Essai en enceinte climatique
Il s’agit d’effectuer un test climatique (chaud-froid) sur un échantillon.
--- Cahier des charges de l'essai :
1) Essai en enceinte climatique, cycles de température entre -40°C et +80°C.
L'échantillon sera soumis à une température de –40 °C (±1°C) pendant 4h, puis l'enceinte va augmenter régulièrement la température (1°C/minute) jusqu'à +80 °C sur une durée de 2h ; l'échantillon subira alors une température de +80 °C (±1 C° ) pendant 3h.
Un cycle dure donc 9h.
L'essai comporte 10 cycles successifs de ce type. Le passage de la fin d’un cycle (+80 °C) au début d’un cycle (-40 °C) dure 2 heures (pente = 1 °C/minute), et dure donc 4 jours et 14h.
Schéma d'un cycle :
4 heures 2 heures 3 heures 2 heures
1 cycle
2) Lors de l’essai l’échantillon sera alimenté sous une tension constante de 9V pendant la phase à -40°C , et 4V pendant la phase à +80°C. Durant les phases de transitions (-40 °C à + 80°C et + 80 °C à –40 °C), l’échantillon n’est pas alimenté.
3) Le but de la mesure consiste à relever la variation du courant consommé par l’échantillon en fonction du nombre de cycles de variations de température subis (réalisés au moyen de l’enceinte).
4) Matériel utilisé : -Enceinte climatique -Pince ampèremétrique -Multimètre
-Alimentation stabilisée
Les caractéristiques des appareils qui concernent notre calcul seront données plus loin dans le document.
La mesure de courant se fait à l’extérieur de l’enceinte climatique sur un fil conducteur reliant l’alimentation stabilisée à l’échantillon se trouvant dans l’enceinte au moyen de la pince ampèremétrique. Celle-ci donne du courant une image , dont on mesure l’amplitude par le multimètre .
On prend la mesure avec la pince et on lit la valeur sur le multimètre.
L’ appareillage de mesure est disposé en dehors de l'enceinte, dans le laboratoire de mesure (fermé) à une température de 22 °C ± 5°C (cette dernière n'intervient pas dans la chaîne de mesure).
La mesure de courant s'effectuera lorsque la température de l’échantillon sera stabilisée à – 40 °C (±1 C° ), c’est-à-dire vers la fin de la phase à –40°C de chaque cycle.
- 40 °C - 40 °C
+ 80°C
1 °C/minute 1 °C/minute
Mesure
Fin d’un cycle
Début d’un cycle
On obtiendra ainsi , à la fin de l'essai, 10 points de mesure .
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La norme NF EN ISO/CEI 17025 (Prescriptions générales concernant la compétence des laboratoires d’essais et d’étalonnages) précise qu'il faut déterminer l'incertitude de mesure La 1ère étape consiste à caractériser tous les éléments qui ont une influence sur le résultat de la mesure.
Les sources d'incertitudes peuvent provenir : de la méthode employée, de l'opérateur, de(s) l'appareil(s) de mesure, de l'environnement, du mesurande.
En théorie, il faut prendre en compte tous les paramètres. Mais en pratique on n' arrive que très rarement à caractériser tous les paramètres.
Pour nous aider dans notre démarche, nous allons utiliser le "diagramme des causes d'erreurs". (Voir en annexe 1)
Grâce à ce diagramme général, on arrive plus facilement à déterminer les causes d'incertitudes liées à la méthode de travail.
Il faut lister tous les paramètres qui peuvent être une source d'incertitude, et les chiffrer.
Ces paramètres vont caractériser les deux types de composantes de l'incertitude-type.
La composante de type A : évaluée par traitement statistique .
Les composantes de type B : méthode autre que statistique. Cette méthode prend en compte tous les autres paramètres liés à la méthode de mesure, aux appareils de mesure, à l'environnement, au mesurande.
Voici les paramètres influents pour notre méthode de mesure : A- L'opérateur.
B-1 : La précision de mesure de la pince ampèremétrique.
B-2 : La précision de mesure du multimètre.
Une fois que l'on a déterminé tous les paramètres influents, il faut les chiffrer et calculer leurs incertitudes-types, afin de composer l'incertitude-type sur la méthode de mesure employée.
Remarque : toutes les incertitudes-types doivent être de la même unité (celle du mesurande), sinon on ne peut pas les additionner.
Détermination de l’incertitude-type de type A :
A- La mesure de courant est prise "manuellement"; suivant l’opérateur effectuant la mesure, cette dernière peut donc plus ou moins varier. Les causes de cette variation peuvent provenir de l'expérience, la vue, la formation, …, de l'opérateur. Pour caractériser cette source
d'incertitude, nous allons utiliser une méthode statistique (méthode de type A) : Il faut tout d'abord que les mesures s'effectuent dans les conditions réelles de l'essai.
Pour notre essai : mesure de courant en fin de phase(température échantillon stabilisée) à –40°C (±1 °C), avec une température ambiante de 22 °C ± 5 °C pour la pince elle-même.
On effectue une première mesure qui va être notre mesure de référence ‘valeur étalon’.
La mesure donne : 72,62 A. , pris comme ‘valeur étalon’ .
Ensuite, on répète la mesure 15 fois, en veillant à toujours procéder de la même manière pour les 15 mesures :
1. Allumer la pince et le multimètre (on suppose que ces 2 appareils de mesure sont étalonnés).
2. Placer la pince sur le fil dans lequel circule le courant à mesurer, en venant « pincer » le fil.
3. Lire la valeur du courant sur le multimètre.
4. Oter la pince du fil
5. Eteindre la pince et le multimètre.
On obtient le tableau suivant : Mesur
e 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Valeur (A) 72,6
1 72,5
8 72,6
5 72,5
6 72,5
8 72,6
1 72,5
6 72,6
6 72,6
5 72,6
9 72,5
9 72,5
6 72,6
2 72,5
6 72,6
3
De cette série de valeurs‘xi’ on déduit la moyenne x = 72,61 A ,
puis l’écart-type
( )
1
1
2
−
−
=
=N
x
N
x
i i
σ
= 0,04 A , avec N : nombre de mesures (ici 15 ) .L'incertitude-type de type A est donc égale à : uA = 0,04 A.
Pour déterminer les composantes de type B, la méthode consiste à chiffrer les incertitudes introduites par chaque cause d'incertitude, et la diviser par le facteur lié à une des lois d’usage courant.
B-1 : Composante d'incertitude-type liée à la précision de la pince ampèremétrique.
Nous prendrons comme facteur : 3, car on estime que l’erreur suit une loi normale du fait de la dispersion des mesures de telle manière que l’on a : 2a = 6σ
0.4 0.3 0.2 0.1 Densité de probabilité 0.0
-4 -2 0 2 4
Valeur de la grandeur mesurée Loi normale
68%
95%
Dans ce cas là, l'incertitude-type de type B* est égale à :
*(pour chaque paramètre)
La précision de la pince ampèremétrique varie en fonction de la valeur du courant mesuré et de la sensibilité de la pince , comme l’indique la documentation constructeur :
k = 2 k = 1
3 u
B= a
± a = valeur de l'incertitude
La pince indique un courant de : 72,61 A (sur une sensibilité de 10 mV/A) Cette valeur est donc dans la plage 40 à 80 A du tableau .
L’incertitude est alors de :
100 12 61 , 72 ×
+ 0,05 = ±8,76 A.
Composante d’incertitude-type (de type B) associée : uB1 = 3
76 ,
8 = 2,92 A.
B-2 : L'erreur de mesure du multimètre :
D'après la documentation constructeur du multimètre, on peut calculer l'incertitude liée à l'erreur de mesure du multimètre :
1 , 0
) 1 0007 , 0 01 , 0 6 , 72 004 , 0
( × × + ×
=±0,036 A.
Composante d'incertitude-type associée : uB2 = 3 036 ,
0 = 0,012 A.
Nous allons maintenant ‘composer’ l'incertitude-type élargie :
U = 2 x (uA²)+(uB1²)+(uB2²) = 2 x (0,04²)+(2,92²)+(0,036²) = ± 5,84 A.
Nous avons donc une incertitude pour notre mesure de : ±5,84 A.
ANNEXES
1. Diagramme des causes d'erreurs
2. Tableau des erreurs de mesure du multimètre :
Température (ambiante) = 22 °C ± 5 °C
