Comprendre la précision des mesures de pression

Courbe caractéristique, précision et erreur de mesure des instruments

Même le meilleur équipement de mesure produit un certain écart par rapport à la valeur réelle. Il est important de savoir comment cette précision de mesure est définie. Dans cet article, nous expliquons les principes de base des différents écarts de mesure et la manière dont ils sont définis. Pour de nombreux capteurs de pression, la valeur globale de la précision est exprimée en pourcentage de la plage de mesure. La précision globale est le résultat de l'effet combiné des éléments suivants

• Non-linéarité
• Hystérésis
• Erreur de décalage du zéro et de la plage de mesure
• Écart de la valeur finale

Ces différents facteurs influençant la précision sont expliqués en détail dans les paragraphes suivants.

Courbe caractéristique

La courbe caractéristique représente la relation entre le signal d'entrée et le signal de sortie. Dans une situation idéale, le signal de sortie dépend linéairement du signal d'entrée. Cela signifie que la courbe caractéristique est une ligne droite. Ce n'est cependant pas le cas, la courbe caractéristique s'écarte de la ligne droite idéale.

La précision est souvent définie comme l'écart de la courbe caractéristique par rapport à la ligne idéale. La précision des capteurs de pression est définie différemment. La norme CEI 61298-2 stipule que la précision doit inclure l'hystérésis, la non-répétitivité et la non-linéarité. Pour déterminer l'erreur de mesure totale, d'autres déviations sont également prises en compte. Ces erreurs de mesure sont normalement définies en pourcentage de l'étendue de mesure (par exemple ±1 % de l'étendue de mesure). La plage de représentation est définie comme la différence entre la valeur minimale et la valeur maximale du signal. Par exemple, la plage d'un signal 4-20 mA est de 16 mA.

Erreur de mesure maximale

L'une des façons de définir la précision est d'examiner l'erreur de mesure maximale. L'erreur de mesure maximale est l'écart maximal de la courbe caractéristique par rapport à la ligne idéale à une température définie.

Non-linéarité

La non-linéarité est la plus grande déviation possible (positive ou négative) de la courbe caractéristique par rapport à une ligne droite de référence. Il existe différentes méthodes pour déterminer la ligne droite de référence. La méthode terminale et la méthode de la ligne droite la mieux ajustée (BFSL) sont les plus utilisées. Pour la méthode terminale, la ligne de référence passe par les points de départ et d'arrivée de la courbe caractéristique. La ligne de référence BFSL est déterminée par la méthode des moindres carrés. La méthode terminale donne généralement lieu à un écart deux fois plus important que la méthode BSFL. Lorsque l'on compare des instruments de mesure, il est important de vérifier si l'on utilise la même méthode.

Hystérésis

La courbe caractéristique est enregistrée en augmentant progressivement la pression puis en la diminuant progressivement. L'enregistrement montrera que les lignes d'augmentation et de diminution de la pression ne correspondent pas exactement. La différence maximale entre ces deux courbes est appelée hystérésis. L'hystérésis est due aux propriétés élastiques du matériau de l'instrument et à la conception de l'instrument lui-même. Cette erreur ne peut pas être réduite par l'utilisateur. Si des erreurs d'hystérésis plus faibles sont nécessaires, le fabricant doit être contacté.

Erreur de décalage du zéro et de la plage de mesure

Le point zéro et le point final de la sortie peuvent différer du point zéro et du point final de la ligne idéale. L'erreur de décalage du zéro et l'erreur de portée sont les écarts entre les valeurs réelles et idéales du zéro et du point final du signal.

Non-répétitivité

Le signal de sortie pour des mesures consécutives de la même valeur de pression n'est pas toujours exactement le même. Cette variabilité ou erreur est appelée non-répétabilité. Il est défini comme l'écart le plus important au cours de trois mesures consécutives dans des conditions identiques et constantes (CEI 61298-2), ou plus simplement : la différence entre la valeur la plus faible et la valeur la plus élevée des signaux de sortie consécutifs. Un instrument ou un capteur fiable doit présenter un faible taux de non-répétition.

Erreur de température

La température a une influence directe sur le signal de sortie. Les variations de température influencent l'électronique de l'instrument de mesure. Si la température augmente, la résistance électrique des métaux conducteurs augmente, tandis qu'elle diminue pour les semi-conducteurs. En outre, la plupart des matériaux se dilatent lorsque la température augmente.

Contre-mesures

Afin de minimiser l'erreur de température, les fabricants équilibrent les caractéristiques thermiques. Cette compensation est effectuée directement sur le capteur ou électroniquement. L'erreur de température ne peut pas être complètement éliminée. L'erreur résiduelle est généralement exprimée en pourcentage de l'intervalle de mesure complet pour une gamme de température définie par rapport à une température de référence.

Hystérésis de température

Outre l'erreur de température, il existe également une hystérésis de température. L'hystérésis de température est similaire à l'hystérésis normale, mais elle est ici causée par une augmentation et une diminution de la température au lieu de changements de pression.

Dérive à long terme

La courbe caractéristique d'un instrument de mesure n'est pas constante tout au long de sa durée de vie. Les caractéristiques changent avec le temps sous l'effet des influences mécaniques et thermiques. Cette lente évolution des caractéristiques sur une longue période est appelée dérive à long terme. La dérive à long terme est déterminée par des essais. Étant donné que les fabricants utilisent des procédures d'essai différentes, les informations relatives à la dérive à long terme ne doivent pas être comparées. Les tests sont effectués dans des conditions de référence. Cela peut entraîner des différences significatives si les conditions opérationnelles diffèrent des conditions de référence.