Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
L’objectif de cet article est de fournir aux utilisateurs de l'échelle de température internationale de 1990, EIT-90, des conseils relatifs à l’évaluation de l'incertitude affectant l’étalonnage et l’utilisation d’un thermomètre à résistance de platine étalon.
Ce document se limite aux sous-domaines de température compris entre le point triple de l’argon (-189,344 2 °C) et le point de congélation de l’argent (961,78 °C).
Tous les paramètres d’influence connus à ce jour affectant soit la réalisation des points fixes de température, soit le thermomètre à résistance de platine étalon, soit la chaîne de mesure de la résistance électrique sont détaillés. Une modélisation du résultat de mesure est développée et un exemple de bilan d’incertitude est proposé à la fin de l’article.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Éliane RENAOT : Ingénieur - Ex-responsable « amont » du département « température moyenne » au laboratoire commun de métrologie LNE-CNAM - Ex-membre de la commission Métrologie de l’AFNOR - Évaluateur technique responsable d’évaluation au COFRAC
INTRODUCTION
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 ;
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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).
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de déc. 2000 par Éric DEVIN, Mohammed MÉGHARFI, François PROUST
DOI (Digital Object Identifier)
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Phénomènes physiques affectant la sonde à résistance de platine3. Incertitudes affectant la réalisation des points fixes
Cet article n’a pas la prétention de s’adresser aux spécialistes des laboratoires nationaux de métrologie. Ceux-ci accèdent aux plus récents résultats de la recherche par la participation à des congrès, des groupes de travail européens (EURAMET) ou internationaux (comité consultatif de thermométrie du BIPM).
L’objectif de cet article est de permettre aux personnes travaillant dans les laboratoires d’étalonnage en thermométrie de mieux comprendre sur quelles bases ont été déterminées les incertitudes qui figurent sur le certificat d’étalonnage fourni dans le cadre d’un raccordement de leur sonde étalon selon l’EIT-90. Pour ceux qui ont souhaité intégrer à l’équipement de leur laboratoire un ou deux points fixes, l’ambition de cet article est :
-
de leur faire prendre conscience des différents phénomènes physiques qui vont venir impacter la mise en œuvre de ces points fixes ;
-
de les aider à évaluer de manière chiffrée les composantes d’incertitude associées à ces phénomènes physiques.
Selon les moyens dont dispose le laboratoire national, la référence nationale, pour un point fixe donné, reposera sur la température matérialisée par une cellule ou par un lot de cellules. Cette deuxième possibilité est de très loin préférable. Elle permet la mise en évidence de l’impact des différents phénomènes physiques qui entache la réalisation pratique d’un point fixe par rapport à une définition « idéale ». C’est cette approche qui a été retenue par le laboratoire national français, le laboratoire commun de métrologie LNE-CNAM. Le raccordement d’une cellule aux références nationales se fait via une comparaison entre la température matérialisée par cette cellule et la température matérialisée au niveau de la référence nationale.
3.1 Pression hydrostatique
Pour assurer un ancrage thermique suffisant, l’élément sensible de la sonde à résistance de platine est toujours situé au fond d’un puits central à la cellule. Selon la technologie de la cellule, le milieu de l’élément sensible se situe 15 à 25 cm en dessous de la surface libre du liquide du corps considéré.
Reprenons l’exemple du point triple de l’eau....
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Incertitudes affectant la réalisation des points fixes
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BONNIER (G.) - Point triple de l’argon (83,798 K) référence de transfert. - Bulletin du BNM, volume 22, 14-18, Paris (1975).
-
(2) - HERMIER (Y.) - Conception et réalisation de calorimètres pour les points fixes de température de l’argon et du mercure. - Revue française de métrologie, volume 20, 33-38 (2009).
-
(3) - RENAOT (E.), FAILLEAU (G.), HERMIER (Y.) - Développement d’une nouvelle génération de points fixes de température entre 83 K et 950 K. - Revue française de métrologie n° 28, volume 2011-4 (2011).
-
(4) - ALLAN (M.) - The effect of pressure on the water triple point temperature. - Temperature its Measurement and Control in Science and Industry volume 5, Ed J F Schooley, AIP, New York, 285-290 (1982).
-
(5) - FELLMUTH (B.), HILL (K.), BLOEMBERGEN (P.), DE GROOT (M.), HERMIER (Y.), MATVEYEV (M.), POKHODUN (A.), RIPPLE (D.), STEUR (P.) - Methodologies for the estimation of uncertainties and the correction of fixed-point...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
BIPM :
-
GUM : Evaluation of measurement data – Guide to the expression of uncertainty in measurement. JCGM 100 :2008. (GUM 1995 with minor corrections).
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Vocabulaire international de métrologie – Concept fondamentaux et généraux et termes associés (VIM).
-
Evaluation of measurement data – An introduction to the “Guide to the expression of uncertainty in measurement” and related documents. JCGM 104 :2009.
-
ITS-90. Published in the Procès-verbaux du Comité international des poids et mesures, 78th meeting, 1989.
-
Supplementary Information for the International Scale of 1990 (1997).
-
Supplementary Information for the International Scale of 1990. Section 2.2 : Triple point of water (2013).
-
Technical Annex for the International Temperature Scale of 1990 (ITS-90) (2013).
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