Lst Spi: Introduction à la Métrologie

10/02/2015

LST SPI

Introduction à la Métrologie

Séminaire animé par 

Hassan EL IDRISSI Enseignant Chercheur

Mohammedia 9 février 2015 1

Sommaire Chapitre I

Historique de la mesure

Chapitre II

Vocabulaire International de Métrologie

Chapitre III

Système Système International In ternational d’unités

Chapitre IV

Mesure, Erreur et Incertitude

Chapitre V

Métrologie et Qualité 2

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Chapitre I

Historique de la mesure

1- Quelles étaient les unités unités de mesure 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 mesure En France, Avant la révolution. révolution . On dis disting tingue ue : les les mesu mesure ress de longu longueu eur  r  les les mesu mesure ress de surf surfac aces es les les mesu mesure ress de capa capaci cité té les les poids poids

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Historique de la mesure Mesures de longueur Le pied ied de roi le pouc poucee la ligne ligne le point point L'aune La brass brassee La toise toise La cann cannee Le pas pas La perc perche he de Pari Pariss

La Perche rche ordin rdinai aire re La perc perche he des des eaux aux et forêts rêts 5

Historique de la mesure Mesures de surface Le journal 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 mesure Mesures de capacité Le litron litron Le boiss boisseau eau "cre "creux ux de la main" main".. Le bo bois isse seau au de Pari Pariss : envi enviro ronn 16 litr litroons, ns, soit soit 13 litr litrees Le bois boisse seau au de Borde Bordeaux aux : 78,80 78,8088 litre litress Le bois boisse seau au de Saint Saint-B -Bri rieu eucc : 33,86 33,86 litre litress

Le setie setierr Le mino minott Le muid muid L'hémine La foudre foudre Le scan scanda dall : de 12 à 20 litr litres es en Pro Provence ence,, selo selonn les les loca locali lité tés. s.

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Historique de la mesure Poids 489,5 gramme grammess La livre: livre:489,5

L'once le gro gros le quarter quarteron on Le grain rain : 53 mg., mg., soit 0,05 0,0533 g. grains ns,, soit soit 1,27 1,2755 g. Le deni denier er ou scru scrupu pule le : 24 grai

Le quin quinta tall : 100 100 livre livres, s, soit soit 48,95 48,95 kg. 0000 livr livres es,, soit soit 48 489, 9,55 kg. kg. Le milli illier er : 1 00 000 liv livres res, soit 979 979 kg. kg. Le tonneau eau de mer : 2 000

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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 an ciennes unités et la création d'un système stable, uniforme et simple : le système métrique devenu par la suite le système international 9

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 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 11

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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Vocabulaire International de Métrologie 2. Une grandeur (mesurable) est définie comme attribut d'un phénomène, d'un corps ou d'une substance, qui est susceptible d'être distin guée 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 13

Vocabulaire International de Métrologie 3. 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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Vocabulaire International de Métrologie 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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Vocabulaire International de Métrologie 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. er er%

= e/X

= 100 er 

Exemple : Une erreur de 10 % sur une mesure de distance (10 % de la distance réelle) 16

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Vocabulaire International de Métrologie 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 17

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Vocabulaire International de Métrologie Exemples 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 kilogra mme sera proposé aux nations du monde entier. Métrologie sans frontière

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Vocabulaire International de Métrologie Exemples ETALON 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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Vocabulaire International de Métrologie Exemples ETALON 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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Vocabulaire International de Métrologie 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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Vocabulaire International de Métrologie 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 Métrologie 16. 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 grandeurréalisées 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'étalonnageou rapport d'étalonnage.

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Vocabulaire International de Métrologie 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 pr oduits. 27

Vocabulaire International de Métrologie 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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Vocabulaire International de Métrologie 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 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 30

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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 r ègles conventionnelles pour l'écriture des unités et des symboles.

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Système International d'unités

Grandeur

Unité

Symbole

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

Longueur

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Système International d'unités 1. 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 33

Système International d'unités 4. 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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Système International d'unités 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 kilogrammede 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. Définition de la 14 ème CGPM de 1971

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 Définition de la 16 ème CGPM de 1979 35

Système International d'unités Unités 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)

watt

W

James Watt, Ecosse (1736-1819)

coulomb

C

Puissance, flux énergétique Quantité d'électricité, Charge électrique

Charles de Coulomb, France (1736-1806)

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Système International d'unités Unités Dérivées Potentiel électrique, tension électrique, 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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Système International d'unités Unités Dérivées lumen

lm

lux

lx

Activitéd'un radionucléide

 becquerel

Bq

Henry Becquerel, France (1852-1908)

Doseabsorbée,énergie communiquéemassique, kerma, indice de dose absorbée

gray

Gy

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

sievert

Sv

Rolf Sievert, Suède (1896-1966)

Degré Celsius

°C

Anders Celsius, Suède (1701-1744)

Flux lumineux

Eclairementlumineux

Equivalentdedose Température(échelle celcius)

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Système International d'unités Unités Dérivées 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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Système International d'unités Unités Dérivées 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

40

20

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Système International d'unités Formation 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'unités Formation 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 Chapitre I

Historique de la mesure

Chapitre II

Vocabulaire International de Métrologie

Chapitre III

Système International d’unités

Chapitre IV Chapitre V

Mesure, Erreur et Incertitude

Métrologie et Qualité 43

Mesure, Erreur et Incertitude Méthode 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 44

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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 45

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 46

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Mesure, Erreur et Incertitude Classement 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 47

Wheastone

Mesure, Erreur et Incertitude Classement 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 Incertitude Classement 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 Incertitude Classement 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 Incertitude Les 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. 51

Mesure, Erreur et Incertitude Les 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 Incertitude Les 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 Incertitude Chaîne 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 Incertitude Gamme 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 Incertitude Caractéristiques 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. 56

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Mesure, Erreur et Incertitude Caractéristiques d’une Chaîne de mesure 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)

57

Mesure, Erreur et Incertitude Caractéristiques d’une Chaîne de mesure

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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Mesure, Erreur et Incertitude Caractéristiques d’une Chaîne de mesure 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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Mesure, Erreur et Incertitude Caractéristiques d’une Chaîne de mesure 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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Mesure, Erreur et Incertitude Caractéristiques d’une Chaîne de mesure 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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Mesure, Erreur et Incertitude Caractéristiques d’une Chaîne de mesure 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 Incertitude Traitement 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 gran deur 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 Incertitude Traitement 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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Mesure, Erreur et Incertitude Caractéristiques d’une Chaîne de mesure 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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Mesure, Erreur et Incertitude Caractéristiques d’une Chaîne de mesure 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 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 67

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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Métrologie et qualité 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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Métrologie et qualité 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 qualité 1- La métrologie légale l’Etat à exercer un rôle actif: il contrôle, régule, veille à la sécurité. Comment?

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Métrologie et qualité 1- 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 qualité Organisation 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 qualité 2- 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 n ombreux litiges dans l’industrie. Le résultat d’un étalonnage est toujours consigné dans le certificat ou rap port d’étalonnage. Qui est habilité à faire ces étalonnages?

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Métrologie et qualité 2- La Métrologie Scientifique Chaîne d’Étalonnage la plupart des pays adoptent le système à tr ois 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 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. 

Étalon national





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 référence





Étalon de référence Étalon travail

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Métrologie et qualité 3- 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 qualité Organismes Internationaux de Métrologie

1) Bureau International des Poids et Mesures (BIPM): La nécessité d’universalité et d’unification des mesures impliquai t 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 qualité Organismes Internationaux de Métrologie 2) Organisation Internationale de la Métrologie Légale (OIML): Elle a été créée en 1955, son siège est situé à Paris. Cette organ isation 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 qualité Normalisation 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  NM 15.0.001

CORRESPONDANCE

DESIGNATION

 NF X 07-001

 NM 15.0.002

 NF X 02-001

 NM 15.0.003  NM 15.0.004  NM 15.0.005

 NF X 07-010 FD X 07-011 FD X 07-015

Vocabulaire international des termes fondamentaux et généraux de métrologie Principes généraux concernant les grandeurs, les unités et les symboles La fonction métrologique dans l’entreprise Constat de vérification des moyens de mesure Métrologie dans l’entreprise : -raccordement des résultats de mesure aux étalons Exigences d’assurance de la qualité des équipements de mesure

(NM ISO 0012-1)

ISO 10012-1

 NM 15.0.006  NM 15.0.007  NM 15.0.008

 NF E 10-022 FD X 07-016

 NM 15.0.009  NM 15.0.010

 NF X 06-044 X 06-045

 NM 15.0.011

 NF E 02-240

 NM 15.0.012  NM 15.0.013

E 04-560 X 06-050

 NM 15.0.017

E 03 - 000

 NM 15.0.018  NM 15.0.019

E 03-110  NF E 03-152

 NM 15.0.020

 NF E 03-151

 NM 15.0.021

E 03-153

 NM 15.0.022

E 03-154

 NM 15.0.023

 NF E 02-202

 NM 15.0.024

E 02-205

 NM 15.0.025  NM 15.0.028

 NF X 06-046 FD X 07-012

 NM 15.0.029

 NF ISO 5725-1

 NM 15.0.030

 NF ISO 5725-2

 NM 15.0.031

 NF ISO 5725-3

Fiche de vie Modalités pratiques pour l’établissement des procédures d’étalonnage et de vérification des moyens de mesure Détermination de l’incertitude associée au résultat final Application de la statistique - Traitement des résultats e mesure Utilisation de grandeurs de référence dans les méthodes de mesure Vérification des tolérances des produits - Déclaration de conformité Dessins techniques - Cotation et tolérancement - Vocabulaire Application de la statistique - Etude de la normalité d’une distribution Filetages-définition des termes usuels - Termes particuliers aux filetages triangulaires, cylindriques et coniques Filetages - Méthodes de mesure directe Filetage métrique à filet triangulaire - Vérification des filetages  par calibres à limites - Vérificateurs filetés du filetage extérieur  Filetages métriques à filet triangulaire - Vérification des filetages par calibres à limites - Généralités Filetages M et FT - Vérificateurs filetés de taraudage Tolérances de pièces selon NF E 03-051(ISO 965/1 et 2) Filetages métriques à filet triangulaire - Vérificateurs lisses de la vis et du taraudage Vérification des tolérances de pièces lisses - Calibres à limités Tolérances et usure ad mise des calibres " FABRICATION "  jusqu’à 500mm Vérification des tolérances de pièces lisses - Calibres à limités Tolérances et usure admise des calibres " RECEPTION "  jusqu’à 500mm Traitement des résultats de mesure p ropagation Métrologie dans l’entreprise - Certificat d’étalonnage des moyens de mesure Application de la statistique - Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure - Partie 1 : Principes généraux et définitions Partie 2 : Méthode de base pour la détermination de la répétabilité et de la reproductibilité d’une méthode de mesure normalisé Partie 3 : Mesures intermédiaires de la fidélité d’une méthode de mesure normalisée

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 NM 15.0.036

E 02-200

 NM 15.0.039

E 05-052

 NM 15.0.040

E 05-015

 NM 15.0.042

E 05-017

 NM 15.0.043  NM 15.0.045

 NM ISO 1302 E 05-051

 NM 15.0.051

 NM ISO 3534-1

 NM 15.0.053

 NM ISO 965/1

 NM 15.0.054

 NM ISO 965/2

 NM 15.0.055  NM 15.0.056

 NM ISO 8258  NM ISO 228-1

 NM 15.1.001  NM 15.1.002  NM 15.1.003  NM 15.1.004  NM 15.1.005  NM 15.1.006  NM 15.1.007

 NF E 11-010  NF E 11-050  NF E 11-060  NF E 11-091 R 71 R 80  NF E 10-102

 NM 15.1.008  NM 15.1.009

 NF E 11-011  NF E 10-100

 NM 15.1.010  NM 15.1.011

 NF E 11-012  NF E 11-015

 NM 15.1.012

E 10-101

 NM 15.1.013

E 10-103

 NM 15.1.014

E 11-000

 NM 15.1.016

E 10-104

 NM 15.1.017

E 11-200

 NM 15.1.018

 NF E 11-020

 NM 15.1.019  NM 15.1.020  NM 15.1.021

E 11-017 E 11-033  NF E 11-030

 NM 15.1.022

 NF E 11-031

 NM 15.1.026

E 11-061

 NM 15.1.027

E 11-062

 NM 15.1.028

E 11-064

 NM 15.1.029

E 11-066

 NM 15.1.030

E 11-067

 NM 15.1.033

 NF E 11-097

 NM 15.1.034

 NF E 11-096

 NM 15.1.035

 NF E 11-095

 NM ISO 3611 ISO 3611 (IC : 15.1.037)  NM ISO 7863 ISO 7863 (IC : 15.1.038)  NM ISO 8512-1 ISO 8512-1 (IC: 15.1.039)  NM ISO 8512-2 ISO 8512-2 (IC: 15.1.040)  NM 15.1.041  NF E 11-013  NM 15.1.042 E 11-018  NM 15.2.001

R 76-1

 NM 15.2.002

R 50

 NM 15.2.003

R 51

 NM 15.2.004  NM 15.2.005

R 61 R 76-2

 NM 15.2.025

 NM 15.2.026

R 106 OIML R 79 OIML R 87 R 107

 NM 15.2.027  NM 15.2.028  NM 15.3.001  NM 15.4.001

R 111 R 74 R 21  NF E 15-026

 NM 15.4.002

 NF E 15-025

 NM 15.4.003

 NF E 15-012

 NM 15.4.004

 NF E 15-013

 NM 15.4.006

E 15-035

Vérification des tolérances de pièces lisse - Calibres à limites Généralités, définitions, vérification, utilisation Etats de surfaces des produits - Profilomètres d’état de surface à contact Etats de surfaces des produits - Prescriptions 1° Généralités Terminologie - Définitions Etats de surface des produits - Prescriptions - 3° détermination des surfaces mesurées Dessins techniques - Indication des états de surface Etats de surface - Moyens de mesure : Echantillons de comparaisonviso-tactile Vocabulaire et symboles - Partie 1 : Probabilité et termes statistiques généraux Filetages métriques ISO pour usages généraux - Tolérances Partie 1 : Principes et données fondamentales Filetages métriques ISO pour usages généraux - Tolérances Partie 2 : Dimensions l imites pour la boulonnerie d’usage courant - Qualité Cartes de contrôle de Shewhart Filetages de tuyauterie pour raccordement sans étanchéité dans le filet Partie 1 : Dimensions, tolérances et désignation Cales étalons - longueurs de 0,5 à 3000 Comparateurs mécaniques à cadran, à tige rentrante radiale Comparateurs électroniques : Terminologie - définitions Pieds à coulisse Réservoirs de stockage fixes - Précipitions générales Camions et wagons-citernes Méthodes de mesurage dimensionnel - Troisième partie : E carts de planéité Instruments de mesurage de longueur bagues lisses étalons Méthodes de mesurage dimensionnel - Première partie généralité Instruments de mesurage de longueur Tampons lisses étalons Instrument de mesurage de longueur-broches a bouts sphériques étalons de référence Méthodes de mesurage dimensionnel - Deuxième partie : Ecarts de rectitude Méthodes de mesurage dimensionnel - Qu atrième partie : Ecarts de circularité Instruments de mesurage dimensionnel - inventaire classification - guide pour le choix d’un instrument Méthodes de mesurage dimensionnel - Cinquième partie : Ecarts de cylindricité Instruments de mesurage de longueur en service - Vérification  périodique et déclassement - Règles générales Instrument de mesurage de longueur calibres à limités et étalons de travail terminologie désignation abrégée Instrument de pesage - Piges étalons Calibres options pour tampons lisses Calibres en acier-bagues lisses de diamètres 1,99 à 300 mm forme générale et dimension Calibres tampons lisses simples et doubles - Diamètre de 1 mm à 100 mm forme générale et dimension (NEQ ISO 3670)

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Comparateurs électroniques - Comparateurs de "déplacement linéaire" - Modèle de fiche technique Comparateurs électroniques - Comparateurs de "déplacement linéaire" - Méthodes d’essai Comparateurs électroniques - Conditionneurs électroniquesModèle de fiche technique Comparateurs électroniques - Capteurs de déplacement angulaire - Modèle fiche technique Comparateurs électroniques - Capteurs de déplacement angulaire - Spécifications - Méthodes d’essai Instruments de mesurage de longueur jauges de profondeur à vis micrométrique au 1/100 mm Instrument de mesurage de longueur jauges de profondeur à coulisseau Instrument de mesurage de longueur micromètres d’extérieur à vis, au 1.100 et au 1/1000 de millimètre-spécifications méthodes d’essai Micromètred’extérieur  Micromètre verticaux et rehausses Marbres de traçage et de contrôle partie : 1 marbres en fonte (NF E 11-10) Marbres de traçage et de contrôle partie : 2 m arbres en roche Instruments de mesurage -Bagues lisses étalons de travail Instrument de mesurage - Etalons pour le mesure de filetage Cylindres et bagues à rainures Instrument de pesage à fonctionnement non automatique partie 1 : Exigences métrologiques et techniques-Essais instrument de pesage totaliseurs continus à fonctionnement automatique Trieuses pondérales de contrôle et trieuses pondérales de classement Doseuses pondérales à fonctionnement automatique Instruments de pesage à fonctionnement non automatique,Partie 2 : Rapport d’essai de modèle Ponts-basculesferroviairesà fonctionnementautomatique Etiquetage des préemballages Contenu net des préemballages Instruments de pesage t otalisateurs discontinus à fonctionnement automatique (peseuses totalisatrices à trémie) Poids des classes E 1 , E2, F 1, F2, M1, M 2, M3 Instruments de pesage électriques Taximètres Manomètres métalliques indicateurs-Intervalles de mesure de 0,4 mbar à 1600 mbar  Manomètres métalliques indicateurs-Intervalles de mesure de 2,5 mbar à 250 mbar  Manomètre industriels - manomètres métalliques - Eléments de raccordement Manomètre industriels - manomètres métalliques indicateurscadrans Manomètres industriels - Manomètres m étalliques indicateurs -

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