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Améliorer les résultats de pesage
Enova 2017
Paris
Pierre Girault
Balances de précision et micro balances
Programme 2
For internal use - Confidential
1 Etalonnage des balances
2 Pesée minimale
3 Utilisation des microbalances
4 Bonnes pratiques de pesage
5 Influences physiques
6 Optimiser les performances de pesage
7
8
9
Etalonnage des micro-balances
L'incertitude peut varier suivant l'emplacement / Etalonner la balance
3
For internal use - Confidential
Etalonnage
"opération qui, dans des conditions
spécifiées, établit en une première étape une
relation entre les valeurs et les incertitudes de
mesure associées qui sont fournies par des
étalons et les indications correspondantes
avec leurs incertitudes associées, puis utilise
en une seconde étape cette information pour
établir une relation permettant d'obtenir un
résultat de mesure à partir d'une indication."
International Vocabulary Of Basic And General
Terms In Metrology (VIM)
JCGM 200:2012, item 2.39
Microbalances :
Selon les emplacements, l'incertitude de mesure
de la balance peut varier. le certificat
d'étalonnage, vous permet de vérifier que votre
microbalance fonctionne correctement
conformément à vos exigences de pesage
Répétabilité RP
Précision d'affichage RD
Non-linéarité NL
Charges excentrées EC
Sensibilité SE
L'étalonnage donne l'incertitude de mesure
Propriété nominale :
Propriétés de la
cellule de mesure
Caractéristiques de l'instrument qui contribuent à l'incertitude
Facteurs qui influencent l'incertitude de l'indication
d0 / √12 Erreur d'arrondi de l'indication à zéro
dI / √12 Erreur d'arrondi de l'indication à charge
s Répétabilité (Ecart type)
u(δIecc) Excentration (de – Position centrale)
u(δmc) Incertitude des poids (alternativement: EMT)
u(δmB) Incertitude sur la poussée de l'air
u(δmD) Incertitude de la dérive du poids dans le temps
u(δmconv) Incertitude due à l'acclimatation du poids
MESURES
INSTRUMENT
POIDS
L'estimation de l'incertitude est calculée suivant un guide ex: EURAMET cg-18.
L'étalonnage permet de tracer les résultats
L'incertitude de l'instrument doit être < Besoin du processus
6
For internal use - Confidential
▪ L'étalonnage est le processus qui permet de déterminer les performances d'un
instrument. – ou encore – de comprendre son fonctionnement
▪ L'étalonnage fourni les données qui permettent d'évaluer les performances d'un
instrument par rapport à des tolérances spécifiques – pour vérifier si les
performances de l'instrument sont suffisantes pour satisfaire aux prérequis
d'une application spécifique.
Conséquence:
▪ La condition préalable pour garantir de façon permanente un niveau de
qualité élevé du processus de pesage est l'étalonnage périodique de la
balance ou de la plateforme.
▪ Les résultats d'un étalonnage précisent les performances d'un instrument
uniquement au moment de l'étalonnage (Aucune information n'est délivrée sur
les performances lors de l'utilisation)
▪ La performance de l'instrument a été évaluée pour des points spécifiques mais
l'information sur la performance pour chaque point mesurable n'est pas encore
évaluée.
Par conséquent:
▪ L'interprétation des résultats d'étalonnage a une très grande importance
- Performance de l'instrument entre les points étalonnés
- Performance de l'instrument en prenant compte de l'utilisation jour après jour.
Ceci est en dehors de la "partie métrologie instrument"
"Partie métrologie instrument" et au delà
Une incertitude "en utilisation" peut être délivrée et documentée.
Incertitude en utilisation
Balance de précision
Résolution 5 mg
Capacité 6100 g
L'incertitude "en utilisation" est calculée par linéarisation des
points de test.
Programme 9
For internal use - Confidential
1 Etalonnage des balances
2 Pesée minimale
3 Utilisation des microbalances
4 Bonnes pratiques de pesage
5 Influences physiques
6 Optimiser les performances de pesage
7
8
9
Interprétation de l'incertitude globale
L'incertitude de mesure relative doit être < à la tolérance du processus
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For internal use - Confidential
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
11.11.21.31.41.51.61.71.81.9
2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Incertitude de mesure relative [%] (= Incertitude de mesure absolue / Poids)
Incertitude de mesure globale (absolue) [mg]
U [g] = U0 + Constante x Poids
L'incertitude de mesure relative augmente au fur et a mesure que le
poids diminue
Incert
itu
de U
[m
g o
u%
]
MaxPoids [g]
Pour les échantillons de faible poids, l'incertitude relative peut
devenir si grande que le résultat de mesure ne peut être fiable!
Pesée minimale
Pesée minimale nette utilisable = Fs x Pesée minimale nette
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For internal use - Confidential
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
11.11.21.31.41.51.61.71.81.9
2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
To
léra
nce d
e p
esag
e [
%]
Plage de pesée sûre
x
Pesée minimale
nette utilisable
Limite d'exactitude:
Pesée minimale
nette
1%
0.5%Incert
itu
de U
[ %
]
MaxCharge [kg]
Plage de
non
conformité
Plage de
sécurité (2)
Programme 14
For internal use - Confidential
1 Etalonnage des balances
2 Pesée minimale
3 Utilisation des microbalances
4 Bonnes pratiques de pesage
5 Influences physiques
6 Optimiser les performances de pesage
7
8
9
Emplacement de la microbalance
Forte sensibilité aux vibrations / Courants d'air / Température
▪ Les microbalances sont sensibles aux
influences environnementales
▪ et leur emplacement doit être sélectionné
avec précaution
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For internal use - Confidential
Les microbalances sont sensibles aux
influences environnementales et leur
emplacement doit être sélectionné avec soin.
Vibrations
• Table de pesage solide et stable pour
réduire les vibrations
Courants d'air
• Eviter de placer la balance à proximité
d'une porte ou dans un endroit
fréquenté par beaucoup de personnes.
• Évitez de la placer à proximité d'une
climatisation.
Variations de température
• Évitez de placer la balance à proximité
de sources de chaleur directe, telles
que des radiateurs, ou à proximité de
fenêtres.
Contrôle de routine des microbalances
Les tests de routine doivent être réalisés, même si la balance est étalonnée.
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For internal use - Confidential
Définition : Un test de routine est une
vérification rapide et traçable des
performances de la balance.
Avantage : En respectant une procédure
de test de routine, vous pouvez
prolonger le temps entre deux cycles
d'étalonnage.
Méthode : L'incertitude de mesure se
compose de quatre facteurs contributifs
majeurs répétabilité, sensibilité,
excentration et non-linéarité.
- La répétabilité et la sensibilité doivent
faire l'objet de tests de routine réalisés par
l'utilisateur
Objectif : Le contrôle de routine à pour
objectif de valider les pesées antérieures et
d'autoriser l'utilisation de l'instrument
Le calibrage interne peut aider au contrôle
de routine
Points de contrôle pour les tests de routine
Courbe de l'incertitude de mesure typique d'une ultra microbalance .
17
For internal use - Confidential
Essais de répétabilité (RP)
- Utiliser des poids de contrôle jusqu'à 5 %
de la capacité de la balance
- Ce facteur d'influence est dominat dans la
partie basse de la balance.
Essais de sensibilité (SE)
Avec des poids de contrôle proches de 100
% de la capacité de la balance, la
sensibilité (également appelée « erreur
d'indication ») est le facteur dominant pour
l'incertitude de mesure de la partie haute
de la balance.
Dérive des résultats de pesage
Les paramètres de la balance sont corrects, les essais réussis, mais vos
résultats de pesage divergent.
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For internal use - Confidential
L'échantillon est hygroscopique et absorbe
l'humidité, ce qui entraîne une augmentation
régulière de la masse
L'échantillon est volatil et perd de l'humidité,
ce qui entraîne une diminution régulière de la
masse
Les différences de température entre
l'échantillon et l'environnement provoquent
des effets de réchauffement ou de
refroidissement dans la chambre de pesée et
donc une variation de la masse.
Les effets électrostatiques génèrent
typiquement des motifs de dérive chaotiques
Peser de petits échantillons
Les échantillons, les fioles ou les creusets sont minuscules, utiliser un outil
19
For internal use - Confidential
L'utilisation des outils appropriés a une
influence positive sur votre pesage en
termes de vitesse, précision et ergonomie.
• Une micro spatule à manche épais
permet de réaliser des transferts
d'échantillons précis.
• Des pinces brucelles d'une forme
particulière pour le transfert de l'échantillon
sur la balance.
• Des coupelles de pesage à fond plat
• L'utilisation d'une pédale pour l'ouverture
et la fermeture de la porte de la balance
permet d'avoir les mains libres.
• Une coupelle de pesage tubulaire facilite
la pesée des échantillons tubulaires, tels
que des stents, des ressorts et des câbles
(disponible pour la microbalance XPR).
Programme 20
For internal use - Confidential
1 Etalonnage des balances
2 Pesée minimale
3 Utilisation des microbalances
4 Bonnes pratiques de pesage
5 Influences physiques
6 Optimiser les performances de pesage
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Optimiser l'environnement de pesée:
Amélioration du poste de pesée / Environnement et organisation
1. Installer des alertes
- utiliser un hygromètre
- utiliser une salle régulée en température
2. Evaluation du problème
- humidité < 45 % ou > 80 %
- Désordre ou manque de propreté
- Pas de place suffisante pour le pesage
3. Réduire l'impact
-Travailler avec de l'air conditionné
- Travailler dans une hotte aspirante ou
enceinte de sécurité.
4. Analyse des Causes
- Table de pesée instable
- Trop de personnes dans le laboratoire
- vibrations ex: Ascenseur à proximité
- Système d'air conditionné trop fort.
5. Prévention
- implémenter un 5S avec focus sur
Ranger / Supprimer l'inutile / être rigoureux
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For internal use - Confidential
Optimiser l'espace de travail
Optimiser l'espace de travail au moyen de solutions de contrôles
23
For internal use - Confidential
1. Installer des alertes
- Utiliser une sonde de température
- Surveiller la vitesse de l'air
2. Evaluation du problème
- Sensibilité à la dérive de la température
- Sensible aux courants d'air.
3. Réduction de l'impact
- Stabiliser la température au laboratoire,
entre 20 °C et 24 °C
- Flux d'air vitesse < 0.3 m/s
4. Analyse des causes
- Contrôler les effets de l'air conditionné
- contrôler les systèmes de ventilation de la
hotte aspirante (Turbulence)
5. Prévention utiliser un parebrise
- Pas de points chauds
- Pas de vibrations
- Table de pesée
6. - Utiliser un plateau SmartPan
Temps de mesure Répétabilité
Programme 25
For internal use - Confidential
1 Etalonnage des balances
2 Pesée minimale
3 Utilisation des microbalances
4 Bonnes pratiques de pesage
5 Influences physiques
6 Optimiser les performances de pesage
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Université des Sciences : environnement de
travail
(AFHB) Suisse
Influences physiques :
Charges électrostatiques
Poussée aérostatique
Température
Humidité de l’air
Lien hypertexte
P
27Influences physiques : Poussée aérostatique
▪ Exemple:
- Une masse de 100g set déposée sur le plateau de la
balance
- L’équilibre est réalisé avec de l’eau
- La poussée aérostatique égale au poids du volume d’air
déplacé s’exerce sur les deux produits
- Une cloche est placée sur l’ensemble
- Le vide est créé dans la cloche
- Dans le vide, la poussée aérostatique disparait
- Le fléau penche du coté de la masse volumique la plus
faible
28Influences physiques : Masse volumique de l’air
▪ La prise en compte de la valeur da la masse
volumique de l’air doit être appliquée si :
- La pesée différentielle est réalisée avec un
intervalle de temps important.
- La valeur à mesurer est très faible: Pesée de
filtres ou contrôle de pipettes
Solution
Peser dans le vide — généralement pas
faisable en laboratoire.
Utiliser une formule de calcul de
correction de poussée aérostatique pour
avoir la masse vraie.
Wm
a
c
a
1
1
where
m mass of object weighed
W weighing value (“weight”) read from the balance
a density of the air (at the time of weighing)
c conventional object density: 8000 kg/m3 (8 g/cm3 )
density of the object weighed
Poussée
aérostatique
Poids
Programme 29
For internal use - Confidential
1 Etalonnage des balances
2 Pesée minimale
3 Utilisation des microbalances
4 Bonnes pratiques de pesage
5 Influences physiques
6 Optimiser les performances de pesage
7
8
9
30Amélioration du processus de pesage
L’électrode ionisante de type ‘Barreau’ installée
sur les balances XP Analytiques permet de
décharger les containers et les produits difficiles .
La stabilité de la pesée est immédiate
Fiabilité et rapidité du résultat de la pesée
L’électrode en U installée devant la porte de la
cage de pesée permet de décharger les containers
et les produits difficiles .
La stabilité de la pesée est immédiate
Les accessoires Ergoclip font office de cage
de Faraday et protègent de l’effet des charges
électrostatiques présentent
31Comment améliorer les performances de pesage
De combien la porte MinWeigh & ErgoClip Fiole peuvent améliorer les performances de pesage ?
32Balance d'analyse + Porte MinWeigh & ErgoClip Fiole
Bechers: 25, 50, 100 et 250 ml + Une masse de 10g
Valeur limite de répétabilité
(Tolérance constructeur)
Même avec de grands
récipients de tare la
répérabilité est
nettement meilleur!!
Test de répétabilité avec différents récipients de tare + masse de 10g
Fioles: 5, 10, 25, 50 et 100 ml + Une masse de 10g
Résultats de répétabilité
avec seulement une
masse étalon.
Répétabilité sans porte
MinWeigh & ErgoClip fiole
Poids des récipients g
Répéta
bili
té m
g
33Microbalance + porte MinWeigh & ErgoClip Fiole
Bechers: 25 et 50 ml + Une masse de 1g
Fioles: 5 et 10 ml + Une masse de 1g
Valeur limite de répétabilité
Résultat de répétabilité
avec seulement une
masse étalon.
Répétabilité sans porte
MinWeigh micro+ ErgoClip
fiole micro
Avec les récipients de
tare, la répétabilité reste
la même que celle faite
avec seulement une
masse!
Test de répétabilité avec différents récipients de tare + Une masse de 1g
Répéta
bili
té m
g
Poids des récipients g
Améliorer les résultats de pesage
Enova 2017
Paris
Pierre Girault
Balances de précision et micro balances
Merci!