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Dans le Guide de bonnes pratiques suivant, vous trouverez des informations de base sur les principes généraux d’étalonnage des débitmètres liquides. Vous en apprendrez davantage sur les différentes méthodes d’étalonnage et recevrez de précieux conseils et conseils de nos spécialistes de l’étalonnage.

Étalonnage du débitmètre – introduction

Ce guide de bonnes pratiques vise à donner un aperçu des principes généraux de l’étalonnage des débitmètres. Il a été préparé pour les opérateurs de débitmètres qui doivent faire effectuer des étalonnages. Il est destiné à aider, avec le fournisseur de services d’étalonnage, à définir le type et la portée de l’étalonnage et à adapter les conditions à l’environnement du processus du débitmètre le plus près possible.

Le guide traite d’abord des principes généraux de l’étalonnage des dispositifs de mesure des liquides fluides (compteurs de débit).

Le vocabulaire utilisé est important pour comprendre ces principes afin de donner une idée claire de ce que signifie l’utilisation de différents termes pour définir un calibrage.

Les principales définitions des termes ont été tirées du « Vocabulaire international de la métrologie – concepts de base et généraux et termes associés » (VIM) 2008, qui est disponible gratuitement sur le BIPM site Web. (Le BIPM est l’organisme international d’harmonisation de la métrologie). Le cas échéant, les anciennes définitions de la version précédente du VIM (1995) ont été utilisées lorsque cela fournit une définition plus claire que la dernière.

Qu’est-ce que l’étalonnage?

L’étalonnage englobe un certain nombre d’opérations, de systèmes et de concepts. Ceci est mieux expliqué dans une série de descriptions.

Étalonnage

La définition formelle de l’«étalonnage» tirée du MIV est donnée ci-après.

Ce qu’il faut faire maintenant, c’est examiner comment cela s’applique à la mesure du débit.

L’étalonnage est une comparaison entre la lecture d’un appareil et celle d’un étalon. Le processus qui établit cette relation est un ensemble de mesures et d’opérations interdépendantes qui fournissent la comparaison. La mesure du débit ne repose pas sur une seule opération, de même qu’un étalonnage basé sur le débit. La mesure de la quantité de liquide dépend de la détermination de la quantité de base et d’un certain nombre de facteurs d’influence. La quantité de fluide peut être exprimée en volume ou en masse. Le mesurand peut être la quantité ou le «taux», c’est-à-dire la quantité par unité de temps. La quantité mesurée par l’étalon peut être différente de la quantité passée par l’appareil d’essai en raison de changements de volume ou même de masse entre le compteur et l’étalon. Les changements sont habituellement liés aux facteurs d’influence tels que la température, la pression, la viscosité et l’expansion.

Facteurs d’influence de l’étalonnage

Cette combinaison de fluide, de facteurs d’influence, de la norme et de l’appareil se combine pour définir un ensemble d’opérations qui fournissent l’étalonnage. Comme les facteurs de fluide et d’influence affectent tous les performances du compteur, l’étalonnage est effectué «dans des conditions spécifiées» et ces dernières doivent être définies.

Un étalonnage n’est pas un fonctionnement absolu. Il s’agit d’une comparaison entre l’instrument de mesure, dans ce cas le dispositif à l’essai ou le débitmètre, et la norme. Cette comparaison permet d’établir une relation entre la quantité mesurée par le dispositif soumis à l’essai et la mesure de la même quantité dérivée de la norme. Cela est exprimé d’une certaine manière qui donne une attente significative de la façon dont l’appareil fonctionnera en utilisation. La comparaison au cours d’un calibrage est par rapport à une norme. La norme comprend le système de pompes, tuyaux, fluides, instruments, mesure de la quantité de référence, calculs et opérateurs. Toutes ces combinaisons permettent de mesurer la quantité de fluide traversant le dispositif ou le débitmètre étalonné.

La mesure du débit de fluide est dynamique et tous les dispositifs de mesure sont affectés d’une manière ou d’une autre par les conditions d’utilisation. Il sera impossible d’avoir une norme qui reproduit pleinement les conditions dans lesquelles le compteur sera utilisé dans la pratique.

Les dispositifs de débit sont affectés par:

• température
• viscosité
• Profil de débit
• fluctuations du débit
• pulsations

Ils sont également affectés par l’environnement externe, les vibrations, le stress et la température, etc. Différents appareils sont affectés de différentes façons. De même, la norme sera également sensible à ces mêmes influences. Étant donné qu’un étalonnage est une comparaison entre la mesure effectuée par le dispositif soumis à l’essai et celle réalisée par la norme, la relation résultante sera pour les conditions spécifiées; il faut donc procéder à une évaluation plus approfondie de la pertinence de l’application finale.

Débit, quantité et temps

Le mécanisme par lequel un dispositif de mesure du débit donne une lecture du débit est dynamique. Le capteur réagit au flux de fluide qui le traverse ou qui le traverse pour réaliser une sortie liée au débit ou à la quantité passante.

Avec l’avènement de l’électronique, cela est devenu plus difficile à établir. Par exemple, un compteur de déplacement positif dans le liquide réagit très rapidement aux changements de débit même des changements très brusques; le débit s’arrête, le rotor s’arrête et le registre s’arrête. Si un générateur d’impulsions est installé, les impulsions générées s’arrêtent lorsque le débit s’arrête. Un compteur de fréquence ne le reflétera pas tant qu’il n’aura pas terminé son cycle de mesure, qui peut être quelques secondes plus tard. Pendant ce temps, un totalisateur ou un registre indiquera correctement la quantité, mais l’indicateur de débit ne montrera pas le débit correct (instantanément). Toutefois, si le mécanisme du compteur est en jeu ou est en liberté, l’arrêt du rotor peut permettre au registre de sortie de fonctionner après l’arrêt du rotor, générant ainsi une quantité ou des impulsions supplémentaires. Un autre type de compteur peut bien sûr ne pas réagir à un changement immédiat de débit. Un rotor de turbine aura un élan important et, bien qu’il s’accélère rapidement, peut prendre du temps pour ralentir lorsqu’il est soumis à un changement de débit, en particulier dans la mesure du gaz.

Compteurs basés sur des techniques de détection non mécaniques, p. ex. débitmètres inductifs magnétiques, Coriolis ou compteurs ultrasoniques, ont des caractéristiques de réponse différentes. Par exemple, un compteur électromagnétique peut prendre un certain temps pour établir et mesurer un changement de tension générée après un changement de débit, alors qu’un compteur à ultrasons est la moyenne d’un certain nombre de cycles de mesure et que cette moyenne peut prendre un temps appréciable à compléter. La plupart des compteurs basés sur la détection non mécanique, et certains compteurs mécaniques, ont un microprocesseur qui calcule la quantité de sortie à partir du signal du capteur. Pour certains types de compteurs, il s’agit d’une capacité supplémentaire, tandis que pour d’autres, ce traitement est nécessaire pour convertir le signal du capteur et corriger les facteurs d’influence avant de calculer et de générer un signal de sortie. Le signal de sortie peut être une fréquence d’impulsion ou une sortie de courant (mA) générée par ce processus de calcul. Un écran numérique peut être ajouté pour montrer la valeur de sortie requise et de nombreux compteurs modernes ont des sorties numériques pour transmettre les mesures choisies à une lecture à distance ou à un ordinateur. Toutes ces sorties auront un temps de réponse différent retardant la réponse du capteur brut par le traitement du signal et le temps de calcul. Un exemple de signal de sortie traité vient d’un vortex avec un processeur de signal conçu pour lisser les impulsions manquées par le capteur et augmenter la résolution de la sortie. Un tel dispositif peut avoir des temps de réponse de sortie de plusieurs secondes, même si le capteur lui-même a répondu en moins d’une seconde.

Répétabilité et reproductibilité

Pour obtenir confiance dans une mesure, on s’attend à ce que la mesure puisse être répétée et donner le même résultat. En pratique, les mesures ne se répètent qu’à l’intérieur d’une certaine bande sur une courte période et une bande (probablement) plus large sur une longue période ou dans des circonstances différentes. On s’attend généralement à ce qu’un étalonnage donne une indication de la répétabilité d’un instrument; toutefois, il est peu probable qu’un étalonnage montre la reproductibilité. Un étalonnage répété peut bien sûr être effectué pendant de nombreuses années pour montrer ce paramètre.

Résolution

Bien que cela puisse sembler évident, la résolution du dispositif doit être suffisante pour permettre à un étalonnage de correspondre à l’incertitude requise. Pour y parvenir, la norme doit pouvoir mesurer suffisamment de liquide pour correspondre à la résolution de l’appareil. Par exemple, si un débitmètre a une résolution de 1 litre, la norme doit avoir un volume sensiblement supérieur à 1 000 litres pour atteindre une incertitude de 0,1 %. Pour respecter les normes de l’industrie pétrolière, un volume de 10 000 litres devrait assurer une incertitude réalisable de 0,01 %.

Importance des fluides d’étalonnage et des conditions

Tous les débitmètres interagissent d’une certaine façon avec le fluide fluide. La nature de cette interaction est influencée par les propriétés du fluide ou la distribution de la vitesse du fluide passant par l’appareil. Les changements dans cette interaction modifient la capacité de l’appareil à donner une représentation précise de la quantité. L’ampleur de l’erreur est différente pour différents types de compteurs et fluides. Pour cette raison, il est souhaitable de calibrer en utilisant la même configuration de fluide et de tuyauterie dans laquelle le compteur fonctionnera normalement. Cela n’est manifestement pas souvent possible; le compteur doit être installé dans un laboratoire d’essai, ou la norme d’étalonnage doit être installée dans l’application du procédé. Dans les deux cas, un certain degré de perturbation du compteur est inévitable. Le meilleur compromis économique doit être établi lors du choix du calibrage. Cela sera basé sur le devoir final du compteur, l’incertitude requise et la connaissance du rendement du compteur. Pour d’autres types de compteurs, comme les compteurs à turbine, le choix du fluide d’étalonnage est particulièrement important.

Les compteurs de turbines sont sensibles à la viscosité, et la figure opposée montre quelques résultats typiques d’étalonnage d’un compteur de turbines utilisant de l’eau et trois produits pétroliers. En raison de cette sensibilité à la viscosité, il est important de calibrer ces compteurs en utilisant un fluide aussi près que possible de la viscosité du fluide de travail. C’est pourquoi, entre autres, les compteurs d’huile sont souvent étalonnés sur place à l’aide d’un proverbe dédié.

Profil de débit

Lorsqu’un fluide passe par un tuyau, la distribution de la vitesse à travers le tuyau change pour approcher un « profil complètement développé » qui dépend du diamètre intérieur du tuyau, de la rugosité et du nombre de Reynolds liquides. La présence de tout changement d’un tuyau droit modifiera radicalement le profil. Les plis, les doubles virages, les vannes, etc., introduisent l’asymétrie de la distribution de vitesse et certains introduisent le tourbillon ou la rotation. Comme la façon dont le fluide interagit avec le capteur peut dépendre fortement du profil de vitesse, ces effets doivent être pris en compte lors de l’étalonnage. La plupart des installations d’étalonnage permettent des longueurs de tuyaux droites adéquates et l’utilisation de conditionneurs de débit pour établir des profils de débit prévisibles et reproductibles à proximité d’un profil idéal.

Traçabilité, précision et incertitude

Étant donné qu’un étalonnage est une comparaison entre la lecture d’un dispositif soumis à l’essai et celle d’une norme, il est nécessaire d’examiner les propriétés requises d’une norme. Premièrement et surtout, la norme doit mesurer la même quantité que l’appareil. Il y a peu de valeur dans la comparaison d’un débitmètre massique avec celui d’un réservoir de volume sans mesure de la densité pour permettre la conversion entre masse et volume. Il faut être certain que la mesure effectuée par la norme est exacte. Pour y parvenir, toutes les mesures du système doivent montrer la traçabilité à des mesures de niveau supérieur et, en fin de compte, aux normes nationales et internationales. La définition de la traçabilité fournie exprime le processus par lequel une mesure peut être reliée par une chaîne ininterrompue de comparaisons avec les normes nationales/internationales.

Il convient de noter que chaque étape de la chaîne aura une incertitude de plus en plus petite à chaque étape. Il convient de noter que le fait de fournir ou de revendiquer la traçabilité seule ne fait aucune déclaration quant à la qualité ou à l’incertitude du résultat; cela exige une valeur d’incertitude.

Important– Oui. La traçabilité doit également se faire par des comparaisons avec d’autres étalonnages/meilleures calibrations et PAS avec un organisme d’accréditation.

Il est litigieux d’utiliser le terme «exactitude» par rapport au travail d’étalonnage. L’exactitude n’a pas la rigueur ni la précision requises pour décrire un processus scientifique. Toutefois, dans la pratique, l’«exactitude», lorsqu’elle est utilisée correctement, est le terme auquel les utilisateurs se rapportent et peuvent utilement être utilisés pour exprimer des attentes et des spécifications générales. L’exactitude est un terme qualitatif et, par conséquent, son nombre devrait être utilisé à des fins indicatives.

Chaque norme doit être évaluée en fonction de l’incertitude dans la détermination de sa quantité mesurée, ainsi que du résultat d’un étalonnage. L’incertitude mentionnée pour un étalonnage ou une norme sera estimée à partir d’un examen détaillé de tous les composants du système, de l’utilisation du système et de son historique. Il indiquera spécifiquement à quel paramètre s’applique l’incertitude. Ce paramètre peut être la quantité mesurée par l’étalon ou la quantité passée dans le dispositif soumis à l’essai.

Ce dernier est l’incertitude qui est nécessaire au départ. Il est souligné que ce n’est pas l’incertitude du résultat d’étalonnage. La résolution du compteur, les facteurs d’influence et enfin la répétabilité et la linéarité des résultats d’étalonnage doivent tous être inclus pour fournir l’incertitude de l’étalonnage. Il convient également de noter que l’incertitude peut varier selon la plage de débit du compteur. La quantité de fluide recueillie par la norme peut contribuer à différentes incertitudes, ou les performances du compteur peuvent varier. En précisant l’incertitude requise d’une norme par rapport à celle d’un compteur, il est de bonne pratique que la norme ait une incertitude dix fois plus faible que celle de l’exigence d’un appareil à étalonner. Bien qu’il s’agisse d’un bon principe, dans la mesure du débit, il n’est souvent pas possible d’y parvenir en raison des attentes élevées des débitmètres et des applications qu’ils comportent. Une norme avec une incertitude d’un facteur de trois inférieur à l’exigence de la demande est souvent tout ce qui peut être atteint.

Accréditation

L’accréditation est le processus qu’un laboratoire d’étalonnage ou un fournisseur de services subit pour s’assurer que le résultat fourni à un client répond aux attentes énoncées dans la portée du travail.

C’est un processus par lequel l’équipement, les méthodes techniques, les arrangements contractuels et la qualité des résultats sont examinés pour donner confiance au client dans la prestation du service.

Un tiers, ou même le client, accrédite et organise, donnant ainsi confiance dans les travaux futurs sans inspection individuelle. Ce processus garantit que la traçabilité a été établie, qu’un budget d’incertitude a été établi et que les procédures sont saines. Afin d’éviter de multiples accréditations de clients et d’assurer un caractère commun, l’accréditation est assurée par un organisme national d’accréditation et est subordonnée au respect d’un accord international sur les normes d’inspection. La plupart des pays développés ont leur propre organisme d’accréditation et il est maintenant recommandé qu’un seul organe soit nommé dans chaque pays. En Allemagne, l’organisme est la Deutsche Akkreditierungsstelle GmbH DAkkS.

Déclaration du résultat – indicateur de rendement

Pour afficher le résultat d’un calibrage, il faut comprendre la nature de la sortie du compteur. Les débitmètres peuvent indiquer le débit ou la quantité de différentes façons. Il peut y avoir un affichage mécanique ou électronique indiquant la quantité ou le débit, ou une sortie électronique basée sur les impulsions, la fréquence ou le courant (mA) ou numérique.

Lorsque la sortie ou l’affichage est basé sur la mesure du «taux» (c’est-à-dire la fréquence, le débit, la pression différentielle ou le mA), les valeurs varient normalement légèrement au cours d’un point d’essai d’étalonnage. Il est normal de faire la moyenne des mesures prises à une vitesse d’échantillonnage contrôlée pour chaque détermination d’étalonnage. Le résultat d’un étalonnage est normalement donné sous forme de tableau énumérant les mesures de la norme (GN) et du dispositif (KG).

Un certain nombre d’indicateurs de rendement différents sont couramment utilisés.

Facteur K

Utilisé pour les compteurs avec des sorties pulsées proportionnelles à la quantité passée. Le facteur K est exprimé en impulsions par unité de quantité (par exemple impulsions par m).³ ou des impulsions par litre).

Facteur compteur (facteur de correction)

La définition générique est «facteur de correction» dans le VIM, mais dans l’industrie des débitmètres, le terme «facteur de mesure» est utilisé. Le facteur compteur est normalement sans dimension et est calculé comme le rapport de la sortie du compteur à la valeur déterminée par la norme. Cela peut être calculé à partir de mesures de débit ou de mesures de quantité. Les unités devraient être les mêmes.

Z.B.

Où F est le facteur compteur; Q est le débit; V est le volume; i est indiqué par l’appareil et s est la valeur mesurée à partir de la norme. Comme pour le facteur K, c’est le nombre que la sortie est multipliée pour donner la lecture « vrai ».

Erreur

L’erreur est la différence entre la valeur indiquée et la valeur déterminée par la norme. L’erreur relative est l’erreur divisée par la valeur déterminée par la norme et est normalement exprimée en pourcentage.

Il est important de toujours définir cette équation dans un rapport d’étalonnage puisque certaines industries utilisent une convention différente. Ceci est mieux décrit comme l’erreur inverse ou négative et ceci est basé sur la norme moins la valeur indiquée.

Fréquence d’étalonnage ou fréquence d’étalonnage d’un débitmètre?

Il n’y a pas de réponse correcte à la question. Dans certaines applications, une réponse est apparemment facile. Une norme de l’industrie ou un tiers (régulateur ou partenaire commercial) dicte la fréquence d’étalonnage. Dans ce cas, le compteur est étalonné, qu’il l’exige ou non, et il est souvent supposé précis entre les étalonnages. Cependant, pour la plupart des applications, c’est l’utilisateur qui doit définir l’intervalle d’étalonnage et la politique pour déterminer quand étalonner. L’intervalle d’étalonnage doit être choisi pour minimiser le risque de lecture incorrecte du compteur, ce qui a un impact significatif sur le processus. Par exemple, les débits élevés de pétrole attirent d’énormes charges fiscales. La valeur du produit est élevée, le risque de dommages aux compteurs est élevé et peut-être que les étalonnages in situ hebdomadaires du compteur, dans le produit réel, seront spécifiés. La mesure des eaux usées avec un Venturi ne peut nécessiter que des inspections annuelles, des vérifications irrégulières et aucun étalonnage du débit. Le dispositif de mesure de la pression différentielle sera toutefois étalonné régulièrement. Le risque d’erreur du transducteur de pression est assez élevé, le risque de changement de Venturi est faible et la valeur du produit est faible. D’autres facteurs influent sur la décision sont l’historique du compteur, lorsque le processus est fermé pour maintenance, ou ce que les vérifications et les diagnostics surveillent le compteur.

Méthodes d’étalonnage des liquides

Un certain nombre de méthodes et de systèmes assez spécifiques sont reconnus pour l’étalonnage des dispositifs d’écoulement des liquides. Ils se distinguent principalement entre les méthodes statiques et dynamiques.

Méthodes statiques

Cette méthode est généralement préférée pour les compteurs mesurant des quantités exactes de liquide, en particulier pour les compteurs de mesure par lots, par exemple utilisés dans les distributeurs de boissons. «Le démarrage et l’arrêt stationnaires sont la méthode la plus simple disponible et peuvent être utilisés pour les étalonnages de haute et de faible précision. Les étalons d’étalonnage sont généralement classés comme étant des systèmes de «bucket et de chronomètre». Le «bucket» est un contenant qui est pesé ou qui a un volume connu. Le «stopwatch» est une méthode de mesure du temps pour remplir le seau.

Méthodes dynamiques

Les étalons à piston couramment utilisés dans les laboratoires d’étalonnage fournissent un étalonnage dynamique à des niveaux de précision raisonnables. Le principe dit de déplacement positif est basé sur un piston de haute précision qui déplace le fluide d’étalonnage à travers le dispositif soumis à l’essai. La vitesse de piston est proportionnelle au débit et peut être réglée à n’importe quelle valeur souhaitée. Pendant le mouvement du piston, le débit est resté constant et peut être comparé au dispositif en lecture d’essai.

Attentes pour un étalonnage

L’étalonnage et d’un compteur ne s’appliquent qu’à ce compteur, fonctionnant dans les conditions avec lesquelles il a été étalonné. Si ces conditions sont modifiées en service, l’étalonnage peut ne pas s’appliquer. Quels sont donc les vrais ordres d’incertitude qui pourraient raisonnablement être obtenus à partir de compteurs étalonnés? Premièrement, le compteur ne peut être étalonné à un niveau d’incertitude supérieur à sa répétabilité et à l’incertitude de la norme. Les incertitudes systématiques ne peuvent être estimées qu’à partir de la connaissance du système d’étalonnage et de sa méthode de traçabilité et de transfert jusqu’au devoir final, avec l’ajout de facteurs d’influence et de performances historiques. Les installations d ‘ étalonnage des débitmètres liquides devraient pouvoir mesurer les débits à des niveaux d ‘ incertitude compris entre 0,05 et 0,5 % selon la complexité du système et sa conception.

Portée des services d’étalonnage des débitmètres au laboratoire DDM

Nous sommes experts dans l’étalonnage des débitmètres. Pour construire une histoire, nous effectuons un
d’abord. Si nécessaire, le débitmètre à l ‘ essai est alors réglé. Dans le cas d’un réglage, l’étalonnage final «à gauche» documente les performances réelles du débitmètre. Les certificats d’étalonnage sont imprimés et/ou sous forme numérique.

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