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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la réédition actualisée de l’article [R2060] « Hautes pressions – Domaine de 50 MPa à 2 GPa » rédigé par Jean-Claude LEGRAS et Pierre OTAL, paru en 2012.
RÉSUMÉ
Le domaine des hautes pressions suscite un intérêt croissant dans de nombreux domaines industriels et scientifiques. Cet article présente les différentes techniques instrumentales disponibles dans le domaine des pressions statiques entre 50 MPa et 2 GPa. Pour chaque famille d’instruments, les éléments permettant leur mise en œuvre sont présentés tout comme les principales composantes à prendre en compte dans le bilan d’incertitude. Une attention particulière est portée aux jauges à manganine, instruments de mesure qui atteignent les limites du domaine de pression de cet article, et à la balance de pression, qui constitue la référence tout au long de la chaîne d’étalonnage.
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Pierre OTAL : DESS physique des capteurs et systèmes de mesure - Responsable du département Masse et grandeur dérivées au Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE)
INTRODUCTION
Les technologies hautes pressions interviennent dans de nombreux domaines industriels : à titre d’exemple l’industrie automobile avec les systèmes d’injection, les industries pétrochimiques, pharmaceutiques et alimentaires, certains processus tels que la découpe sous pression, sans oublier les applications militaires. Le développement du marché des capteurs de haute pression, avec l’apparition de nouveaux modèles pour les pressions supérieures à 1 GPa, traduit l’évolution du secteur et l’accroissement des besoins de mesure pour accompagner les demandes de performances toujours accrues.
Dans un premier paragraphe, la pression sous ses différentes formes ainsi que les fluides qui la transmettent sont introduits. L’article se limite volontairement à la pression statique , c’est-à-dire la pression stable ou quasiment stable dans le temps. En effet la pression dynamique et ses aspects très spécifiques font l’objet d’un autre article de la collection. Après un rappel de la notion de raccordement métrologique, les techniques instrumentales disponibles sont analysées.
Nous décrivons dans les paragraphes suivants les instruments de mesure et de détection de la pression, puis les instruments qui permettent de les raccorder aux étalons nationaux et internationaux, à savoir les manomètres numériques, les calibreurs de pression et les mesureurs-générateurs. Sans reprendre les aspects déjà abordés dans d’autres articles de la collection, nous développons les instruments spécifiques des hautes pressions en nous attardant sur leur place dans la chaîne d’étalonnage et leurs limites d’utilisation. Une place particulière est faite aux jauges à manganine, instruments de mesure qui atteignent les limites du domaine de pression balayé. Pour chacune des familles d’instruments, nous donnons des éléments afin d’optimiser leur mise en œuvre en termes de performance métrologique. En particulier, nous introduisons les principales composantes à prendre en compte dans les bilans d’incertitude.
La balance de pression, qui constitue la référence tout au long de la chaîne d’étalonnage et possède beaucoup d’atouts dans le domaine des hautes pressions, fait l’objet du paragraphe 4. Les différents types de balance, leur place dans la chaîne sont décrits. Les techniques d’étalonnage et la mise en œuvre des balances sont abordées, après une description détaillée de leur fonctionnement. Le multiplicateur de pression, instrument dérivé de la balance, prend le relais pour les pressions les plus élevées.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 1990 par Jean-Pierre PETITET
- Version archivée 2 de mars 2012 par Jean-Claude LEGRAS, Pierre OTAL
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusion
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4. Balances de pression
Ce chapitre est dédié aux instruments de référence, aussi bien d’un laboratoire national de métrologie, d’un laboratoire d’étalonnage accrédité que d’un laboratoire industriel. Dans l’état actuel de la technique instrumentale, la balance de pression est le seul instrument, dans le domaine des hautes pressions, qui permette de matérialiser la pression à partir des grandeurs de base du système SI, et de la disséminer avec le meilleur niveau d’incertitude.
Ce chapitre traite également du multiplicateur, un instrument de transfert de technologie dérivée de celle de la balance de pression. Il lui est associé dans son utilisation, en permettant l’extrapolation de la pression mesurée par une balance.
4.1 Différents types de balance de pression
Le principe de base de la balance de pression est celui de la presse hydraulique. Elle apparaît sous cette forme vers le milieu du XIXe siècle. Elle n’est sans doute utilisée comme instrument de mesure que vers la fin du XIXe siècle, développée par Bourdon.
Ce principe est basé sur l’équilibre de deux forces verticales (figure 2). La pression à mesurer P est appliquée à la base d’un piston, sur une surface S bien définie. Elle engendre une force verticale F 1 = P · S dirigée vers le haut. Une masse de valeur M est placée sur la tête du piston par l’intermédiaire d’un dispositif approprié. Soumise à l’accélération de la pesanteur g, son poids constitue une force F 2 = M · g dirigée vers le bas.
À l’équilibre des deux forces, le piston flotte entre deux butées qui limitent son déplacement. La pression reste pratiquement constante pendant le temps où le piston reste en suspension, à une valeur calculable définie par l’équation :
d’où
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Balances de pression
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ERARD (L.), REPOSEUR (P.) - Traçabilité et raccordement aux étalons nationaux. - AFNOR MTL-III-10-20 (2003).
-
(2) - BRIDGMAN (P.W.) - * - Proc. Am. Acad. Arts Sci., 47 (1911).
-
(3) - ROSTOCKI (A.J.) - et al. – On the improvement of the metrological properties of manganin sensors. - Metrologia, 42 (2005).
-
(4) - PEGGS (G.) - NPL Monograph. - Dunod (1998).
-
(5) - LEGRAS (J.-C.) - et al. – La référence nationale de pression du BNM dans le domaine de 5 à 200 MPa. - Bull. d'information du BNM no 48, 9-33 (Avril 1982).
-
(6) - RABAULT (T.), LEGRAS (J.-C.) - Calculation of the pressure distortion coefficient and uncertainty budget of the BNM/LNE 200 MPa national standard. - Metrologia,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
et al. – Pressions usuelles dans les fluides – Instruments et principes de mesure
-
Pressions usuelles dans les fluides – Capteurs et transmetteurs (partie 1)
-
Pressions usuelles dans les fluides – Capteurs et transmetteurs (partie 2)
-
et al. – Pressions usuelles dans les fluides. Mise en œuvre des mesures
NORMES
-
Valeur de la pesanteur terrestre - NF X02-011 - 1974
-
Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais - ISO/IEC 17025 - 2005
-
Incertitude de mesure – Partie 3 : guide pour l’expression de l’incertitude de mesure (GUM : 1995) - NF ISO/IEC Guide 98-3 - 2014
-
Estimation des incertitudes sur les mesures de pression - RM Aéro 802 02 - 1997
-
Étalonnage et utilisation des balances manométriques – balances à application de masses - RM Aéro 802 21 - 1991
-
Étalonnage et utilisation des manomètres électromécaniques - RM Aéro 802 41 - 1993
-
Générateurs et générateurs-mesureurs de pression - RM Aéro 802 42 -
-
Calibration...
ANNEXES
(Liste non exhaustive)
Décret no 61-501 du 3 mai 1961 relatif aux unités de mesure et au contrôle des instruments de mesure (version consolidée au 13 juin 2020).
Directive 97/23/CE du Parlement européen et du Conseil du 29 mai 1997 relative au rapprochement des législations des États membres concernant les équipements sous pression (JO L 181 du 9 juillet 1997).
Directive 2014/68/UE du Parlement européen et du Conseil du 14 mai 2014 relative à l’harmonisation des législations des États membres concernant la mise à disposition sur le marché des équipements sous pression (JOUE du 27 juin 2014).
HAUT DE PAGEOrganismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Association française de normalisation (AFNOR) : http://www.afnor.fr
Bureau international des poids et mesures (BIPM) : http://www.bipm.fr
Bureau de normalisation de l’aéronautique et de l’espace (BNAE) : http://www.bnae.fr
Comité français d’accréditation (COFRAC) : http://www.cofrac.fr
European Association of National Metrology Institutes (EURAMET) : http://www.euramet.org
Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE) : http://www.lne.fr
...
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