Étalonnage ou ajustage?

Définitions du Vocabulaire International de Métrologie

La métrologie est la science des mesurages et ses applications. Comme dans tous les domaines, certains documents sont des incontournables pour établir des bases communes. C’est le cas du Vocabulaire international de métrologie – Concepts fondamentaux et  généraux et termes associés (VIM). Établi par un consortium de plusieurs organisations internationales, il se veut un ouvrage de référence. Les définitions formelles présentées ici sont des citations directes et elles ne sont pas aisées à comprendre pour qui n’est pas métrologue. C’est pourquoi une reformulation des définitions officielles sera faite après leur présentation.

Étalonnage

Définition formelle

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 les 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.

En d’autres mots…

L’étalonnage est l’action de comparer une mesure et son incertitude avec un étalon et son incertitude. Un étalon est utilisé comme référence. Normalement, lors d’un étalonnage,il est souhaitable d'utiliser un étalon dont l'incertitude de mesure est inférieure à celle de l'instrument testé.

L’incertitude de mesure est la dispersion des valeurs autour de la valeur mesurée. Elle est constituée de plusieurs composantes. Elle peut notamment être séparée en incertitude de type A et B. Le type A est une évaluation statistique faite à partir d’une série de mesurages. C’est ici que la fidélité de mesure (précision) est évaluée. Le type B est tout autre type d’évaluation fondée sur des informations telles la dérive, le bruit, la résolution, les limites de l’instrument, etc.

Lors d’un étalonnage, les conditions expérimentales doivent être rigoureusement définies. De plus, comme il s’agit d’une comparaison entre un instrument de mesure et un instrument de référence, il faut savoir quels points doivent être utilisés pour la comparaison. Prenons un étalonnage en concentration de dioxyde de carbone (CO2). La concentration du gaz varie selon la température et la pression atmosphérique, dans un volume donné. Il est donc important de déterminer ces trois constantes avant de faire varier la concentration de gaz. Ensuite, il est possible de vérifier la mesure de la concentration de CO2 à 1%, 5% et 10%, pour voir si l’instrument à tester donne une lecture précise à ces différentes concentrations.

Ici, l’incertitude est essentielle, car l’étalonnage permet d’établir si l’instrument de mesure rend une valeur à l’intérieur des caractéristiques techniques (spécifications) du manufacturier. Par exemple ± 0.05% de CO2.

C’est le même principe qui est appliqué par les laboratoires qui émettent un certificat de traçabilité au SI. Ils comparent un instrument de mesure avec un étalon de travail dont l’incertitude est établie par une série d’étalonnages remontant à un étalon international.

L’étalonnage ne change donc rien à la lecture que rendra l’instrument de mesure dans les mêmes conditions. Il permet simplement de s’assurer que l’instrument rend une valeur à l’intérieur de l’incertitude de mesure définies dans ses caractéristiques techniques.

Lorsque l’on veut modifier la lecture rendue, on parle alors d’ajustage dans le Vocabulaire international de métrologie.

Ajustage

Définition formelle

Ensemble d'opérations réalisées sur un système de mesure pour qu'il fournisse des indications prescrites correspondant à des valeurs données des grandeurs à mesurer.

L’ajustage est le fait de modifier la valeur rendue par l’instrument de mesure. Tous les instruments ne sont pas ajustables. Un thermomètre extérieur à toluène par exemple n’est pas typiquement ajustable. Par contre, il serait possible de l’étalonner pour savoir s’il rend la température extérieure à l’intérieur de la plage annoncée (peut-être ±2°C).

Pour qu’un instrument soit ajustable, il doit y avoir un mécanisme qui permet de corriger la valeur cible attendue à certains points donnés. L’ajustage se fait sur une plage de lecture donnée, en des points précis. Plus il y a de points, plus l’ajustage sera idéal.

Suite à un ajustage, il est impératif de faire un second étalonnage pour s’assurer que l’instrument respecte bien les caractéristiques techniques du manufacturier malgré la modification.

Est-ce que l’ajustage est toujours nécessaire?

Si l’instrument de mesure rend une valeur à l’intérieur de son incertitude de mesure, la plupart des laboratoires d’étalonnage ne feront pas l’ajustage. Ils vont simplement livrer un certificat de conformité.

Si l’instrument de mesure rend une valeur avec son incertitude de mesure qui dépasse la valeur attendue, il est pertinent de faire un ajustage, en autant que l’instrument le permette.

Exemples de certificats d’étalonnage

Voici des exemples d’un étalonnage en température sur un instrument de mesure de précision, le PTH450.

Le laboratoire a procédé à l’étalonnage en trois points (17,96°C; 26,96°C et 35,96°C). La dernière mesure (17,96°C) sert à évaluer l’hystérésis, qui se définit comme l’impact des mesures passées sur la mesure actuelle.

Les caractéristiques techniques de l’instrument, annoncées par le manufacturier (Dracal Technologies), sont une incertitude de mesure de ± 0,2 °C sur l’intervalle de mesure complet (de -40 °C à 125 °C), avec une précision accrue à ± 0,1 °C entre 20 °C et 60 °C.

Ici, l’instrument est conforme aux caractéristiques techniques du manufacturier. La valeur mesurée et son incertitude lors de l'étalonnage se retrouvent à l’intérieur de l’intervalle de confiance à 95%.

L’ajustage n’était donc pas requis, mais à des fins de démonstration, il a été réalisé. Voici les résultats du second étalonnage, où il est possible de voir que la valeur mesurée est encore plus près de la valeur nominale.

Étalonnage dans l’usage courant

Lorsque vous cherchez un instrument de mesure dont vous allez pouvoir corriger la mesure, vous cherchez généralement un instrument dit “étalonnable”.  Le Vocabulaire International de Métrologie n’est donc pas d’usage courant. 

En effet, l’action de comparer sans corriger peut sembler inutile lorsque le but est l’utilisation de l’instrument de mesure de précision. Il est alors de mise que l’instrument rende la valeur souhaitée, c’est-à-dire la valeur la plus près possible de la réalité, avec la précision que le manufacturier a annoncée. Si l’étalonnage rend compte d’une différence significative entre la valeur mesurée et la valeur nominale, et que l’instrument est ajustable, l’ajustage sera généralement effectué.

Le langage courant amalgame donc l’étape de la vérification et l’étape de la correction en une seule action appelée “étalonnage”.

Usage chez Dracal Technologies

Peut-être le savez-vous, mais Dracal Technologies offre des instruments de mesure avec l’option “étalonnable” (option -CAL). Dans ce cas, vous pouvez faire l’étalonnage et l’ajustage vous-mêmes avec DracalView ou les outils en ligne de commande. Vous pouvez également acheminer l’instrument dans le laboratoire de votre choix pour qu’il fasse l’étalonnage et l’ajustage.

Lorsque nous parlons d’étalonnage chez Dracal, nous utilisons l’usage courant. Il s’agit pour nous du processus complet de comparaison avec un instrument plus précis et de correction des valeurs rendues par l’instrument Dracal. Notre fonction d’étalonnage en trois points permet donc cette correction de la façon la plus précise possible. Pour plus de détails sur notre mécanisme d’étalonnage en 3 points, consultez la documentation suivante.

 

Références

BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO, IUPAC, IUPAP, and OIML. International vocabulary of metrology | Basic and general concepts and associated terms (VIM). Joint Committee for Guides in Metrology, JCGM 200:2012. (3rd edition). URL: https://www.bipm.org/documents/20126/2071204/JCGM_200_2012.pdf/f0e1ad45-d337-bbeb-53a6-15fe649d0ff1.