Améliorer les résultats de pesage

Enova 2017

Paris

Pierre Girault

Balances de précision et micro balances

Programme 2

For internal use - Confidential

1 Etalonnage des balances

2 Pesée minimale

3 Utilisation des microbalances

4 Bonnes pratiques de pesage

5 Influences physiques

6 Optimiser les performances de pesage

7

8

9

Etalonnage des micro-balances

L'incertitude peut varier suivant l'emplacement / Etalonner la balance

3

For internal use - Confidential

Etalonnage

"opération qui, dans des conditions

spécifiées, établit en une première étape une

relation entre les valeurs et les incertitudes de

mesure associées qui sont fournies par des

étalons et les indications correspondantes

avec leurs incertitudes associées, puis utilise

en une seconde étape cette information pour

établir une relation permettant d'obtenir un

résultat de mesure à partir d'une indication."

International Vocabulary Of Basic And General

Terms In Metrology (VIM)

JCGM 200:2012, item 2.39

Microbalances :

Selon les emplacements, l'incertitude de mesure

de la balance peut varier. le certificat

d'étalonnage, vous permet de vérifier que votre

microbalance fonctionne correctement

conformément à vos exigences de pesage

Répétabilité RP

Précision d'affichage RD

Non-linéarité NL

Charges excentrées EC

Sensibilité SE

L'étalonnage donne l'incertitude de mesure

Propriété nominale :

Propriétés de la

cellule de mesure

Caractéristiques de l'instrument qui contribuent à l'incertitude

Facteurs qui influencent l'incertitude de l'indication

d0 / √12 Erreur d'arrondi de l'indication à zéro

dI / √12 Erreur d'arrondi de l'indication à charge

s Répétabilité (Ecart type)

u(δIecc) Excentration (de – Position centrale)

u(δmc) Incertitude des poids (alternativement: EMT)

u(δmB) Incertitude sur la poussée de l'air

u(δmD) Incertitude de la dérive du poids dans le temps

u(δmconv) Incertitude due à l'acclimatation du poids

MESURES

INSTRUMENT

POIDS

L'estimation de l'incertitude est calculée suivant un guide ex: EURAMET cg-18.

L'étalonnage permet de tracer les résultats

L'incertitude de l'instrument doit être < Besoin du processus

6

For internal use - Confidential

▪ L'étalonnage est le processus qui permet de déterminer les performances d'un

instrument. – ou encore – de comprendre son fonctionnement

▪ L'étalonnage fourni les données qui permettent d'évaluer les performances d'un

instrument par rapport à des tolérances spécifiques – pour vérifier si les

performances de l'instrument sont suffisantes pour satisfaire aux prérequis

d'une application spécifique.

Conséquence:

▪ La condition préalable pour garantir de façon permanente un niveau de

qualité élevé du processus de pesage est l'étalonnage périodique de la

balance ou de la plateforme.

▪ Les résultats d'un étalonnage précisent les performances d'un instrument

uniquement au moment de l'étalonnage (Aucune information n'est délivrée sur

les performances lors de l'utilisation)

▪ La performance de l'instrument a été évaluée pour des points spécifiques mais

l'information sur la performance pour chaque point mesurable n'est pas encore

évaluée.

Par conséquent:

▪ L'interprétation des résultats d'étalonnage a une très grande importance

- Performance de l'instrument entre les points étalonnés

- Performance de l'instrument en prenant compte de l'utilisation jour après jour.

Ceci est en dehors de la "partie métrologie instrument"

"Partie métrologie instrument" et au delà

Une incertitude "en utilisation" peut être délivrée et documentée.

Incertitude en utilisation

Balance de précision

Résolution 5 mg

Capacité 6100 g

L'incertitude "en utilisation" est calculée par linéarisation des

points de test.

Programme 9

For internal use - Confidential

1 Etalonnage des balances

2 Pesée minimale

3 Utilisation des microbalances

4 Bonnes pratiques de pesage

5 Influences physiques

6 Optimiser les performances de pesage

7

8

9

Interprétation de l'incertitude globale

L'incertitude de mesure relative doit être < à la tolérance du processus

12

For internal use - Confidential

00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

11.11.21.31.41.51.61.71.81.9

2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Incertitude de mesure relative [%] (= Incertitude de mesure absolue / Poids)

Incertitude de mesure globale (absolue) [mg]

U [g] = U0 + Constante x Poids

L'incertitude de mesure relative augmente au fur et a mesure que le

poids diminue

Incert

itu

de U

[m

g o

u%

]

MaxPoids [g]

Pour les échantillons de faible poids, l'incertitude relative peut

devenir si grande que le résultat de mesure ne peut être fiable!

Pesée minimale

Pesée minimale nette utilisable = Fs x Pesée minimale nette

13

For internal use - Confidential

00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

11.11.21.31.41.51.61.71.81.9

2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

To

léra

nce d

e p

esag

e [

%]

Plage de pesée sûre

x

Pesée minimale

nette utilisable

Limite d'exactitude:

Pesée minimale

nette

1%

0.5%Incert

itu

de U

[ %

]

MaxCharge [kg]

Plage de

non

conformité

Plage de

sécurité (2)

Programme 14

For internal use - Confidential

1 Etalonnage des balances

2 Pesée minimale

3 Utilisation des microbalances

4 Bonnes pratiques de pesage

5 Influences physiques

6 Optimiser les performances de pesage

7

8

9

Emplacement de la microbalance

Forte sensibilité aux vibrations / Courants d'air / Température

▪ Les microbalances sont sensibles aux

influences environnementales

▪ et leur emplacement doit être sélectionné

avec précaution

15

For internal use - Confidential

Les microbalances sont sensibles aux

influences environnementales et leur

emplacement doit être sélectionné avec soin.

Vibrations

• Table de pesage solide et stable pour

réduire les vibrations

Courants d'air

• Eviter de placer la balance à proximité

d'une porte ou dans un endroit

fréquenté par beaucoup de personnes.

• Évitez de la placer à proximité d'une

climatisation.

Variations de température

• Évitez de placer la balance à proximité

de sources de chaleur directe, telles

que des radiateurs, ou à proximité de

fenêtres.

Contrôle de routine des microbalances

Les tests de routine doivent être réalisés, même si la balance est étalonnée.

16

For internal use - Confidential

Définition : Un test de routine est une

vérification rapide et traçable des

performances de la balance.

Avantage : En respectant une procédure

de test de routine, vous pouvez

prolonger le temps entre deux cycles

d'étalonnage.

Méthode : L'incertitude de mesure se

compose de quatre facteurs contributifs

majeurs répétabilité, sensibilité,

excentration et non-linéarité.

- La répétabilité et la sensibilité doivent

faire l'objet de tests de routine réalisés par

l'utilisateur

Objectif : Le contrôle de routine à pour

objectif de valider les pesées antérieures et

d'autoriser l'utilisation de l'instrument

Le calibrage interne peut aider au contrôle

de routine

Points de contrôle pour les tests de routine

Courbe de l'incertitude de mesure typique d'une ultra microbalance .

17

For internal use - Confidential

Essais de répétabilité (RP)

- Utiliser des poids de contrôle jusqu'à 5 %

de la capacité de la balance

- Ce facteur d'influence est dominat dans la

partie basse de la balance.

Essais de sensibilité (SE)

Avec des poids de contrôle proches de 100

% de la capacité de la balance, la

sensibilité (également appelée « erreur

d'indication ») est le facteur dominant pour

l'incertitude de mesure de la partie haute

de la balance.

Dérive des résultats de pesage

Les paramètres de la balance sont corrects, les essais réussis, mais vos

résultats de pesage divergent.

18

For internal use - Confidential

L'échantillon est hygroscopique et absorbe

l'humidité, ce qui entraîne une augmentation

régulière de la masse

L'échantillon est volatil et perd de l'humidité,

ce qui entraîne une diminution régulière de la

masse

Les différences de température entre

l'échantillon et l'environnement provoquent

des effets de réchauffement ou de

refroidissement dans la chambre de pesée et

donc une variation de la masse.

Les effets électrostatiques génèrent

typiquement des motifs de dérive chaotiques

Peser de petits échantillons

Les échantillons, les fioles ou les creusets sont minuscules, utiliser un outil

19

For internal use - Confidential

L'utilisation des outils appropriés a une

influence positive sur votre pesage en

termes de vitesse, précision et ergonomie.

• Une micro spatule à manche épais

permet de réaliser des transferts

d'échantillons précis.

• Des pinces brucelles d'une forme

particulière pour le transfert de l'échantillon

sur la balance.

• Des coupelles de pesage à fond plat

• L'utilisation d'une pédale pour l'ouverture

et la fermeture de la porte de la balance

permet d'avoir les mains libres.

• Une coupelle de pesage tubulaire facilite

la pesée des échantillons tubulaires, tels

que des stents, des ressorts et des câbles

(disponible pour la microbalance XPR).

Programme 20

For internal use - Confidential

1 Etalonnage des balances

2 Pesée minimale

3 Utilisation des microbalances

4 Bonnes pratiques de pesage

5 Influences physiques

6 Optimiser les performances de pesage

7

8

9

Optimiser l'environnement de pesée:

Amélioration du poste de pesée / Environnement et organisation

1. Installer des alertes

- utiliser un hygromètre

- utiliser une salle régulée en température

2. Evaluation du problème

- humidité < 45 % ou > 80 %

- Désordre ou manque de propreté

- Pas de place suffisante pour le pesage

3. Réduire l'impact

-Travailler avec de l'air conditionné

- Travailler dans une hotte aspirante ou

enceinte de sécurité.

4. Analyse des Causes

- Table de pesée instable

- Trop de personnes dans le laboratoire

- vibrations ex: Ascenseur à proximité

- Système d'air conditionné trop fort.

5. Prévention

- implémenter un 5S avec focus sur

Ranger / Supprimer l'inutile / être rigoureux

22

For internal use - Confidential

Optimiser l'espace de travail

Optimiser l'espace de travail au moyen de solutions de contrôles

23

For internal use - Confidential

1. Installer des alertes

- Utiliser une sonde de température

- Surveiller la vitesse de l'air

2. Evaluation du problème

- Sensibilité à la dérive de la température

- Sensible aux courants d'air.

3. Réduction de l'impact

- Stabiliser la température au laboratoire,

entre 20 °C et 24 °C

- Flux d'air vitesse < 0.3 m/s

4. Analyse des causes

- Contrôler les effets de l'air conditionné

- contrôler les systèmes de ventilation de la

hotte aspirante (Turbulence)

5. Prévention utiliser un parebrise

- Pas de points chauds

- Pas de vibrations

- Table de pesée

6. - Utiliser un plateau SmartPan

Temps de mesure Répétabilité

Programme 25

For internal use - Confidential

1 Etalonnage des balances

2 Pesée minimale

3 Utilisation des microbalances

4 Bonnes pratiques de pesage

5 Influences physiques

6 Optimiser les performances de pesage

7

8

9

26

Université des Sciences : environnement de

travail

(AFHB) Suisse

Influences physiques :

Charges électrostatiques

Poussée aérostatique

Température

Humidité de l’air

Lien hypertexte

P

27Influences physiques : Poussée aérostatique

▪ Exemple:

- Une masse de 100g set déposée sur le plateau de la

balance

- L’équilibre est réalisé avec de l’eau

- La poussée aérostatique égale au poids du volume d’air

déplacé s’exerce sur les deux produits

- Une cloche est placée sur l’ensemble

- Le vide est créé dans la cloche

- Dans le vide, la poussée aérostatique disparait

- Le fléau penche du coté de la masse volumique la plus

faible

28Influences physiques : Masse volumique de l’air

▪ La prise en compte de la valeur da la masse

volumique de l’air doit être appliquée si :

- La pesée différentielle est réalisée avec un

intervalle de temps important.

- La valeur à mesurer est très faible: Pesée de

filtres ou contrôle de pipettes

Solution

Peser dans le vide — généralement pas

faisable en laboratoire.

Utiliser une formule de calcul de

correction de poussée aérostatique pour

avoir la masse vraie.

Wm

a

c

a

1

1

where

m mass of object weighed

W weighing value (“weight”) read from the balance

a density of the air (at the time of weighing)

c conventional object density: 8000 kg/m3 (8 g/cm3 )

density of the object weighed

Poussée

aérostatique

Poids

Programme 29

For internal use - Confidential

1 Etalonnage des balances

2 Pesée minimale

3 Utilisation des microbalances

4 Bonnes pratiques de pesage

5 Influences physiques

6 Optimiser les performances de pesage

7

8

9

30Amélioration du processus de pesage

L’électrode ionisante de type ‘Barreau’ installée

sur les balances XP Analytiques permet de

décharger les containers et les produits difficiles .

La stabilité de la pesée est immédiate

Fiabilité et rapidité du résultat de la pesée

L’électrode en U installée devant la porte de la

cage de pesée permet de décharger les containers

et les produits difficiles .

La stabilité de la pesée est immédiate

Les accessoires Ergoclip font office de cage

de Faraday et protègent de l’effet des charges

électrostatiques présentent

31Comment améliorer les performances de pesage

De combien la porte MinWeigh & ErgoClip Fiole peuvent améliorer les performances de pesage ?

32Balance d'analyse + Porte MinWeigh & ErgoClip Fiole

Bechers: 25, 50, 100 et 250 ml + Une masse de 10g

Valeur limite de répétabilité

(Tolérance constructeur)

Même avec de grands

récipients de tare la

répérabilité est

nettement meilleur!!

Test de répétabilité avec différents récipients de tare + masse de 10g

Fioles: 5, 10, 25, 50 et 100 ml + Une masse de 10g

Résultats de répétabilité

avec seulement une

masse étalon.

Répétabilité sans porte

MinWeigh & ErgoClip fiole

Poids des récipients g

Répéta

bili

té m

g

33Microbalance + porte MinWeigh & ErgoClip Fiole

Bechers: 25 et 50 ml + Une masse de 1g

Fioles: 5 et 10 ml + Une masse de 1g

Valeur limite de répétabilité

Résultat de répétabilité

avec seulement une

masse étalon.

Répétabilité sans porte

MinWeigh micro+ ErgoClip

fiole micro

Avec les récipients de

tare, la répétabilité reste

la même que celle faite

avec seulement une

masse!

Test de répétabilité avec différents récipients de tare + Une masse de 1g

Répéta

bili

té m

g

Poids des récipients g

Améliorer les résultats de pesage

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Pierre Girault

Balances de précision et micro balances

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