Metrologie

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LST SPI

Introduction à la Métrologie

Séminaire animé par

Hassan EL IDRISSI

Enseignant Chercheur Mohammedia 9 février 2015

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Sommaire

Chapitre I Historique de la mesure

Chapitre II Vocabulaire International de Métrologie

Chapitre III Système International d’unités

Chapitre IV Mesure, Erreur et Incertitude

Chapitre V Métrologie et Qualité

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1- Quelles étaient les unités de mesure avant l’apparition du système

usuel ou MKSA? Citez quelques uns.

2. Quels sont les problèmes engendrés par les anciens systèmes de

mesure?

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Historique de la mesureEn France, Avant la révolution.

On distingue :

les mesures de longueur

les mesures de surfaces

les mesures de capacité

les poids

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Historique de la mesureMesures de longueur

Le pied de roi

le pouce

la ligne

le point

L'aune

La brasse

La toise

La canne

Le pas

La perche de Paris La Perche ordinaire La perche des eaux et forêts

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Historique de la mesureMesures de surface

Le journal

Le journal de Paris Le journal de Bordeaux

L'arpent

La perche des forêts La perche de Paris

La toise carrée

Le pied carré

Le pouce carré

La verge

L'acre

L'ânée

Le bonnier

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Historique de la mesureMesures de capacité

Le litron

Le boisseau "creux de la main".

Le boisseau de Paris : environ 16 litrons, soit 13 litres

Le boisseau de Bordeaux : 78,808 litres

Le boisseau de Saint-Brieuc : 33,86 litres

Le setier

Le minot

Le muid

L'hémine

La foudre

Le scandal : de 12 à 20 litres en Provence, selon les localités.

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Historique de la mesurePoids

La livre:489,5 grammes

L'once

le gros

le quarteron

Le grain : 53 mg., soit 0,053 g.

Le denier ou scrupule : 24 grains, soit 1,275 g.

Le quintal : 100 livres, soit 48,95 kg.

Le millier : 1 000 livres, soit 489,5 kg.

Le tonneau de mer : 2 000 livres, soit 979 kg.

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Historique de la mesure

Avant la Révolution Française :Les mesures ont été caractérisés par :

Instabilité dans le temps, variabilité d'une région à l'autre, complexité de conversions,

Parmi Les revendications du peuple9 :

Unification de la mesure

Après La révolution

Lors de la séance du 9 mai 1790

l'Assemblée Nationale décréta la suppression des anciennes unités

et la création d'un système stable, uniforme et simple :

le système métrique devenu par la suite le système international

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Chapitre II

VIM

1- Qu’est ce qu’il faut faire pour avoir un langage commun de mesure.

2- Comment le faire?

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Sommaire






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Vocabulaire International de Métrologie

1. La métrologie peut se définir comme étant " la science de la mesure associée à

l’évaluation de son incertitude ". La spécificité de la discipline métrologique n’est pas

dans la mesure elle-même, mais dans la validation du résultat.

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2. Une grandeur (mesurable) est définie comme attribut d'un phénomène, d'un corps

ou d'une substance, qui est susceptible d'être distinguée qualitativement et

déterminée quantitativement. C’est aussi un Paramètre qui doit être contrôlé lors de

l'élaboration d'un produit ou de son transfert.

Exemple : pression, température, niveau.

Les grandeurs qui peuvent être classées les unes par rapport aux autres en ordre

croissant (ou décroissant) sont appelées grandeurs de même nature.

Les grandeurs de même nature peuvent être groupées ensemble en catégories de

grandeurs, par exemple : travail, chaleur, énergie ou épaisseur, circonférence,

longueur d'onde

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Vocabulaire International de Métrologie3. L'unité de mesure est une grandeur particulière, définie et adoptée par convention, à

laquelle on compare les autres grandeurs de même nature pour les exprimer

quantitativement par rapport à cette grandeur.

4. Les Unités du SI Portent des noms conventionnels dont les symboles sont également

conventionnels.

5. Le mesurage : L'ensemble d'opérations ayant pour but de déterminer une valeur

d'une grandeur.

6. La mesurande : La grandeur particulière soumise à mesurage.

7. La mesure (x) : C'est l'évaluation d'une grandeur par comparaison avec une autre

grandeur de même nature prise pour unité.

Exemple : 2 mètres, 400 grammes, 6 secondes.

Remarque : On ne peut pas mesurer des grammes avec des mètres, ce n'est pas

Homogène.

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8. L'incertitude (dx) : Le résultat de la mesure x d'une grandeur X n'est pas

complètement défini par un seul nombre. Il faut au moins la caractériser par un

couple (x, dx) et une unité de mesure. dx est l'incertitude sur x. Les incertitudes

proviennent des différentes erreurs liées à la mesure.

Ainsi, on a : x-dx < X < x+dx

Exemple : 3 cm ±10%, ou 5 m ± 1 cm.

Elle est associée au résultat d'un mesurage, qui caractérise la dispersion des valeurs

qui pourraient être raisonnablement être attribuées au mesurande.

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9. Erreur absolue (e) :

Résultat d'un mesurage moins valeur vraie du mesurande. Une erreur absolue s'exprime

dans l'unité de la mesure.

e = x - X

Exemple : Une erreur de 10 cm sur une mesure de distance.

10. Erreur relative (e r) :

Rapport de l'erreur de mesure à une valeur vraie de mesurande. Une erreur relative

s'exprime généralement en pourcentage de la grandeur mesurée.

e r = e/X

er% = 100 er

Exemple : Une erreur de 10 % sur une mesure de distance (10 % de la distance réelle)

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11. Un étalon est défini comme mesure matérialisée, appareil de mesure, matériau de

référence destiné à définir, réaliser, conserver ou reproduire une unité ou une ou

plusieurs valeurs d'une grandeur pour servir de référence.

Exemples d’étalons:

- Le Kilogramme

- Le mètre

- La candela

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Vocabulaire International de MétrologieExemples ETALON

Histoire du Kilogramme

le 10 décembre 1799 : le Kilogramme en platine, étalon de référence, est déposé

aux Archives de Paris.

Le 1er janvier 1840, les mesures du système métrique deviennent les seules mesures

légales (loi du 4 juillet 1837).

Installé à Sèvres, le Bureau International des Poids et Mesures BIPM étudia

alors les prototypes internationaux et nationaux du kilogramme. "Afin d'unifier une

valeur de référence parfaite et éternelle, à tous les temps et peuples", le kilogramme

sera proposé aux nations du monde entier. Métrologie sans frontière

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Histoire du Kilogramme

"Le grand K", ou étalon historique du kilogramme, a permis, à partir de 1889,

l'établissement des étalons nationaux et internationaux. Répartis dans les différents

États ayant adopté le système métrique devenu le Système International d'unités

(SI). Ces étalons de masse sont en platine iridié.

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La Candela Cd: Intensité lumineuse

Cette lampe, d'apparence un peu désuète et pour le moins inhabituelle, matérialise et conserve l'une des sept unités de base du Système International : la candela

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On définit plusieurs types d'étalons :

12. Étalon primaire :

Étalon qui est désigné ou largement reconnu comme présentant les plus hautes qualités

métrologiques et dont la valeur est établie sans se référer à d'autres étalons de la même

grandeur.

13. Étalon de référence :

Étalon, en général de la plus haute qualité métrologique disponible en un lieu donné ou

dans une organisation donnée, dont dérivent les mesurages qui y sont faits.

14. Étalon de transfert :

Étalon utilisé comme intermédiaire pour comparer entre eux des étalons.

Note :Le terme dispositif de transfert doit être utilisé lorsque l'intermédiaire n'est pas un

étalon.

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15. Étalon de travail :

Étalon qui est utilisé couramment pour étalonner ou contrôler des mesures

matérialisées, des appareils de mesure ou des matériaux de référence.

Notes :

Un étalon de travail est habituellement étalonné par rapport à un étalon de référence.

Un étalon de travail utilisé couramment pour s'assurer que les mesures sont

effectuées correctement est appelé étalon de contrôle.

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Vocabulaire International de Métrologie16. L'étalonnage est l'ensemble des opérations établissant dans des conditions

spécifiées, la relation entre les valeurs de la grandeur indiquées par un appareil de

mesure ou un système de mesure, ou les valeurs représentées par une mesure

matérialisée ou par un matériau de référence et les valeurs correspondantes de la

grandeur réalisées par des étalons.

Note :

1 Le résultat d'un étalonnage permet soit d'attribuer aux indications les valeurs

correspondantes du mesurande, soit de déterminer les corrections à appliquer aux

indications.

2 Un étalonnage peut aussi servir à déterminer d'autres propriétés métrologiques telles

que les effets de grandeurs d'influence.

3 Le résultat d'un étalonnage peut être consigné dans un document parfois appelé

certificat d'étalonnage ou rapport d'étalonnage.

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17. Matériau de référence : Matériau ou substance dont une (ou plusieurs) valeur(s) de

la (des) propriété(s) est (sont) suffisamment homogène(s) et bien définie(s) pour

permettre de l'utiliser pour l'étalonnage d'un appareil, l'évaluation d'une méthode de

mesurage ou l'attribution de valeurs aux matériaux.

18. Matériau de référence certifié : Matériau de référence, accompagné d'un certificat,

dont une (ou plusieurs) valeur(s) de la (des) propriété(s) est (sont) certifiée(s) par

une procédure qui établit son raccordement à une réalisation exacte de l'unité dans

laquelle les valeurs de propriété sont exprimées et pour laquelle chaque valeur

certifiée est accompagnée d'une incertitude à un niveau de confiance indiqué.

19. Essais : Ensemble d'opérations, également accompagnées fréquemment de

mesurages, pour la détermination des propriétés de produits.

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20. Mesure matérialisée :

Grandeur de mesure matérialisée servant à la reproduction ou dissémination d'une ou

plusieurs valeurs d'une grandeur de mesure (mesure à traits, volume, poids, résistance,

appareil mesureur, etc.).

21. Instrument de mesure :

Dispositif destiné à être utilisé pour faire des mesurages, seul ou associé à un ou

plusieurs dispositifs annexes.

22. Instruments d’essais :

Instruments de mesure et moyens auxiliaires nécessaires aux essais ainsi que d’une

manière générale les dispositifs servant à déterminer une caractéristique d’un produit ou

d’un matériau. Les moyens auxiliaires comprennent en particulier l’infrastructure

métrologique nécessaire à l’exploitation des instruments de mesure.

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23. Les normes sont des accords documentés contenant des spécifications techniques

ou autres critères précis destinés à être utilisés systématiquement en tant que règles,

lignes directrices ou définitions de caractéristiques pour assurer que des matériaux,

produits, processus et services sont aptes à leur emploi.

24. Un contrôle consiste à mesurer, examiner, essayer ou passer au calibre une ou

plusieurs caractéristiques d'un instrument de mesure, et de comparer les résultats aux

exigences spécifiées en vue de déterminer si la conformité est obtenue pour chacune

de ces caractéristiques.

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Sommaire






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Système International d'unités

Objectif : Le Système International d'Unités a pour objet une meilleure uniformité,

donc une meilleure compréhension mutuelle dans l'usage général de la mesure.

Unités de Base : Le Système International d'unités est un système cohérent d'unités

qui comporte des unités de base et des unités dérivées. Les 7 unités de base sont à

considérer comme indépendantes du point de vue dimensionnel. Le SI donne

également des recommandations concernant les règles conventionnelles pour

l'écriture des unités et des symboles.

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Grandeur Unité Symbole

Longueur mètre m

Masse kilogramme kg

Temps seconde s

Intensité de courant électrique ampère A André-Marie Ampère (1775-1836)

Température thermodynamique kelvin K Lord Kelvin, Angleterre (1824-1907)

Quantité de matière mole mol

Intensité lumineuse candela cd


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Système International d'unités1. Unité de longueur : le mètre (m) Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le

vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 de seconde.

Définition de la 17 ème Conférence Générale des Poids et Mesures de 1983

2. Unité de masse : le kilogramme (kg)

Le kilogramme est l'unité de masse. Il est égal à la masse du prototype international du

kilogramme.

Définition de la 1 ère CGPM de 1889 et de la 3 ème CGPM de 1901

3. Unité de temps : la seconde (s)

La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la

transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium

133.

Définition de la 13 ème CGPM de 1967

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Système International d'unités4. Unité de courant électrique : l'ampère (A)

L'ampère est l'intensité d'un courant constant qui, maintenu dans deux conducteurs

parallèles, rectilignes, de longueur infinie, de section circulaire négligeable et placés

à une distance de un mètre l'un de l'autre dans le vide produirait entre ces

conducteurs une force égale à 2.10 -7 newton par mètre de longueur.

Définition du CIPM en 1946 et approuvée par la 9 ème CGPM de 1948.

5. Unité de température thermodynamique : le kelvin (K)

Le kelvin, unité de température thermodynamique, est la fraction 1/273,16 de la

température thermodynamique du point triple de l'eau.

Définition de la 13 ème CGPM de 1967.

Il est décidé également par la 13 ème CGPM que l'unité kelvin et son symbole K

sont utilisés pour exprimer un intervalle ou une différence de température.

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6. Unité de quantité de matière : la mole (mol)

La mole est la quantité de matière d'un système contenant autant d'entités élémentaires

qu'il y a d'atomes dans 0,012 kilogramme de Carbonne 12.

Lorsque l'on emploie la mole, les entités élémentaires doivent être spécifiées et peuvent

être des atomes, des molécules, des ions, des électrons, d'autres particules ou des

groupements spécifiés de telles particules.


7. Unité d'intensité lumineuse : la candela

La candela est l'intensité lumineuse, dans une direction donnée, d'une source qui émet

un rayonnement monochromatique de fréquence 540.10 12 hertz et dont l'intensité

énergétique dans cette direction est de 1/683 watt par stéradian


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Système International d'unitésUnités Dérivées

Grandeur Unité Symbole

Fréquence hertz Hz Heinrich Hertz, Allemagne (1857-1894)

Force newton N Issac Newton, Angleterre (1642-1727)

Pression, contrainte pascal Pa Blaise Pascal, France (1623-1662)

Energie, travail joule J James Joule, Angleterre (1818-1889)

Puissance, flux énergétique watt W James Watt, Ecosse (1736-1819)

Quantité d'électricité,Charge électrique coulomb C Charles de Coulomb, France (1736-1806)

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Potentiel électrique, tensionélectrique, force électromotrice volt V Alexandro Volta, Italie (1745-1827)

Capacité électrique farad F Michael Faraday, Angleterre (1791-1867)

Résistance électrique ohm Geoges Ohm, Allemagne (1789-1854)

Flux d'induction magnétique weber Wb Wilhelm Weber, Allemagne (1816-1892)

Induction magnétique tesla T Nicola Tesla, Yougoslavie (1857-1943)

Inductance henry H Joseph Henry, Etats Unis (1797-1878)

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Flux lumineux lumen lm

Eclairement lumineux lux lx

Activité d'un radionucléide becquerel Bq Henry Becquerel, France (1852-1908)

Dose absorbée,énergie communiquée massique, kerma, indice de dose absorbée

gray Gy L. A.Gray, Angleterere (1905-1965)

Equivalent de dose sievert Sv Rolf Sievert, Suède (1896-1966)

Température (échelle celcius) Degré Celsius °C Anders Celsius, Suède (1701-1744)

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Liens entre les unités S.I. et celles employées dans d'autres pays (USA)

Distances :

pouce (inch) : 1 in. = 2,54 cm

pied (foot) : 1 ft = 12 in = 30,48 cm

mile (miles) = 5280 ft = 1,609 km

Volume :

pinte (pint) = 0,94 l

gallon (US gallon) : 1 USgal = 4 pintes = 3,786 l

baril (US barrel) : 1 bbi = 42 USgal = 159 l

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Liens entre les unités S.I. et celles employées dans d'autres pays (USA)

Masse :

once (ounce) : 1 oz = 28,35 g

livre (pound) : 1 lb = 0,454 kg

Puissance :

cheval vapeur (horsepower) : 1 hp = 0,7457 kW = 1 CV

Cheval-vapeur européen = 0,736 kW.

Autres unités

1 m3 = 1000 l 1 l = 1 dm3 1are = 100m2 1 ha = 10 000 m2 1 h = 3600 s

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Système International d'unitésFormation des multiples des unités

FACTEURS PREFIXES SYMBOLES

10 24 yotta Y

1021 zetta Z

1018 exa E

1015 peta P

1012 téra T

109 giga G

106 méga M

103 kilo k

102 hecto h

101 déca da

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Système International d'unitésFormation des sous multiples des unités

FACTEURS PREFIXES SYMBOLES

10 -24 yocto y

10-21 zepto z

10-18 atto a

10-15 femto f

10-12 pico p

10-9 nano n

10-6 micro µ

10-3 milli m

10-2 centi c

10-1 déci d

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Sommaire






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Mesure, Erreur et IncertitudeMéthode de mesure

Fondée sur un principe de mesure, une méthode de mesure décrit l’ensemble des

opérations nécessaires à la réalisation du mesurage. On lui associe un mode opératoire

qui spécifie les différentes opérations lors de l’exécution de la méthode de mesure

Classement des Méthodes de mesure.

1 Classement selon le principe de la méthode

2 Classement selon la nature du dispositif indicateur

3 Classement selon l’intervention de l’expérimentateur

4 Classement selon l’effet sur la grandeur mesurée

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Mesure, Erreur et Incertitude Classement selon le principe de la méthode

a) Méthode de mesure directe

La valeur de la grandeur mesurée est obtenue directement

Exemples : mesurage d’une longueur avec une règle à traits

Mesurage d’un volume à l’aide d’une éprouvette graduée

b) Méthode de mesure indirecte

Ce sont d’autres grandeurs directement mesurées qui permettent de déterminer la

grandeur soumise à mesurage

Exemple : mesure d’une température à l’aide d’un thermocouple

Mesurage de la résistivité d’un conducteur par détermination de sa résistance, de sa

longueur et de sa section

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Mesure, Erreur et Incertitude Classement selon le principe de la méthode

c) Méthode de mesure selon définition

le principe de la méthode est fondé sur la définition de la grandeur à mesurer.

Exemple : mesurage d’une pression par détermination de la force appliquée et la

surface sur laquelle cette force agit.

d) Méthode de mesure fondamentale

la grandeur à mesurer est déterminée par mesurage d’une des grandeurs de base

correspondantes.

Exemple : Méthode de mesure fondamentale de l’accélération due à la pesanteur est

fondée sur l’intervalle de temps mis par un corps pour parcourir une hauteur

déterminée en chute libre

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Mesure, Erreur et IncertitudeClassement selon le principe de la méthode

e) Méthode de mesure par comparaison

Elle fait appel à une même grandeur de valeur connue voisine de celle de la

grandeur mesurée.

f) Méthode de mesure différentielle

le mesurage porte sur la différence entre grandeur connue et grandeur inconnue de

même nature.

Exemples : mesurage d’une longueur avec des cales étalons et un micromètre

g) Méthode de zéro

On oppose par un artifice quelconque, la valeur du mesurande à une valeur réglable.

On s’aperçoit de la compensation exacte par un détecteur d’écart.

Exemples : pesée avec balance à bras égaux; mesure de résistance avec pont de

Wheastone

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Mesure, Erreur et IncertitudeClassement selon la nature du dispositif indicateur

La valeur de la grandeur mesurée peut être déterminée par la déviation d’un

dispositif indicateur : méthode de mesure par déviation

Exemples :

- Mesurage d’une pression à l’aide d’un manomètre de bourdon

- Mesurage d’une intensité de courant électrique à l’aide d’un ampèremètre

analogique

- Mesurage de la vitesse de rotation d’un moteur à laide d’un tachymètre à cadran

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Mesure, Erreur et IncertitudeClassement selon l’intervention de l’expérimentateur

la valeur de la grandeur à mesurer est déterminée au moyen des organes des sens

d’un ou de plusieurs observateurs : méthodes subjectives

exemples : mesurage de la rugosité d’une surface

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Mesure, Erreur et IncertitudeClassement selon l’effet sur la grandeur mesurée

Une méthode de mesure peut être destructive ou non par opposition aux méthode par

contact

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Mesure, Erreur et IncertitudeLes différentes erreurs possibles

On distingue 3 types d’erreurs

a) Les erreurs systématiques :

Ce sont des erreurs reproductibles reliées à leur cause par une loi physique, donc

susceptible d'être éliminées par des corrections convenables.

b) Les erreurs aléatoires :

Ce sont des erreurs, non reproductibles, qui obéissent à des lois statistiques.

c) Les erreurs accidentelles :

Elles résultent d'une fausse manœuvre, d'un mauvais emploi ou de

dysfonctionnement de l'appareil. Elles ne sont généralement pas prises en compte

dans la détermination de la mesure.

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Mesure, Erreur et IncertitudeLes types d'erreurs classiques

L'erreur de zéro (offset)

Erreur de zéro = Valeur de x quand X = 0.

L'erreur d'échelle (gain)C'est une erreur qui dépend de façon linéaire de la grandeur mesurée.Erreur de gain = 20 log(x/X)

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Mesure, Erreur et IncertitudeLes types d'erreurs classiques

L'erreur de non linéarité

La caractéristique n'est pas une droite.

L'erreur d'hystérésis

Il y a phénomène d'hystérésis lorsque

le résultat de la mesure dépend de

la précédente mesure.

L'erreur de mobilité

La caractéristique est en escalier, cette erreur

est souvent due à une numérisation du signal.

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Mesure, Erreur et IncertitudeChaîne de mesure : ses caractéristiques

Principe d'une chaîne de mesure

La structure de base d'une chaîne de mesure comprend au minimum trois étages :

Un capteur sensible aux variations d'une grandeur physique et qui,à partir de ces

variations, délivre un signal.

Un conditionneur de signaux dont le rôle principal est l'amplification du signal

délivré par le capteur pour lui donner un niveau compatible avec l'unité de

visualisation ou d'utilisation ; cet étage peut parfois intégrer un filtre qui réduit les

perturbations présentes sur le signal.

Une unité de visualisation et/ou d'utilisation qui permet de lire la valeur de la

grandeur et/ou de l'exploiter dans le cas d'un asservissement, par exemple.

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Mesure, Erreur et IncertitudeGamme de mesure - Étendue de mesure

La gamme de mesure, c'est l'ensemble des valeurs du mesurande pour lesquelles un

instrument de mesure est supposée fournir une mesure correcte.

L'étendue de mesure correspond à la différence entre la valeur maximale et la

valeur minimale de la gamme de mesure.

Pour les appareils à gamme de mesure réglable, la valeur maximale de l'étendue de

mesure est appelée pleine échelle.

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Mesure, Erreur et IncertitudeCaractéristiques d’une Chaîne de mesure

Rangeabilité

On définit la rangeabilité par le rapport minimum entre l'étendue de mesure et la

pleine échelle.

Courbe d'étalonnage

Elle est propre à chaque appareil. Elle permet de transformer la mesure brute en

mesure corrigée. Elle est obtenue en soumettant l'instrument à une valeur vraie de la

grandeur à mesurer, fournie par un appareil étalon, et en lisant avec précision la

mesure brute qu'il donne.

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Sensibilité Soit X la grandeur à mesurer, x l'indication ou le signal fourni par

l'appareil. À toutes valeurs de X, appartenant à l'étendue de mesure, correspond une

valeur de x. x = f(X)

La sensibilité autour d'une valeur de X est le quotient m :

Si la fonction est linéaire, la sensibilité de l'appareil est constante.

Lorsque x et X sont de même nature, m qui est alors sans dimension peut être appelé

gain. Il s'exprime généralement en dB.

gain (en dB) = 20 log (m)

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Classe de précision

La classe d'un appareil de mesure correspond à la valeur en % du rapport entre la

plus grande erreur possible sur l'étendue de mesure.

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Résolution

Le plus petit écart détectable par un instrument de mesure.

Lorsque l'appareil de mesure est un appareil numérique, on définit la résolution par

la formule suivante :

Finesse

Elle qualifie l'incidence de l'instrument de mesure sur le phénomène mesuré.

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Rapidité, temps de réponse

Le temps de montée c'est le temps nécessaire pour que la mesure croisse, entre 10%

et 90% de sa variation totale. Le temps de réponse à 10 %, c'est le temps nécessaire

pour que la mesure croisse, à partir de sa valeur initiale jusqu'a rester entre 90 % et

110 % de sa variation totale.

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Bande passante

La bande passante est la bande

de fréquence pour laquelle

le gain du capteur reste

maximum ( Gain à –3 db).

Le gain du capteur est

le rapport x/X généralement

exprimé en db.

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Grandeur d'influence et compensation

On appelle grandeur d'influence, toutes les grandeurs physiques autres que la

grandeur à mesurer, susceptibles de perturber la mesure. Généralement les capteurs

industriels sont compensés, un dispositif interne au capteur limite l'influence des

grandeurs perturbatrices.

exemple : La température dans une mesure de force

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Mesure, Erreur et IncertitudeTraitement statistique des mesures

Moyenne, écart type

Les erreurs entraînent une dispersion des résultats lors de mesures répétées. Leur

traitement statistique permet de connaître la valeur la plus probable de la grandeur

mesurée, et de fixer les limites de l'incertitude. Lorsque la mesure d'une même

grandeur X a été répété n fois, donnant les résultats : x1, x2... xn,

La valeur moyenne est définie par :

Une indication de la dispersion de ces résultats est donnée par l'écart-type :

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Mesure, Erreur et IncertitudeTraitement statistique des mesures

Lorsque les erreurs accidentelles affectant les différentes mesures sont

indépendantes, la probabilité d'apparition des différents résultats satisfait

habituellement à la loi normale dite encore loi de Gauss :

La valeur la plus probable est la valeur moyenne des mesures:

En général on prend une incertitude égale à 3 fois l’écart type:

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La fidélité est la qualité d'un appareillage

de mesure dont les erreurs sont faibles.

L'écart-type est souvent considéré

comme l'erreur de fidélité.

Un instrument est d'autant plus juste

que la valeur moyenne est proche

de la valeur vraie.

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Précision:

Un appareil précis est à la fois fidèle et juste.

En pratique, la précision est une donnée

qui fixe globalement l'erreur maximum

(en + ou en -) pouvant être commise lors

d'une mesure. Elle est généralement

exprimée en % de l'étendue de mesure.

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Sommaire






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Métrologie et qualité

La métrologie est une trois piliers institutionnels de la qualité:

normalisation, certification, métrologie

les équipements de mesure seront des points de passage obligés ;

- point de passage pour l’obtention de la qualité du produit (norme ISO 9004, chapitre

13) ;

- point de passage pour la maîtrise des équipements de mesure (normes ISO 9001 et

ISO 9002, chap 4-11 ou ISO 100012, partie 1).

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la qualité repose essentiellement sur la mesure qui doit:

- avoir des références indiscutables

- être significative, qu’elle ait le même sens partout et pour tous, hier, aujourd’hui et

demain.

Dans ce sens, on trouve dans toutes les normes relative à la qualité, des exigences

concernant le raccordement aux étalons nationaux.

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On distingue 3 aspects de la métrologie

1- la métrologie légale

2- la métrologie scientifique

3- la métrologie industriélle

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Métrologie et qualité1- La métrologie légale

l’Etat à exercer un rôle actif:

il contrôle, régule, veille à la sécurité.

Comment?

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Métrologie et qualité1- La métrologie légale

La métrologie légale est l’activité par laquelle l’Etat décide d’intervenir par voie

réglementaire : Lois, décrets, décrets d’applications, notes de services,…

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Métrologie et qualitéOrganisation de la Métrologie au Maroc

Cadre réglementaire: Loi N°2-79 relative aux unités de mesure promulguée par le

dahir n°1-86-193 du 31/12/1986, Décret N°2-79-144 du 14/4/1987 relatif au

contrôle des instruments de mesure, Arrêtés définissant les caractéristiques et les

conditions d’exactitude auxquelles doivent satisfaire les instruments neufs ou

réparés et les instruments en service. Le système de métrologie national est assuré

par le Ministère de l’Industrie, du Commerce et de l’Artisanat.

Principales missions : - Élaborer la stratégie nationale de métrologie légale,

- Entretenir les compétences nécessaires à l’exercice de la mission et veiller à leur

transmission aux organismes de contrôle

- Élaborer les réglementations relatives aux instruments concernés,

- Promouvoir la métrologie dans les industries

- Coordonner et piloter l’ensemble des activités relatives à la métrologie .

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Métrologie et qualité2- La Métrologie Scientifique

Elle consiste à

rechercher, développer, maîtriser, connaître

les techniques permettant de relier les appareils de mesure aux étalons primaires sans

discontinuité et avec le minimum de perte de précision. Le raccordement se réalise à

l’aide de la chaîne d’étalonnage ( traçabilité ).

L’étalonnage permet alors d’éviter les désaccords sur les mesures, causes de nombreux

litiges dans l’industrie.

Le résultat d’un étalonnage est toujours consigné dans le certificat ou rapport

d’étalonnage.

Qui est habilité à faire ces étalonnages?

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Métrologie et qualité2- La Métrologie Scientifique

Chaîne d’Étalonnage

la plupart des pays adoptent le système à trois niveaux faisant appel à trois type de

laboratoires.

- laboratoire primaire (niveau 1) ;

- laboratoire d’étalonnage secondaire (niveau 2) ;

- laboratoire de métrologie d’entreprises (niveau 3).

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Exemple Organisation d'une chaîne d'étalonnage en France Conservation et amélioration des étalons

Étalon national

BUREAU NATIONAL DE MÉTROLOGIE (BNM).

conservation et améliorations des étalons nationaux.

étalonnage des références des centres d'étalonnage agréés.

tutelle technique de la chaîne d'étalonnage.

Diffusion de la métrologie

Étalon de référence

Laboratoire ou organisme public délivrant des certificats officiels d'étalonnage :

raccordement des références des utilisateurs aux étalons nationaux,

conseil, formation et assistance technique.


Laboratoire d'une société ou d'un organisme dont le potentiel technique est reconnu officiellement par le COFRAC Section Étalonnage :

étalonnage des étalons de référence et des instruments de mesure,

conseil, formation et assistance technique.


Chaîne d'étalonnage dans l'entreprise ou le service (si l'entreprise est elle même SMH, la chaîne est simplifiée).

Étalon de travail

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Métrologie et qualité3- La Métrologie Industrielle

- l’entreprise doit mettre en place une véritable gestion des moyens de mesure,

- l’entreprise doit s’assurer que l’ensemble des équipements de mesure se trouve à

l’intérieur des limites d’erreurs tolérées.

Une bonne gestion des équipements de mesure dans une entreprise, nécessite de

prendre en compte :

a/ L’analyse du besoin et le choix des équipements

b/ La réception, la mise en service et le suivi des moyens

c/ L’étalonnage, la vérification

d/ Le raccordement aux étalons nationaux ou internationaux

Comment réaliser ces taches en industrie? Laboratoire local de …………..

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Métrologie et qualitéOrganismes Internationaux de Métrologie

1) Bureau International des Poids et Mesures (BIPM):

La nécessité d’universalité et d’unification des mesures impliquait l’existence d’une

organisation internationale indépendante chargée de créer un ensemble de références

précises, acceptées par tout le monde et accessibles dans tous les domaines où la

mesure est nécessaire. Il s’agit du Bureau International des Poids et Mesures

(BIPM). Il a été créé le 20 Mai 1875 sur un accord entre plusieurs pays. Les états

représentés s’engagent à utiliser et à diffuser le système métrique en vue de

concourir à l’uniformité des mesures dans le monde.

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Métrologie et qualitéOrganismes Internationaux de Métrologie

2) Organisation Internationale de la Métrologie Légale (OIML):

Elle a été créée en 1955, son siège est situé à Paris. Cette organisation est chargée

d’harmoniser au niveau international les règlements métrologiques, les méthodes et

les moyens de contrôle des instruments. Le Maroc est un état membre de cette

organisation.

L’OIML produit des recommandations internationales qui définissent les

performances à atteindre par les instruments. Les pays peuvent ensuite fonder leur

propre réglementation sur ces recommandations internationales.

3) BNM (Bureau National de Métrologie, France) ;

4) PTB (Physikalich - Techniche -Bundesansblt, Allemagne) ;

5) OBE (Organisation Belge d’Etalonnage, Belgique) ;

6) NAMAS (National Mesurement Accréditation Service, Grande Bretagne).

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Métrologie et qualitéNormalisation des instruments de mesure

Un comité de normalisation des instruments de mesure est institué afin de répondre

aux besoins des industriels dans le domaine de la métrologie. Ce comité adopte des

normes dans les domaines suivants:

généralités et définitions de la métrologie

mesure dimensionnelle

mesure de masse

mesure physico-chimique

mesure de température

mesure de pression

mesure de vitesse

mesure de volume et de débit

Les entreprises intéressées peuvent s’adjoindre à ce comité

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METROLOGIE QUALITE Normalisation des instruments de mesure

Logo de la norme marocaine

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La liste des normes adoptée par ce comité est la suivante : CODE MAROCAIN

CORRESPONDANCE DESIGNATION

NM 15.0.001 NF X 07-001 Vocabulaire international des termes fondamentaux et généraux de métrologie

NM 15.0.002 NF X 02-001 Principes généraux concernant les grandeurs, les unités et les symboles

NM 15.0.003 NF X 07-010 La fonction métrologique dans l’entreprise NM 15.0.004 FD X 07-011 Constat de vérification des moyens de mesure NM 15.0.005 FD X 07-015 Métrologie dans l’entreprise : -raccordement des résultats de

mesure aux étalons (NM ISO 0012-1) NM 15.0.006

ISO 10012-1 Exigences d’assurance de la qualité des équipements de mesure

NM 15.0.007 NF E 10-022 Fiche de vie NM 15.0.008 FD X 07-016 Modalités pratiques pour l’établissement des procédures

d’étalonnage et de vérification des moyens de mesure NM 15.0.009 NF X 06-044 Détermination de l’incertitude associée au résultat final NM 15.0.010 X 06-045 Application de la statistique - Traitement des résultats e mesure -

Utilisation de grandeurs de référence dans les méthodes de mesure

NM 15.0.011 NF E 02-240 Vérification des tolérances des produits - Déclaration de conformité

NM 15.0.012 E 04-560 Dessins techniques - Cotation et tolérancement - Vocabulaire NM 15.0.013 X 06-050 Application de la statistique - Etude de la normalité d’une

distribution NM 15.0.017 E 03 - 000 Filetages-définition des termes usuels - Termes particuliers aux

filetages triangulaires, cylindriques et coniques NM 15.0.018 E 03-110 Filetages - Méthodes de mesure directe NM 15.0.019 NF E 03-152 Filetage métrique à filet triangulaire - Vérification des filetages

par calibres à limites - Vérificateurs filetés du filetage extérieur NM 15.0.020 NF E 03-151 Filetages métriques à filet triangulaire - Vérification des

filetages par calibres à limites - Généralités NM 15.0.021 E 03-153 Filetages M et FT - Vérificateurs filetés de taraudage -

Tolérances de pièces selon NF E 03-051(ISO 965/1 et 2) NM 15.0.022 E 03-154 Filetages métriques à filet triangulaire - Vérificateurs lisses de la

vis et du taraudage NM 15.0.023 NF E 02-202 Vérification des tolérances de pièces lisses - Calibres à limités -

Tolérances et usure admise des calibres " FABRICATION " jusqu’à 500mm

NM 15.0.024 E 02-205 Vérification des tolérances de pièces lisses - Calibres à limités -Tolérances et usure admise des calibres " RECEPTION " jusqu’à 500mm

NM 15.0.025 NF X 06-046 Traitement des résultats de mesure propagation NM 15.0.028 FD X 07-012 Métrologie dans l’entreprise - Certificat d’étalonnage des

moyens de mesure NM 15.0.029 NF ISO 5725-1 Application de la statistique - Exactitude (justesse et fidélité) des

résultats et méthodes de mesure - Partie 1 : Principes généraux et définitions

NM 15.0.030 NF ISO 5725-2 Partie 2 : Méthode de base pour la détermination de la répétabilité et de la reproductibilité d’une méthode de mesure normalisé

NM 15.0.031 NF ISO 5725-3 Partie 3 : Mesures intermédiaires de la fidélité d’une méthode de mesure normalisée

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NM 15.0.036 E 02-200 Vérification des tolérances de pièces lisse - Calibres à limites - Généralités, définitions, vérification, utilisation

NM 15.0.039 E 05-052 Etats de surfaces des produits - Profilomètres d’état de surface à contact

NM 15.0.040 E 05-015 Etats de surfaces des produits - Prescriptions 1° Généralités - Terminologie - Définitions

NM 15.0.042 E 05-017 Etats de surface des produits - Prescriptions - 3° détermination des surfaces mesurées

NM 15.0.043 NM ISO 1302 Dessins techniques - Indication des états de surface NM 15.0.045 E 05-051 Etats de surface - Moyens de mesure : Echantillons de

comparaison viso-tactile NM 15.0.051 NM ISO 3534-1 Vocabulaire et symboles - Partie 1 : Probabilité et termes

statistiques généraux NM 15.0.053 NM ISO 965/1 Filetages métriques ISO pour usages généraux - Tolérances -

Partie 1 : Principes et données fondamentales NM 15.0.054 NM ISO 965/2 Filetages métriques ISO pour usages généraux - Tolérances -

Partie 2 : Dimensions limites pour la boulonnerie d’usage courant - Qualité

NM 15.0.055 NM ISO 8258 Cartes de contrôle de Shewhart NM 15.0.056 NM ISO 228-1 Filetages de tuyauterie pour raccordement sans étanchéité dans

le filet Partie 1 : Dimensions, tolérances et désignation

NM 15.1.001 NF E 11-010 Cales étalons - longueurs de 0,5 à 3000 NM 15.1.002 NF E 11-050 Comparateurs mécaniques à cadran, à tige rentrante radiale NM 15.1.003 NF E 11-060 Comparateurs électroniques : Terminologie - définitions NM 15.1.004 NF E 11-091 Pieds à coulisse NM 15.1.005 R 71 Réservoirs de stockage fixes - Précipitions générales NM 15.1.006 R 80 Camions et wagons-citernes NM 15.1.007 NF E 10-102 Méthodes de mesurage dimensionnel - Troisième partie : Ecarts

de planéité NM 15.1.008 NF E 11-011 Instruments de mesurage de longueur bagues lisses étalons NM 15.1.009 NF E 10-100 Méthodes de mesurage dimensionnel - Première partie

généralité NM 15.1.010 NF E 11-012 Instruments de mesurage de longueur Tampons lisses étalons NM 15.1.011 NF E 11-015 Instrument de mesurage de longueur-broches a bouts sphériques

étalons de référence NM 15.1.012 E 10-101 Méthodes de mesurage dimensionnel - Deuxième partie : Ecarts

de rectitude NM 15.1.013 E 10-103 Méthodes de mesurage dimensionnel - Quatrième partie : Ecarts

de circularité NM 15.1.014 E 11-000 Instruments de mesurage dimensionnel - inventaire -

classification - guide pour le choix d’un instrument NM 15.1.016 E 10-104 Méthodes de mesurage dimensionnel - Cinquième partie : Ecarts

de cylindricité NM 15.1.017 E 11-200 Instruments de mesurage de longueur en service - Vérification

périodique et déclassement - Règles générales NM 15.1.018 NF E 11-020 Instrument de mesurage de longueur calibres à limités et étalons

de travail terminologie désignation abrégée NM 15.1.019 E 11-017 Instrument de pesage - Piges étalons NM 15.1.020 E 11-033 Calibres options pour tampons lisses NM 15.1.021 NF E 11-030 Calibres en acier-bagues lisses de diamètres 1,99 à 300 mm

forme générale et dimension NM 15.1.022 NF E 11-031 Calibres tampons lisses simples et doubles - Diamètre de 1 mm

à 100 mm forme générale et dimension (NEQ ISO 3670)

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NM 15.1.026 E 11-061 Comparateurs électroniques - Comparateurs de "déplacement linéaire" - Modèle de fiche technique

NM 15.1.027 E 11-062 Comparateurs électroniques - Comparateurs de "déplacement linéaire" - Méthodes d’essai

NM 15.1.028 E 11-064 Comparateurs électroniques - Conditionneurs électroniques-Modèle de fiche technique

NM 15.1.029 E 11-066 Comparateurs électroniques - Capteurs de déplacement angulaire - Modèle fiche technique

NM 15.1.030 E 11-067 Comparateurs électroniques - Capteurs de déplacement angulaire - Spécifications - Méthodes d’essai

NM 15.1.033 NF E 11-097 Instruments de mesurage de longueur jauges de profondeur à vis micrométrique au 1/100 mm

NM 15.1.034 NF E 11-096 Instrument de mesurage de longueur jauges de profondeur à coulisseau

NM 15.1.035 NF E 11-095 Instrument de mesurage de longueur micromètres d’extérieur à vis, au 1.100 et au 1/1000 de millimètre-spécifications méthodes d’essai

NM ISO 3611 (IC : 15.1.037)

ISO 3611 Micromètre d’extérieur

NM ISO 7863 (IC : 15.1.038)

ISO 7863 Micromètre verticaux et rehausses

NM ISO 8512-1 (IC: 15.1.039)

ISO 8512-1 Marbres de traçage et de contrôle partie : 1 marbres en fonte (NF E 11-10)

NM ISO 8512-2 (IC: 15.1.040)

ISO 8512-2 Marbres de traçage et de contrôle partie : 2 marbres en roche

NM 15.1.041 NF E 11-013 Instruments de mesurage -Bagues lisses étalons de travail NM 15.1.042 E 11-018 Instrument de mesurage - Etalons pour le mesure de filetage -

Cylindres et bagues à rainures NM 15.2.001 R 76-1 Instrument de pesage à fonctionnement non automatique partie 1

: Exigences métrologiques et techniques-Essais NM 15.2.002 R 50 instrument de pesage totaliseurs continus à fonctionnement

automatique NM 15.2.003 R 51 Trieuses pondérales de contrôle et trieuses pondérales de

classement NM 15.2.004 R 61 Doseuses pondérales à fonctionnement automatique NM 15.2.005 R 76-2 Instruments de pesage à fonctionnement non automatique,-

Partie 2 : Rapport d’essai de modèle NM 15.2.025 R 106 Ponts-bascules ferroviaires à fonctionnement automatique OIML R 79 Etiquetage des préemballages OIML R 87 Contenu net des préemballages NM 15.2.026 R 107 Instruments de pesage totalisateurs discontinus à fonctionnement

automatique (peseuses totalisatrices à trémie) NM 15.2.027 R 111 Poids des classes E1 , E2, F1, F2, M1, M2, M3 NM 15.2.028 R 74 Instruments de pesage électriques NM 15.3.001 R 21 Taximètres NM 15.4.001 NF E 15-026 Manomètres métalliques indicateurs-Intervalles de mesure de

0,4 mbar à 1600 mbar NM 15.4.002 NF E 15-025 Manomètres métalliques indicateurs-Intervalles de mesure de

2,5 mbar à 250 mbar NM 15.4.003 NF E 15-012 Manomètre industriels - manomètres métalliques - Eléments de

raccordement NM 15.4.004 NF E 15-013 Manomètre industriels - manomètres métalliques indicateurs-

cadrans NM 15.4.006 E 15-035 Manomètres industriels - Manomètres métalliques indicateurs -

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NF E 11-090 Micromètres d’extérieur et d’intérieur à vis - Exécutions spéciales

NF E 18-012 Thermomètres métallique indicateurs à cadran - vocabulaire NM 15.4.007 NF EN 472 Manomètres industriels - manomètres métalliques indicateurs à

cadran -vocabulaire NM 15.5.001 ISO 4064/1 Mesurage de débit d’eau dans les conduites fermées -

Compteurs d’eau potable froide - partie 1 : Spécifications NM 15.5.003 ISO 4064/3 Mesurage de débit d’eau dans les conduites fermées -

Compteurs d’eau potable froide - Partie 3 : Méthodes et matériels d’essais

NM 15.6.001 ISO 1770 Thermomètres sur tige d’usage général NM 15.6.002 ISO 386 Thermomètres de laboratoire à dilatation de liquide dans une

gaine de verre-Principes de conception, de construction et d’utilisation

NM 15.6.003 NF E 18-010 Thermomètres industriels - Thermomètres métalliques indicateurs à tension de vapeur ou à dilatation de liquide -Caractéristiques

NM 15.6.005 E 18-013 Thermomètres industriels - Thermomètres métalliques indicateurs à tension de vapeur ou à dilatation de liquide -Cadrans

NM 15.6.006 NM ISO 1 Température normale de référence des mesures industrielle de longueur

NM 15.7.001 NF EN 60584-2 Couples thermoélectriques - partie 2 : Tolérances NM 15.7.002 NF C 42-323 Appareils de mesurage électriques - identification de couples

thermoélectriques NM 15.7.003 NF EN 60751 Appareils de mesurage électriques résistances thermométriques

en platine NM 15.7.004 NF EN 60584-1 Couples thermoélectriques. Partie 1 : Tables de référence NM 15.8.001 R 59 Humidimètres pour grains de céréales et graines oléagineuses NM 15.8.002 R 14 Saccharimètres NM 15.8.003 NF E 15-013 PH - mètre solutions étalons pour l’étalonnage d’un pH-mètre NM 15.8.004 R 108 Réfractomètres pour la mesure de la teneur en sucre des jus de

fruits

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Métrologie et qualitéConclusion

La maîtrise du processus de mesure est devenu un véritable enjeu économique,

commercial et réglementaire. En effet, c’est un outil de la qualité indispensable à la

prise de décision (déclaration de conformité ou de non-conformité d’un produit

manufacturé, respect ou non de la législation en matière de sécurité,

d’environnement…). La problématique étant similaire quel que soit le secteur

d’activité et la grandeur mesurable, l’une des solutions pour progresser rapidement

et à moindre coût est de s’intégrer dans un réseau de compétences afin d’échanger

des expériences et de l’information.

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