Comment calculer l'incertitude d'une cellule de pesée ?

Salut! En tant que fournisseur de cellules de pesée, j'ai reçu récemment de nombreuses questions sur la manière de calculer l'incertitude d'une cellule de pesée. C'est un sujet crucial, surtout lorsque vous comptez sur des mesures précises pour vos applications. J’ai donc pensé vous l’expliquer dans cet article de blog.

Qu'est-ce que l'incertitude des cellules de pesée ?

Tout d’abord, comprenons ce que nous entendons par incertitude des cellules de pesée. En termes simples, l’incertitude est une estimation de la plage dans laquelle se situe la vraie valeur d’une mesure. Lorsque vous utilisez une cellule de pesée pour mesurer une force ou un poids, divers facteurs peuvent entraîner un écart entre la valeur mesurée et la valeur réelle. Ces facteurs contribuent à l'incertitude de la cellule de pesée.

Facteurs affectant l'incertitude des cellules de pesée

Plusieurs facteurs peuvent affecter l'incertitude d'une cellule de pesée. Jetons un coup d'œil à quelques-uns des plus courants :

1. Non-linéarité

La non-linéarité est une mesure de la mesure dans laquelle la sortie de la cellule de pesée s'écarte d'une ligne droite. Dans un monde idéal, la relation entre la force appliquée et le signal de sortie de la cellule de pesée serait parfaitement linéaire. Cependant, en réalité, il existe toujours un certain degré de non-linéarité. Cela peut être dû à la structure mécanique de la cellule de pesée, telle que la forme de l'élément ressort ou la manière dont les jauges de contrainte sont fixées.

2. Hystérésis

L'hystérésis se produit lorsque la sortie de la cellule de pesée est différente pour la même charge appliquée, selon que la charge augmente ou diminue. Par exemple, lorsque vous appliquez une charge à la cellule de pesée puis la supprimez, la sortie peut ne pas revenir exactement à sa valeur d'origine. Cela est dû au frottement interne et aux propriétés élastiques des matériaux des cellules de pesée.

3. Répétabilité

La répétabilité fait référence à la capacité de la cellule de pesée à fournir le même résultat pour la même charge appliquée lorsque le test est répété dans les mêmes conditions. Si une cellule de pesée a une mauvaise répétabilité, cela signifie qu'il y a une variation significative des valeurs mesurées à chaque fois que la même charge est appliquée. Cela peut être dû à des facteurs tels que le bruit électrique, les vibrations mécaniques ou l'usure des composants de la cellule de pesée.

4. Effets de la température

La température peut avoir un impact significatif sur les performances d'une cellule de pesée. Les changements de température peuvent entraîner une modification des dimensions de la cellule de pesée, ce qui peut affecter les jauges de contrainte et donc le signal de sortie. De plus, la température peut également affecter les propriétés électriques des jauges de contrainte, telles que leur résistance. La plupart des cellules de pesée sont conçues avec une compensation de température pour minimiser ces effets, mais il existe encore une certaine incertitude résiduelle due aux variations de température.

Calcul de l'incertitude de la cellule de pesée

Maintenant que nous comprenons les facteurs qui affectent l'incertitude de la cellule de pesée, parlons de la façon de la calculer. Le calcul de l'incertitude des cellules de pesée est généralement basé sur une approche statistique. Voici les étapes générales :

1. Identifier les sources d'incertitude

Comme nous l'avons vu précédemment, il existe plusieurs sources d'incertitude, notamment la non-linéarité, l'hystérésis, la répétabilité et les effets de température. Vous devez identifier toutes les sources d'incertitude pertinentes pour votre cellule de pesée et votre application spécifiques.

2. Estimer l'incertitude pour chaque source

Une fois que vous avez identifié les sources d'incertitude, vous devez estimer l'incertitude pour chaque source. Cela peut être fait au moyen de tests d'étalonnage, de spécifications du fabricant ou de données historiques. Par exemple, le fabricant peut fournir l'erreur de non-linéarité sous forme de pourcentage de la sortie à pleine échelle. Vous pouvez utiliser cette valeur comme estimation de l'incertitude due à la non-linéarité.

3. Combinez les incertitudes

Après avoir estimé l'incertitude pour chaque source, vous devez les combiner pour obtenir l'incertitude globale de la cellule de pesée. Cela se fait généralement à l'aide de la méthode de la somme des racines des carrés (RSS). La formule de la méthode RSS est :

[U_{total}=\sqrt{U_{1}^{2}+U_{2}^{2}+\cdots+U_{n}^{2}}]

où (U_{total}) est l'incertitude totale, et (U_{1}, U_{2},\cdots, U_{n}) sont les incertitudes dues à chaque source.

Disons que vous avez estimé l'incertitude due à la non-linéarité ((U_{nl})), à l'hystérésis ((U_{h})), à la répétabilité ((U_{r})) et aux effets de température ((U_{t})). L'incertitude globale de la cellule de pesée serait :

[U_{total}=\sqrt{U_{nl}^{2}+U_{h}^{2}+U_{r}^{2}+U_{t}^{2}}]

Exemple de calcul

Passons en revue un exemple pour illustrer comment calculer l'incertitude d'une cellule de pesée. Supposons que vous disposiez d'une cellule de pesée avec les spécifications suivantes :

• Erreur de non-linéarité : ±0,1 % de la sortie à pleine échelle
• Erreur d'hystérésis : ±0,05 % de la sortie à pleine échelle
• Erreur de répétabilité : ±0,03 % de la sortie à pleine échelle
• Coefficient de température de la balance zéro : ±0,002 %/°C de la sortie à pleine échelle
• Coefficient de sensibilité à la température : ±0,001 %/°C de la sortie à pleine échelle

La sortie à pleine échelle de la cellule de pesée est de 1 000 N et la plage de température pendant la mesure est de 20 °C à 30 °C.

Tout d’abord, calculons l’incertitude due aux effets de la température. Le changement de température (\Delta T = 30 - 20=10^{\circ}C).

L'incertitude due au coefficient de température du bilan nul ((U_{t1})) est :

[U_{t1}=0,002%\times10\times1000 = 0,2N]

L'incertitude due au coefficient de sensibilité à la température ((U_{t2})) est :

[U_{t2}=0,001%\times10\times1000 = 0,1N]

L'incertitude totale due aux effets de la température ((U_{t})) est :

[U_{t}=\sqrt{U_{t1}^{2}+U_{t2}^{2}}=\sqrt{0.2^{2}+0.1^{2}}=\sqrt{0.04 + 0.01}=\sqrt{0.05}\approx0.22N]

L'incertitude due à la non - linéarité ((U_{nl})) est :

[U_{nl}=0,1%\times1000 = 1N]

L'incertitude due à l'hystérésis ((U_{h})) est :

[U_{h}=0,05%\times1000 = 0,5N]

L'incertitude due à la répétabilité ((U_{r})) est :

[U_{r}=0,03%\times1000 = 0,3N]

Calculons maintenant l'incertitude globale de la cellule de pesée à l'aide de la méthode RSS :

[U_{total}=\sqrt{U_{nl}^{2}+U_{h}^{2}+U_{r}^{2}+U_{t}^{2}}=\sqrt{1^{2}+0,5^{2}+0,3^{2}+0,22^{2}}=\sqrt{1 + 0,25+0,09 + 0,0484}=\sqrt{1,3884}\environ1,18N]

Importance de connaître l’incertitude des cellules de pesée

Connaître l'incertitude d'une cellule de pesée est crucial pour plusieurs raisons. Premièrement, cela vous aide à garantir l’exactitude de vos mesures. Si vous utilisez une cellule de pesée dans une application critique, comme dans un processus de fabrication où des mesures de force précises sont requises, comprendre l'incertitude peut vous aider à déterminer si la cellule de pesée est adaptée à la tâche.

Deuxièmement, il vous permet d'évaluer la qualité de votre capteur. En comparant l'incertitude calculée avec les spécifications du fabricant, vous pouvez identifier tout problème potentiel avec la cellule de pesée et prendre les mesures appropriées.

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Conclusion

Le calcul de l'incertitude d'une cellule de pesée est une étape importante pour garantir la précision de vos mesures de force et de poids. En comprenant les facteurs qui affectent l'incertitude et en suivant les étapes décrites dans cet article de blog, vous pouvez calculer l'incertitude de votre cellule de pesée et prendre des décisions éclairées quant à son adéquation à votre application. Si vous avez des questions ou êtes intéressé par l'achat d'une cellule de pesée, n'hésitez pas à nous contacter pour plus d'informations et pour entamer une discussion sur l'achat.

Références

• OIML R60 : Recommandations pour les cellules de pesée, Organisation internationale de métrologie légale.
• ASTM E4 : Pratiques standard pour la vérification de la force des machines d'essai, American Society for Testing and Materials.