BANC D’ETALONNAGE EN TEMPERATURE

Nicolas Lavenant¹, Martine Ollitrault² , Yannick Hamon³, Nicolas Gilliet³, Yannick Fauvel ³, Mickael Faucheux ³

¹ CNRS/ Université UMR6118 Géosciences (Beaulieu Université RENNES 1 )² INRA U3E Unité expérimentale d’Ecologie et d’Ecotoxicologie aquatique (RENNES agrocampus)³ INRA UMR SAS Sol Agro et Hydrosystème Spatialisation (RENNES agrocampus)

POURQUOI ? - LES BESOINS

Aujourd’hui, la mesure de température est de plus en plus utilisée :

• Sur les sites d’observation (monitoring nappe-rivière-sol)• En expérimentation• En laboratoire (analyse chimique…)

IMPORTANTE VARIETE DE CAPTEURS DE TEMPERATURE UTILISEES DANS NOS APPLICATIONS

Capteurs aux caractéristiques variées :

• Plage de température d’utilisation• Résolution d’affichage• Exactitude • Temps de réponse

POURQUOI ? - LES BESOINS

Fiabiliserla mesure

• Avoir des résultats de mesure cohérents entre équipements

• Garantir que les mesures effectuées à X mois ou années d’intervalledemeurent comparables

DEMARCHE ASSURANCE QUALITE

Estimation de l’incertitude de mesure

Contrôle métrologique(Raccordement étalon national)

Valoriser la mesure

POURQUOI ? - LES BESOINS

Connaitre leur limite d’emploi et leur dérive dans le temps

Vérifier les performances attendues définies par le constructeurou l’utilisateur (E.M.T Erreur maximale tolérée)

Estimer les performances des équipements de mesure en température

• Biais• Répétabilité• Linéarité• Incertitude de mesure• Temps de réponse

CORRIGER LA MESURE ET RENSEIGNER LES BASES DE DONNEES

Le constat: les erreurs de mesure de la température ont une influence plus ou moins forte sur la qualité des résultats obtenus

COMMENT ? - INVESTISSEMENTS -MOYENS

Chaine thermométrique étalon (PHP602+ sonde PT100) AOIP

Bain thermostaté AOIP

Logiciel de pilotage mode manuel et auto

INRA SAS6200 €

Département EA3500 €

Géosciences3 500 €

INRA U3E1 000 €

OSUR (S3O)1 500 €

- Aménagement local- Achat imprimante- Etalonnage Cofrac sonde étalon

COMMENT ? - INVESTISSEMENTS -MOYENS

LOCAL : UNE SALLE TEMPERATURE localisée à l’INRA SAS

INVESTISSEMENT DE 15700€

METHODE DE MESURE

FD X07-029 : Procédure d’étalonnage et de vérification des thermomètres

FD X07-012 : Métrologie – Métrologie de l’entreprise – Certificat d’étalonnage des moyens de mesure

FD X 07-021 : Métrologie et application de la statistique

NF ENV 13005 : Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure (GUM)

DOCUMENTS DE REFERENCE NORMATIFS

METHODE PAR COMPARAISON

Thermomètre étalon

Thermomètre à vérifier

METHODE DE MESURE

Bain d’étalonnage

Erreur de résolution

Chaîne de mesure étalon

Erreur de résolution

Répétition des mesures

Erreur de justesse

Erreur de stabilité

Erreur d’homogénéité

Chaîne de mesure à vérifier

Résultat de mesure

Inventaire de l’ensemble des causes d’incertitude sur la mesure de température

Opérateur

EXEMPLE DE CALCUL

CAPTEUR HOBO U22 Water Temp Pro V2 (PROSENSOR)

Plage de température Exactitude Résolution

-20°C à 50°C eau ± 0.2 °C 0.02°C

Mesure Etalon °C

Mesure capteur °C

Répétabilité°C

Stabilité bain °C

Homogénéité bain °C

Résolutionétalon °C

Justesse étalon °C

Résolutioncapteur °C

u°C

Ecart°C

U élargie 95% de

confiance

3.022 3.015 0.008 0.0289 0.024

0.0003

0.010

0.0058

0.04 -0.008 0.08

5.023 5.024 0.002 0.02 0.014 0.010 0.03 0.001 0.05

10.04 10.03 0.007 0.027 0.002 0.010 0.03 -0.006 0.06

12.046 12.047 0.009 0.026 0.035 0.010 0.046 0.001 0.09

15.027 15.034 0.018 0.031 0.02 0.010 0.043 0.007 0.09

20.054 20.055 0.006 0.04 0.009 0.010 0.045 0.001 0.09

25.057 25.048 0.016 0.04 0.009 0.010 0.045 -0.009 0.09

EXEMPLE DE CALCUL

CAPTEUR HOBO U22 Water Temp Pro V2 (PROSENSOR)

Plage de température Exactitude Résolution

-20°C à 50°C eau ± 0.2 °C 0.02°C

Mesure Etalon °C

Mesure capteur °C

Répétabilité°C

Stabilité bain °C

Homogénéité bain °C

Résolutionétalon °C

Justesse étalon °C

Résolutioncapteur °C

U °C

Ecart°C

U élargie 95% de

confiance

3.022 3.015 0.008 0.0289 0.024

0.0003

0.010

0.0058

0.04 -0.008 0.08

5.023 5.024 0.002 0.02 0.014 0.010 0.03 0.001 0.05

10.04 10.03 0.007 0.027 0.002 0.010 0.03 -0.006 0.06

12.046 12.047 0.009 0.026 0.035 0.010 0.046 0.001 0.09

15.027 15.034 0.018 0.031 0.02 0.010 0.043 0.007 0.09

20.054 20.055 0.006 0.04 0.009 0.010 0.045 0.001 0.09

25.057 25.048 0.016 0.04 0.009 0.010 0.045 -0.009 0.09

15.22715.027 15.03414.82715.12414.944 Capteur conforme

EXEMPLE DE CALCUL

CAPTEUR HOBO Tid Bit (PROSENSOR)

Plage de température Exactitude Résolution

-20°C à 30°C eau ± 0.2 °C 0.02°CMesure

Etalon °CMesure

capteur °CRépétabilité

°CStabilité bain °C

Homogénéité bain °C

Résolutionétalon °C

Justesse étalon °C

Résolutioncapteur °C

u°C

Ecart°C

U élargie95% de

confiance

3.074 3.105 0.035 0.029 0.024

0.00003

0.010

0.0058

0.053 0.031 0.11

5.046 5.084 0.019 0.02 0.014 0.010 0.038 0.038 0.07

10.081 10.12 0.026 0.027 0.002 0.010 0.039 0.044 0.08

Mesure Etalon °C

Mesure capteur °C

Répétabilité°C

Stabilité bain °C

Homogénéité bain °C

Résolutionétalon °C

Justesse étalon °C

Résolutioncapteur °C

u°C

Ecart°C

U élargie95% de

confiance

3.074 2.63 0.014 0.029 0.024

0.00003

0.010

0.0058

0.042 -0.448 0.08

5.046 4.60 0.017 0.02 0.014 0.010 0.032 -0.443 0.06

10.081 9.63 0.020 0.027 0.002 0.010 0.035 -0.451 0.07

Capteur conforme 10.08°C

10.12°C

10.28°C9.88 °C

10.2°C10.04°C

10.08°C

9.63

10.28°C9.88°C

9.79.56

Capteur non conforme

PREMIERS RESULTATS

Modèle de capteur

Exactitude Constructeur

(°C)

Nbre de capteur vérifiée

Conformité Correction à apporter Modèle

DIVER CTD 0.2 7 6 Offset

DIVER 0.2 14 2 Offset

HOBO TID BIT 0.2 10 7 Offset

HOBO U12_015-02 0.22 15 15

HOBO U22 WATER PRO V2

0.2 10 10

ORPHEUS CTD 0.5 2 2

STARMON MINI 0.025* 3 0 Offset* Exactitude non vérifiable

30 % des capteurs vérifiés sont non conformes

OFFSET DERIVE DU CAPTEUR

PREMIERS RESULTATS

Estimation du Temps de réponse d’un DIVER CTDEchelon descendant de 20°C à 10°C

Temps de chute : ≈100s ≈ 2min

20°C

10°C

POSSIBILITES / AMELIORATIONS

Etat actuel

• Banc raccordé au système International d’unité (SI)

• Correction de la mesure de T°C et évaluation de la dérive d’un capteur

• Possibilité d’estimer le temps de réponse d’un capteur

• Possibilité d’étalonnage rapide en interne (coût élevé en externe)

• Documentations qualité (mode opératoire) et Edition d’un certificat d’étalonnage

POSSIBILITES / AMELIORATIONS

Etat actuel

• Banc raccordé au système International d’unité (SI)

• Correction de la mesure de T°C et évaluation de la dérive d’un capteur

• Possibilité d’estimer le temps de réponse d’un capteur

• Possibilité d’étalonnage rapide en interne (cout élevé en externe)

• Documentations qualité (mode opératoire) et Edition d’un certificat d’étalonnage

Améliorations

• Climatisation de la salle> Stabilité du bain

• Passage en huile (-40°C à 125°C)>Homogénéité du bain

• Réduire le temps opérateur

• Automatiser les calculs (logiciel VB)

• Rendre le banc plus flexible

LIMITES / PERSPECTIVES

• Contrôler des sondes multiparamètres (erreur de finesse ???)

• Travailler sur le temps de réponse des capteurs

• Estimer la dérive des capteurs dans le temps

• Appliquer les correctifs aux résultats de nos mesures de température

• Insérer dans nos bases de données les certificats d’étalonnage

• Volume du bain

• Contrôle des capteurs avec une E.M.T < 0.1°C (exemple idronaut)

• Passage matrice Huile / eau délicat (nettoyage)

LIMITES DU BANC

PERSPECTIVES

CONCLUSION

• Développement d’un outil commun, mutualiser et financer par plusieurs Laboratoires (OSUR)

• Etalonnage de la plupart des capteurs de température du marché (exactitude > 0.15°C)

• Répond à une démarche d’assurance qualité dans les laboratoires de recherche

• Permet de mieux connaitre et maitriser nos équipements de mesure en température

• Permet de corriger nos résultats de mesure et renseigner les bases de données

LA RECHERCHE DE LA MEILLEURE PRECISION COUTE CHERE :

Nécessité de bien évaluer son besoin : Capabilité(E.M.T recherché, plage d’utilisation…)

Calendrier de réservation de la salle du banc sur le site de L’OSUR (Outils pratiques)

Informations – Organisations – Demandes d’accès clé

Yannick Hamon (INRA SAS) : Site Agrocampus

Nicolas Lavenant (GEOSCIENCES RENNES) : Site Beaulieu

INFORMATIONS PRATIQUES

MERCI