Incertitudes affectant l’étalonnage d’une sonde à résistance de platine longue tige selon l’EIT-90

La température thermodynamique est une mesure macroscopique du degré d’agitation des particules d’un système. Plus la température est élevée, plus l’agitation microscopique des particules est intense. Elle est définie à partir des premier et second principes de la thermodynamique. Elle possède une définition universelle et coïncide avec la température absolue mesurée avec des thermomètres à gaz parfait (à lire dans la présente base documentaire « L'échelle internationale de température : EIT-90 » [R 2 510] ).

L'unité de la température thermodynamique, grandeur physique fondamentale, est le kelvin, symbole K. Le kelvin est l'une des sept unités de base du système international d'unités (SI).

Les industriels cherchent généralement à reproduire une température plutôt qu’à connaître réellement la température thermodynamique intervenant dans leurs procédures de fabrication. Ces considérations ont conduit à mettre en place dès 1927 une échelle pratique de température reposant sur des phénomènes physiques répétables et aisément identifiables. Cette échelle a été revue en 1948, 1968, 1976 et 1990 afin que les mesures effectuées dans cette échelle soient de plus en plus en étroit accord avec les valeurs des températures thermodynamiques.

Plutôt que de mesure de la température thermodynamique, on parlera donc de « repérage de la température dans l’échelle ». L'échelle actuellement en vigueur est l'échelle internationale de température de 1990 (EIT-90). Elle repose sur :

• une série de points de définition basés sur des transitions de phase de corps purs ;

• des instruments spécifiés auxquels sont associées des formules d'interpolation ou d'extrapolation paramétrées.

Pour répondre aux besoins de l’industrie, les laboratoires d’étalonnage utilisent généralement des techniques simplifiées qui permettent d’approcher l’échelle internationale de température. Néanmoins ces laboratoires sont amenés à s’intéresser à l’EIT-90 pour différentes raisons. Les laboratoires qui souhaitent proposer à leurs clients de faibles incertitudes d’étalonnage cherchent à limiter l’impact de l’incertitude de raccordement de leur étalon. Si les caractéristiques métrologiques de l’étalon le permettent (qualité des éléments employés pour sa construction, technologie du montage, pureté du fils de platine constituant l’élément sensible…), la méthode d’étalonnage la plus appropriée repose sur l’utilisation des points fixes et des fonctions d’interpolation définis dans le texte de l’EIT-90.

De nombreux laboratoires utilisent également un point triple de l’eau (0,01 °C) ou un point fixe au gallium (29,764 6 °C) pour réaliser le suivi de la dérive de leur étalon entre deux raccordements.

Enfin, certains laboratoires désirent pratiquer, sur des gammes limitées de température, des étalonnages selon l’EIT-90.

Cet article a pour but de fournir aux utilisateurs de l’échelle internationale de température de 1990 (EIT-90) un guide leur permettant de mieux appréhender les paramètres physiques qui conduisent aux incertitudes affectant l’étalonnage d’une sonde à résistance de platine longue tige selon l’EIT-90.

L’impact de certains paramètres d’influence fait encore à ce jour l’objet de recherche au niveau international. Cet article est donc une synthèse des connaissances actuelles.

Les calculs d’incertitude présentés au sein de cet article respectent les règles du Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure (GUM : Evaluation of measurement data – Guide to the expression of uncertainty in measurement. JCGM 100 :2008).

Nous nous limiterons dans cet article aux domaines de l’EIT-90 couverts par la sonde à résistance de platine longue tige qui s’étendent de − 189,344 2 °C (83,805 8 K) à 961,78 °C (1234,93 K).