur °C
u°C
Ecart°C
U élargie95% de
confiance
3.074 3.105 0.035 0.029 0.024
0.00003
0.010
0.0058
0.053 0.031 0.11
5.046 5.084 0.019 0.02 0.014 0.010 0.038 0.038 0.07
10.081 10.12 0.026 0.027 0.002 0.010 0.039 0.044 0.08
Mesure Etalon °C
Mesure capteur °C
Répétabilité°C
Stabilité bain °C
Homogénéité bain °C
Résolutionétalon °C
Justesse étalon °C
Résolutioncapteur °C
u°C
Ecart°C
U élargie95% de
confiance
3.074 2.63 0.014 0.029 0.024
0.00003
0.010
0.0058
0.042 -0.448 0.08
5.046 4.60 0.017 0.02 0.014 0.010 0.032 -0.443 0.06
10.081 9.63 0.020 0.027 0.002 0.010 0.035 -0.451 0.07
Capteur conforme 10.08°C
10.12°C
10.28°C9.88 °C
10.2°C10.04°C
10.08°C
9.63
10.28°C9.88°C
9.79.56
Capteur non conforme
PREMIERS RESULTATS
Modèle de capteur
Exactitude Constructeur
(°C)
Nbre de capteur vérifiée
Conformité Correction à apporter Modèle
DIVER CTD 0.2 7 6 Offset
DIVER 0.2 14 2 Offset
HOBO TID BIT 0.2 10 7 Offset
HOBO U12_015-02 0.22 15 15
HOBO U22 WATER PRO V2
0.2 10 10
ORPHEUS CTD 0.5 2 2
STARMON MINI 0.025* 3 0 Offset* Exactitude non vérifiable
30 % des capteurs vérifiés sont non conformes
OFFSET DERIVE DU CAPTEUR
PREMIERS RESULTATS
Estimation du Temps de réponse d’un DIVER CTDEchelon descendant de 20°C à 10°C
Temps de chute : ≈100s ≈ 2min
20°C
10°C
POSSIBILITES / AMELIORATIONS
Etat actuel
• Banc raccordé au système International d’unité (SI)
• Correction de la mesure de T°C et évaluation de la dérive d’un capteur
• Possibilité d’estimer le temps de réponse d’un capteur
• Possibilité d’étalonnage rapide en interne (coût élevé en externe)
• Documentations qualité (mode opératoire) et Edition d’un certificat d’étalonnage
POSSIBILITES / AMELIORATIONS
Etat actuel
• Banc raccordé au système International d’unité (SI)
• Correction de la mesure de T°C et évaluation de la dérive d’un capteur
• Possibilité d’estimer le temps de réponse d’un capteur
• Possibilité d’étalonnage rapide en interne (cout élevé en externe)
• Documentations qualité (mode opératoire) et Edition d’un certificat d’étalonnage
Améliorations
• Climatisation de la salle> Stabilité du bain
• Passage en huile (-40°C à 125°C)>Homogénéité du bain
• Réduire le temps opérateur
• Automatiser les calculs (logiciel VB)
• Rendre le banc plus flexible
LIMITES / PERSPECTIVES
• Contrôler des sondes multiparamètres (erreur de finesse ???)
• Travailler sur le temps de réponse des capteurs
• Estimer la dérive des capteurs dans le temps
• Appliquer les correctifs aux résultats de nos mesures de température
• Insérer dans nos bases de données les certificats d’étalonnage
• Volume du bain
• Contrôle des capteurs avec une E.M.T < 0.1°C (exemple idronaut)
• Passage matrice Huile / eau délicat (nettoyage)
LIMITES DU BANC
PERSPECTIVES
CONCLUSION
• Développement d’un outil commun, mutualiser et financer par plusieurs Laboratoires (OSUR)
• Etalonnage de la plupart des capteurs de température du marché (exactitude > 0.15°C)
• Répond à une démarche d’assurance qualité dans les laboratoires de recherche
• Permet de mieux connaitre et maitriser nos équipements de mesure en température
• Permet de corriger nos résultats de mesure et renseigner les bases de données
LA RECHERCHE DE LA MEILLEURE PRECISION COUTE CHERE :
Nécessité de bien évaluer son besoin : Capabilité(E.M.T recherché, plage d’utilisation…)
Calendrier de réservation de la salle du banc sur le site de L’OSUR (Outils pratiques)
Informations – Organisations – Demandes d’accès clé
Yannick Hamon (INRA SAS) : Site Agrocampus
Nicolas Lavenant (GEOSCIENCES RENNES) : Site Beaulieu
INFORMATIONS PRATIQUES
MERCI