Mesure de pression et Métrologie
Introduction
La procédure de mesure de la pression est largement répandue dans les processus industriels, couvrant plusieurs domaines, tels que l’acier, la métallurgie, l’automobile, la météorologie, l’aviation, entre autres.
La fiabilité de ces mesures est associée à des enjeux commerciaux, de qualité, de santé et de sécurité. Ainsi, une mesure erronée peut conduire à des problèmes de qualité dans le processus industriel, voire à des accidents mortels. Par conséquent, les entreprises recherchent de plus en plus des moyens robustes et fiables pour surveiller leurs processus. Mais pour que cette surveillance soit efficace, il ne suffit pas d’avoir plusieurs équipements et manomètres installés dans l’usine. Il faut s’assurer que la valeur mesurée par l’instrument est correcte. Et c’est là qu’intervient la Métrologie.
Selon le vocabulaire international des termes fondamentaux et généraux de métrologie (VIM), la métrologie est « la science de la mesure », et couvre tous les aspects qui influencent un processus de mesure. Avec le processus de mondialisation de la production, la métrologie prend une importance capitale car les mesures sont présentes dans pratiquement tous les processus décisionnels, couvrant les domaines industriels, commerciaux, de la santé et de l’environnement.
Le processus d’étalonnage d’un manomètre est une activité complexe et nécessite de répondre à plusieurs exigences imposées par les normes pertinentes. L’exécution de l’étalonnage est de la responsabilité de laboratoires accrédités par Inmetro, ou qui, au moins, ont une traçabilité aux normes nationaux.
Définitions
Pression: la mesure de pression est toujours effectuée à partir d’une valeur de référence. Selon le référentiel utilisé, les modalités de pression mesurée sont : pression absolue, pression manométrique, vide et pression différentielle.
Pression Absolue: la pression absolue (pabs) est la pression qui est au-dessus de la pression « zéro absolu ».
Pression Manométrique (Relative ou Positive): la pression relative est un cas particulier de mesure de pression différentielle, lorsque la pression absolue mesurée est supérieure à la pression atmosphérique locale. La pression relative évalue à quel point sa valeur est supérieure à la pression atmosphérique locale.
pe = pabs − patm
Vide (Pression Négative): le vide est un cas particulier de mesure de pression différentielle, lorsque la pression absolue mesurée est inférieure à la pression atmosphérique locale. Le vide mesure à quel point la pression est inférieure à la pression atmosphérique locale.
pe = pabs − patm
Pression Différentielle: la différence entre deux pressions p1 et p2 est appelée pression différentielle. Dans ce mode de pression, la valeur de pression de référence, p1 ou p2, n’est pas la pression atmosphérique locale.
p = p1 − p2
Figure 1 – Concepts de base de pression
Étalonnage: l’étalonnage est l’ensemble des opérations qui établit, dans des conditions spécifiées, la relation entre les valeurs indiquées dans le processus de mesure et les valeurs correspondantes des grandeurs établies par les normes.
Erreur maximale tolérée: valeur extrême de l’erreur de mesure, par rapport à une valeur de référence connue, autorisée par les spécifications ou réglementations pour une mesure donnée, un instrument de mesure ou un système de mesure.
Erreur d’hystérésis: différence maximale entre les indications de montée et de descente, à n’importe quel point de l’échelle, dans un étalonnage.
Erreur de répétabilité: différence maximale entre un nombre consécutif d’indications pour la même pression, dans les mêmes conditions de fonctionnement, dans le même sens d’application de pression.
Erreur de linéarité: différence maximale entre la courbe obtenue par la moyenne des indications croissantes et décroissantes, dans un étalonnage, et la ligne théorique de l’instrument.
Erreur fiduciale: l’erreur fiduciale d’un manomètre est déterminée à partir du rapport entre la plus grande erreur de mesure de l’instrument par la plage de mesure exprimée en pourcentage.
Remarque: l’erreur fiduciale détermine la classe d’exactitude de l’instrument sous étalonnage.
Classe d’exactitude: classe d’instruments de mesure ou de systèmes de mesure qui répondent aux exigences métrologiques établies pour maintenir les erreurs de mesure ou les incertitudes de mesure instrumentale dans des limites spécifiées, dans des conditions de fonctionnement spécifiées.
Étalonnage – exemple pour manomètre numérique
L’étalonnage consiste à comparer les valeurs indiquées par le manomètre à étalonner (LI) et les valeurs indiquées par le manomètre standard (LPT), lorsqu’il est soumis aux mêmes niveaux de pression (points d’étalonnage). Dans l’étalonnage en question, la méthode de comparaison indirecte a été utilisée. La pression était générée par un barreur (pompe à pression hydraulique) et les valeurs indiquées par le manomètre étaient comparées aux valeurs indiquées par le manomètre standard.
Données du manomètre numérique étalonné : Plage: 0 à 10 bar Résolution: 0,01 bar Classe de précision: A Erro máximo permitido: ± 1,0% do valor do fundo da escala Erreur maximale autorisée: ± 1,0 % de la valeur pleine échelle Données du manomètre numérique standard : Plage: 0 à 35 bar Résolution: 0,001 bar Classe de précision: 5A
Remarque: le rapport de précision de l’étalon et de l’instrument à étalonner doit être analysé. Pour l’étalonnage des manomètres numériques, l’étalon doit avoir au moins une résolution quatre fois meilleure que celle du manomètre à étalonner, selon NBR 14105-2.
Points d’étalonnage:
Selon la norme NBR 14105-2, un manomètre de classe de précision « A » doit être étalonné au moins en 5 points et lorsqu’il y a un point zéro, il doit également être vérifié.
| Point | Valeur (bar) |
| Point de départ | 0,00 |
| 1er Point | 2,00 |
| 2e Point | 4,00 |
| 3e Point | 6,00 |
| 4e Point | 8,00 |
| 5e Point | 10,00 |
Valeurs trouvées lors de l’étalonnage :
Résultats obtenus dans l’étalonnage
| Indication de l’instrument | Indication de la norme de travail (bar) | |||||
| PRESSION | 1er Cycle | 2e Cycle | Moyenne | |||
| SI (MPa) | Instrument (bar) | Croissant | Décroissant | Croissant | Décroissant | |
| 0,000 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| 0,200 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,01 | 2,00 |
| 0,400 | 4,00 | 4,02 | 4,01 | 4,01 | 4,00 | 4,01 |
| 0,600 | 6,00 | 6,03 | 6,03 | 6,04 | 6,03 | 6,03 |
| 0,800 | 8,00 | 8,07 | 8,05 | 8,07 | 8,08 | 8,07 |
| 1,000 | 10,00 | 10,12 | 10,12 | 10,13 | 10,13 | 10,13 |
Caractéristiques métrologiques présentées en : (bar)
| INCERTITUDE DE MESURE : | 0,02 | RÉPÉTABILITÉ : | 0,03 |
| ERREUR MAXIMALE (ERREUR FIDUCIALE) : | -0,13 | HYSTÉRÉSIS : | 0,02 |
Caractéristiques métrologiques indiquées par rapport à l’amplitude de la plage de l’instrument : (%)
| INCERTITUDE DE MESURE : | 0,20 | RÉPÉTABILITÉ : | 0,30 |
| ERREUR MAXIMALE (ERREUR FIDUCIALE) : | -1,30 | HYSTÉRÉSIS : | 0,20 |
En analysant les résultats trouvés dans l’étalonnage, on peut voir que le manomètre présente une erreur d’indication maximale (erreur de référence) supérieure à la limite établie pour sa classe de précision. Il doit être remplacé ou envoyé à l’assistance technique du fabricant pour réglage.
Conclusion
Dans l’exemple ci-dessus, il a été détecté que l’écart de mesure du manomètre était d’environ 30 % supérieur à celui autorisé pour sa classe de précision. L’impact de cet écart peut être extrêmement préjudiciable à la qualité du processus auquel le manomètre est appliqué, de plus, selon l’application, la sécurité et l’intégrité des équipements et des personnes impliquées dans le processus peuvent être compromises.
Cela démontre l’importance de la métrologie dans les processus industriels et renforce l’idée qu’il ne suffit pas d’avoir un système de surveillance installé, il faut que les résultats présentés par le système soient fiables.
Article rédigé par Fabiano Schneider Boff, Analyste de Métrologie chez NOVUS.
Références
NBR14105-2: Medidores de pressão – Parte 2: Medidores digitais de pressão – Requisitos de fabricação, classificação, ensaios e utilização Vocabulário internacional de termos fundamentais e gerais da metrologia (VIM) DIMEC/GC-09: Calibração de transdutor/transmissor de pressão DOQ-CGCRE-14: Orientação para a realização de calibração de medidores digitais de pressão DOQ-CGCRE-47: Orientações para a apresentação de certificado de calibração de medidores de pressão
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