Norme d’étalonnage des capteurs de pesage ISO 376 : Améliorer la fiabilité et l’incertitude

Vous êtes-vous déjà demandé ce qu’il advient de votre capteur lorsque vous commandez un étalonnage conforme à la norme ISO 376 et à quoi les valeurs figurant sur le certificat d’étalonnage font-elles référence ? Si c’est le cas, vous trouverez dans ce livre blanc un bref résumé de la norme la plus acceptée dans le monde de la mesure de force (de référence).

Que signifie l’étalonnage ?

L’étalonnage décrit en général la comparaison des résultats de mesure d’un capteur testé avec une norme d’étalonnage. Cela signifie qu’un étalonnage permet toujours de connaître le signal de sortie d’un capteur de force lorsqu’il est chargé avec une certaine force, ainsi que l’incertitude du capteur à ce point de force.

Dans le cas des capteurs de force, il existe deux méthodes d’étalonnage :

  • Charger le capteur de force avec des poids
  • Charger le capteur de force à l’aide d’un actionneur hydraulique et mesurer la force réelle avec un capteur de force de haute précision

Pourquoi est-il judicieux de commander un service d’étalonnage ?

L’étalonnage garantit le bon fonctionnement d’un capteur de pesage et permet également de découvrir les caractéristiques de chaque capteur de force. Par conséquent, vous pouvez vous fier aux résultats des mesures effectuées avec un capteur étalonné. En outre, l’étalonnage permet de mieux calculer l’incertitude de mesure, car les caractéristiques figurant sur le certificat d’étalonnage d’un capteur particulier sont, dans la plupart des cas, beaucoup plus précises que celles qui figurent sur la fiche technique et qui s’appliquent à toute la série de modèles.

Dans le monde des capteurs de force de référence (normes de transfert de force), la norme DIN EN ISO 376 est la norme mondialement acceptée. Elle s’applique aux capteurs principaux ainsi qu’à de nombreuses applications industrielles. Bien qu’elle soit plus complexe qu’une norme de travail ou qu’un étalonnage DKD-R 3-3, elle est également beaucoup plus précise et souvent nécessaire.

Le résumé donné ici ne peut pas remplacer la norme ISO 376 complète, mais il vous aidera à comprendre ce qui se passe si vous envoyez votre capteur de force au laboratoire d’étalonnage HBK pour un étalonnage ISO 376.

Que définit la norme ISO 376 ?

  • La procédure d’essai (nombre de précharges, nombre de points de chargement…)
  • Les valeurs caractéristiques (puissance nominale, hystérésis, répétabilité…) calculées à partir des données brutes enregistrées pendant le processus d’étalonnage ainsi que la méthode de calcul de ces valeurs
  • L’incertitude du capteur de pesage dans différentes circonstances (soit pour des forces croissantes soit pour des forces croissantes et décroissantes) pour chaque point de chargement (et les forces intermédiaires)
  • La classification du capteur de force pour chaque point de chargement et chaque gamme de force

La procédure d’essai

Précharge

Chaque étalonnage ISO 376 commence par une précharge du capteur à trois reprises. Chaque fois, la précharge est appliquée avec la force d’étalonnage maximale.

Mesure deux fois avec des forces croissantes aux points de chargement (R1 et R2)

Dans la phase suivante de la procédure d’essai, le capteur est chargé jusqu’à la force d’étalonnage maximale avec des charges croissantes en huit à dix points. Après le déchargement, la même procédure est répétée dans une position de montage inchangée. Autrement dit, le capteur de charge reste immobile dans la machine d’étalonnage et les mêmes points de chargement sont répétés une seconde fois.

Mesure dans différentes positions de montage (R3 — R6)

Une fois cette phase terminée, le capteur est démonté, tourné de 120° et réinstallé dans la machine d’étalonnage. Après une précharge avec la force d’étalonnage maximale, les points de chargement de la phase précédente sont à nouveau appliqués au capteur jusqu’à la force d’étalonnage maximale, puis déchargés aux mêmes intervalles. Notez que les étapes de charge utilisées lors de la diminution de la force sont les mêmes que lors de l’augmentation. Cela diffère des deux phases précédentes de la procédure d’essai, où le capteur était déchargé en une seule fois de la force d’étalonnage maximale à zéro.

Après démontage du capteur une seconde fois, il est à nouveau tourné de 120° et entièrement préchargé jusqu’à sa force d’étalonnage maximale. Ensuite, il est chargé et déchargé une nouvelle fois avec les mêmes points de chargement que ceux décrits ci-dessus pour la partie précédente de l’essai.

Mesure du fluage

Une fois que le capteur est à nouveau déchargé, le dernier point de la procédure est une mesure de fluage.

Procédure complète — point par point

Tous les certificats d’étalonnage présentent les résultats de chaque ligne de mesure (R1 — R6) en détail :

  • R1 Premier essai : Force croissante
  • R2 Deuxième essai : Force croissante, pas de rotation

→ ROTATION À 120°

  • R3 Troisième essai : Force croissante
  • R4 Troisième essai : À partir du point de chargement le plus élevé de R3, force décroissante

→ ROTATION À 120° 

  • R5 Quatrième essai : Force croissante
  • R6 Quatrième essai : À partir du point de chargement le plus élevé de R5, force décroissante

→ Mesure du fluage

Résultats : Valeurs caractéristiques

Pour pouvoir comparer les différents capteurs de force et les affecter à une classe de précision appropriée, les valeurs caractéristiques doivent être déterminées et évaluées pour chaque capteur et chaque point de chargement. Les spécifications suivantes sont calculées à partir de la procédure d’essai décrite ci-dessus :

  • Répétabilité : Décrit la différence du signal de sortie dans une position de montage inchangée

  • Reproductibilité : Décrit la différence du signal de sortie au même point de chargement dans différentes positions de montage

  • Erreur d’interpolation : L’erreur d’interpolation montre la différence entre la courbe caractéristique réelle du capteur et l’ajustement de la courbe

  • Réversibilité/hystérésis : Décrit la différence du signal de sortie entre un cycle de charge croissant et décroissant à un certain point de chargement

  • Erreur de fluage : Indique le changement du signal de sortie sous une charge constante

  • Erreur de zéro : Indique l’écart du point zéro avant et après un cercle de chargement/déchargement.

À l’exception de l’erreur de zéro, toutes les caractéristiques sont calculées par rapport à chaque point de chargement individuel, c’est-à-dire par rapport à la valeur réelle. C’est un fait que le résultat d’un étalonnage ne peut jamais être plus précis que la machine d’étalonnage utilisée. Par conséquent, l’incertitude de la machine d’étalonnage est un point important à prendre en considération.

  • Incertitude élargie de la force appliquée : Cette erreur n’est pas liée au capteur de pesage, mais à la machine d’étalonnage utilisée.

Consultez le glossaire des mesures de force HBK pour plus d’informations sur les caractéristiques décrites ici. 

Incertitude de mesure et classification

Chaque capteur étalonné selon la norme DIN EN ISO 376 reçoit un certificat d’étalonnage qui évalue les valeurs caractéristiques du capteur et fournit des informations sur la machine d’étalonnage utilisée, leur traçabilité et leur incertitude ainsi que les conditions environnementales pendant la procédure d’étalonnage. Sur le certificat, vous pouvez trouver l’incertitude pour le capteur de pesage étalonné pour chaque point de chargement pour quatre cas d’utilisation différents :

  • Cas A : Uniquement pour les forces croissantes lorsque le capteur est utilisé uniquement pour des forces égales à un point de chargement de l’étalonnage

  • Cas C : Uniquement pour les forces croissantes, mais il peut être utilisé pour n’importe quelle force dans la plage d’étalonnage

  • Cas B : Pour les forces croissantes et décroissantes, le capteur est utilisé uniquement pour des forces égales à un point de chargement de l’étalonnage

  • Cas D : Pour les forces croissantes et décroissantes, mais il peut être utilisé pour n’importe quelle force dans la plage d’étalonnage

Les quatre cas incluent différentes valeurs caractéristiques dans le calcul de l’incertitude de mesure. Par exemple, le cas A ne prend pas en compte l’erreur d’interpolation et la réversibilité, alors que le cas D le fait.

L’incertitude est donnée comme une « incertitude élargie », ce qui signifie qu’elle est donnée pour un facteur de couverture k=2. Cela signifie que 95 % de tous les essais seront dans cette plage d’incertitude.

Vous trouverez ci-dessous une répartition complète des erreurs de mesure prises en compte dans chaque cas.

En outre, vous trouverez une classification pour chaque point de chargement et chaque cas, 00 étant la meilleure classe et 2 la plus mauvaise. Comme le capteur de force reçoit une classification pour chaque point de chargement, les classes peuvent être spécifiées dans des plages. Par exemple, un capteur répond aux exigences de la classe 00 de 40 % à 100 % de la force nominale, mais seulement à la classe 0,5 de 10 % à 29,99999 %.

HBK garantit la classe de précision des capteurs s’ils sont commandés avec un étalonnage. Vous pouvez trouver les gammes de mesure et la classe de précision en accord avec la norme ISO 376 dans le tableau ci-dessous.

CapteurClassePlage de mesure
C150010 % — 100 %
U150,510 % — 100 %
Z4A0020 % — 100 %
Z30a0020 % — 100 %
C180,520 % — 100 %
C50040 % — 100 % (20 % — 100 %)

Figure 4 — Capteurs HBK et leurs plages de mesure

Chez HBK, la classe de précision selon la norme ISO 376 est toujours définie avec une plage de mesure comptant pour tous les cas d’utilisation.

Pour des exigences plus élevées sur la précision des capteurs, les capteurs de force TOP Transfer de HBK ont des caractéristiques techniques encore meilleures que celles requises par la classe 00 ISO 376.

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