TE-LP-003 — Pratique de laboratoire pour la sélection, l'étalonnage et l'utilisation de thermomètres à lecture directe

Version : 7

Registre des modifications
Version Date Description
2 Ajout de la déclaration « copie contrôlée » dans l'en-tête du document d'origine ().
3 Procédure retravaillée aux articles 1.2 et 2.1, tableaux 3, 2.5, 2.8, 2.10, 3.2, 3.4 et 3.6.
4 Ajout d'une nouvelle exigence de température en service et ambiante sous 2.2 et 3.3 (passée de (22 ± 5) °C à (23 ± 5) °C)..
5
  • Modification de la structure de tolérance, nouvelle tolérance d'étalonnage, caractéristiques de stabilité et influence des conditions ambiantes.
  • Examen final effectué en combinant le contenu des tolérances actuelles et des exigences en matière d'étalonnage sur le terrain, corrections d'ordre rédactionnel et correction d'équations.
  • Ajout d'une option pour inclure d'autres sources d'incertitude dans le calcul de l'incertitude (nécessaire pour les thermomètres primaires et secondaires de MC).
  • Modification de la plage de température recommandée pour les produits chauffés, soit jusqu'à 120 °C au lieu de 125 °C.
6 Correction des symboles utilisés pour la température et mise à jour de la mise en forme.
7 Suppression de l'exigence d'inclure les sources d'incertitude sur le certificat à l'article 3.3.8.

Table des matières


1.0 Introduction

1.1 Objectif

Le présent document vise à décrire la pratique recommandée pour la sélection, l'étalonnage et l'utilisation des thermomètres numériques à lecture directe servant aux inspections et aux étalonnages menés par le personnel de Mesures Canada (MC) ou les organismes accrédités ou enregistrés. Le document sert également de cadre de travail et de guide pour les évaluations techniques des organismes qui fournissent des données relatives à l'étalonnage des thermomètres à MC.

1.2 Domaine d'application

Le présent document s'applique aux thermomètres numériques électroniques à lecture directe servant aux activités d'étalonnage et d'inspection en vertu de la Loi et du Règlement sur les poids et mesures et de la Loi et du Règlement sur l'inspection de l'électricité et du gaz.

1.3 Documents applicables

1.4 Abréviations et symboles

MC : Mesures Canada

2.0 Spécifications et exigences

2.1 Exigences relatives à l'exactitude et à l'incertitude de la mesure

Les critères pour la certification des thermomètres sont spécifiés dans le Règlement sur les poids et mesures avec une tolérance de l'exactitude de ± 0,25 °C pour les températures jusqu'à 50 °C et de ± 0,6 °C pour les températures supérieures à 50 °C.

Pour s'assurer du respect des tolérances susmentionnées, les composantes de l'incertitude suivantes s'appliquent :

  1. Incertitude maximale de l'étalonnage
    L'incertitude élargie (k = 2) maximale permise pour l'étalonnage, aux fins de certification d'un thermomètre, est de 0,15 °C. L'incertitude de l'étalonnage est déterminée au moment de l'étalonnage par le laboratoire effectuant l'étalonnage des thermomètres. Le calcul de l'incertitude de mesure d'un étalonnage est décrit à l'article 3.3.
  2. Normes de rendement pour certains modèles de thermomètres
    Les normes de rendement pour certains modèles de thermomètres sont décrites à l'article 2.3. L'article énumère aussi les sources d'incertitude de mesure qui ne sont pas incluses dans le calcul de l'incertitude de l'étalonnage, notamment la stabilité du thermomètre et sa susceptibilité aux conditions ambiantes. Seuls les modèles de thermomètres respectant ces critères sont admissibles à la certification.

2.2 Conditions de service et résolution

Les conditions de service du thermomètre doivent être classées selon le tableau 1 suivant.

Tableau 1 : Classement des conditions de service pour les thermomètres numériques
Catégorie Application
Conditions en laboratoire 23 °C ± 5 °C (intérieur)
Conditions sur le terrain De −20 °C à 40 °C (extérieur)

Pour toute application prescrite, les thermomètres doivent avoir une résolution et une étendue minimales comme indiqué au tableau 2.

Tableau 2 : Étendues de mesure et résolutions recommandées pour les thermomètres
Application Étendues de mesure et résolutions minimales
Inspection générale sur le terrain De −30 °C à 50 °C × 0,01 °C
Inspection des produits liquides chauffés De −30 °C à 120 °C × 0,01 °C
Étalonnage des thermomètres utilisés dans un étalon à gaz pour la correction de la température De 0 °C à 35 °C × 0,01 °C
Correction de la température dans les appareils de mesure du gaz De 0 °C à 35 °C × 0,01 °C
Température(s) de l'air du gazomètre de contrôle De 0 °C à 35 °C × 0,01 °C

2.3 Normes de rendement

2.3.1 Stabilité du thermomètre

Les thermomètres doivent être conçus afin d'offrir une stabilité d'au plus ± 0,1 °C au cours de la période de vérification.

2.3.2 Variations attribuables aux conditions ambiantes

Les variations de l'indication du thermomètre attribuables aux conditions ambiantes, pour la plage de température nominale, doivent se situer à ± 0,1 °C. Cette caractéristique de rendement peut être obtenue avec :

  1. des mesures et des essais réalisés par MC;
  2. les données fournies par le fabricant et son énoncé de conformité;
  3. des mesures et des essais réalisés par une seconde partie.

2.3.3 Conception et construction de la sonde

La sonde du thermomètre doit être conçue et construite de façon à pouvoir fonctionner sans fuites ni déformations pour la plage prévue des pressions, des températures et des conditions ambiantes de service, y compris la profondeur d'immersion de la sonde dans le liquide au besoin.

Lorsque les thermomètres seront utilisés pour déterminer la stabilité de la température comme dans l'essai de la compensation automatique de la température (CAT), la constante de temps du thermomètre dans le liquide d'écoulement doit être inférieure à 15 secondes. Le diamètre recommandé de la sonde est de 3 mm (ou 1/8 po) et la longueur recommandée des fils est d'environ 6 pi.

2.3.4 Résistance aux chocs thermiques

Les sondes de thermomètre destinées à une utilisation sur le terrain doivent pouvoir résister à des chocs thermiques de 50 °C sans perte de l'exactitude.

2.3.5 Exigences relatives au conditionnement des thermomètres utilisés sur le terrain

Les thermomètres destinés à être utilisés sur le terrain doivent être munis d'un étui résistant à l'eau, à l'épreuve de la poussière et à stabilité dimensionnelle sur la plage des conditions ambiantes prévues pendant toute la durée de vie utile de l'appareil.

2.3.6 Construction

La construction doit être solide sur le plan mécanique et électrique. Les matériaux, la finition, etc., doivent permettre d'assurer une longue vie et une exactitude continue.

2.3.7 Pile

Lorsque le thermomètre fonctionne à pile, il doit être doté d'une indication de pile faible.

2.3.8 Marquage

Les renseignements suivants doivent être inscrits de façon indélébile sur l'instrument ou pouvoir être affichés par ce dernier :

  1. nom du fabricant;
  2. numéro du modèle;
  3. numéro de série.

Dans le cas des thermomètres à sondes multiples, chaque sonde doit être marquée d'un identificateur unique.

2.3.9 Exigences relatives au scellage

Le thermomètre doit être conçu de manière à empêcher un réglage accidentel.

3.0 Étalonnage

L'étalonnage comprend les activités suivantes :

  1. inspection visuelle du thermomètre;
  2. étalonnage et réglage;
  3. obtenir des résultats avant et après correction;
  4. calcul de l'incertitude de mesure de l'étalonnage;
  5. production d'un certificat d'étalonnage.

3.1 Exigences générales visant le thermomètre de référence et le matériel d'étalonnage

3.1.1 Thermomètre de référence

Traçabilité

Lorsque le thermomètre de référence de l'étalonneur est utilisé pour l'étalonnage et la certification de thermomètres à titre d'étalon local, il doit être traçable à un étalon de référence figurant dans la Loi et le Règlement sur les poids et mesures.

Lorsque le thermomètre de référence de l'étalonneur est utilisé pour l'étalonnage et la certification de thermomètres à titre d'appareil de mesure en vertu de la Loi et du Règlement sur l'inspection de l'électricité et du gaz, il doit être traçable à un étalon de référence national conservé par le Conseil national de recherches du Canada.

Étendue de mesure

Le thermomètre de référence ne doit pas être utilisé à l'extérieur de l'étendue de mesure pour laquelle il est certifié.

Contrôle

Il faut contrôler la stabilité du thermomètre de référence à l'aide d'un bain de glace, d'une cellule d'eau à trois points ou de toute autre méthode appropriée de l'exactitude et de stabilité similaires. Le contrôle doit être effectué au moins tous les mois.

3.1.2 Bain d'étalonnage

Il faut utiliser un bain d'étalonnage dont l'étendue de mesure en service est adéquate. Une stabilité et une homogénéité démontrées de ± 0,02 °C ou mieux sur toute l'étendue doivent être utilisées.

3.2 Conditions et méthode d'étalonnage

La procédure d'étalonnage documentée comporte les activités suivantes :

Confirmer si le modèle de thermomètre respecte la norme définie à l'article 2.

Le thermomètre est inspecté et les résultats obtenus, de même que l'état du sceau, sont consignés.

Avant de commencer la procédure d'étalonnage, le thermomètre soumis à l'étalonnage et l'étalon sont préconditionnés aux conditions ambiantes pendant au moins 12 heures. La température ambiante dans le laboratoire d'étalonnage est maintenue à 23 °C ± 5 °C.

Les sondes du thermomètre sont suffisamment immergées dans le bain de température pour éviter les erreurs d'immersion. Dans le cas contraire, il faut tenir compte de l'erreur d'immersion dans le calcul de l'incertitude.

Avant de faire une lecture de l'instrument, laisser la température du bain de température atteindre le point de consigne et se stabiliser.

Les résultats « avant correction », au moins à deux points de température, sont obtenus avant les réglages. On recommande d'inclure le point de glace.

Le thermomètre est réglé conformément aux instructions du fabricant ou à une autre méthode appropriée qui permettra de réduire au minimum l'erreur de mesure.

Dans le cas des thermomètres qui n'affichent pas la résistance mesurée et qui sont réglés en fonction des erreurs de mesure, une fonction d'estimation de la correction appropriée est sélectionnée pour le thermomètre. La fonction d'estimation de la correction est l'équation utilisée pour modéliser les corrections prévues du thermomètre sur l'étendue d'étalonnage. Une fonction d'estimation de la correction linéaire est souvent appropriée lorsque l'erreur du thermomètre se caractérise par une pente et un décalage. Des équations de deuxième et de troisième ordre peuvent aussi être utilisées pour la fonction d'estimation de la correction lorsqu'on prévoit que l'erreur du thermomètre ne sera pas linéaire.

Chaque transducteur associé au thermomètre est étalonné à au moins six (6) points d'essai équidistants répartis sur son étendue de mesure ou, à tout le moins, sur les étendues indiquées au tableau 2. Lorsqu'une fonction d'estimation de la correction non linéaire ou une équation d'étalonnage est utilisée pour modéliser la réaction du thermomètre, au moins trois (3) points d'essai par variable sont utilisés.

Pour chaque sonde, les coefficients de la fonction d'estimation de la correction ou équation d'étalonnage sont déterminés au moyen d'un ajustement par les moindres carrés.

Dans le cas de thermomètres qui doivent être certifiés pour être utilisés avec la correction, la fonction d'estimation de la correction est utilisée pour produire une table de correction pour la sonde.

Si le thermomètre est réglé, un essai « après correction » au point de glace est effectué.

3.3 Calcul de l'incertitude de mesure de l'étalonnage

Le calcul de l'incertitude doit être fondé sur les recommandations du Guide pour l'expression de l'incertitude de mesure (GUM). Les valeurs d'incertitude sont exprimées avec un coefficient d'élargissement de k = 2 ou à un intervalle de confiance de 95 %.

L'incertitude de mesure des résultats d'étalonnage du thermomètre doit inclure les sources d'incertitude décrites aux articles 3.3.1 à 3.3.5.

3.3.1 Incertitude associée aux mesures prises avec le thermomètre de référence

Les sources d'incertitude pour le thermomètre de référence comprendront les incertitudes associées à :

  1. l'étalonnage du thermomètre de référence (uréférence)
  2. la stabilité du thermomètre de référence (ustabilité)
  3. toute autre source qui contribuera à l'incertitude de la mesure de la température avec le thermomètre de référence comme :
    • l'erreur d'immersion du thermomètre de référence (uimmersion)
    • l'hystérésis du thermomètre de référence (uhystérésis)
    • l'autoéchauffement du thermomètre de référence (uautoéchauffement)

3.3.2 Incertitude associée à la stabilité et à l'uniformité du bain de température

Cette composante de l'incertitude s'obtient en mesurant la stabilité et l'uniformité du bain de température ou avec les spécifications fournies par le fabricant.

3.3.3 Incertitude associée à la linéarité et à la fidélité du thermomètre soumis à l'étalonnage

Cette composante de l'incertitude s'estime en calculant l'écart-type résiduel pour la fonction d'estimation de la correction établie ou l'équation d'étalonnage.

3.3.4 Incertitude associée à la résolution du thermomètre

L'incertitude-type associée à la résolution du thermomètre est :

Équation 1 (la description détaillée se trouve sous l'image)

Description

L'incertitude-type associée à la résolution du thermomètre est égale au plus petit échelon de mesure divisé par la racine carrée de 12.

3.3.5 Erreur de justesse du thermomètre

Le présent article s'applique aux thermomètres ayant une résolution ≤ 0,01 °C qui doivent être utilisés sans table de correction. L'erreur systématique maximale, Erreurjustesse est considérée comme l'erreur maximale mesurée sur l'étendue de mesure. L'erreur de justesse maximale doit être inférieure à ± 0,05 °C.

3.3.6 Incertitude composée de l'étalonnage

L'incertitude composée de l'étalonnage du thermomètre se calcule comme suit :

Équation 2 (la description détaillée se trouve sous l'image)

Description

L'incertitude composée de l'étalonnage du thermomètre est égale à la racine carrée des sommes des carrés des incertitudes associées au thermomètre de référence, à la stabilité et à l'uniformité du bain de température, à la linéarité et à la fidélité du thermomètre et à la résolution du thermomètre.

3.3.7 Incertitude élargie de l'étalonnage

Les valeurs d'incertitude sont exprimées avec un facteur d'élargissement de k = 2 ce qui correspond à un intervalle de confiance de 95 % comme suit :

Équation 3 (la description détaillée se trouve sous l'image)

Description

L'incertitude élargie de l'étalonnage est égale à deux fois l'incertitude composée.

Dans le cas de thermomètres dont les indications seront utilisées sans appliquer de correction, l'incertitude élargie du thermomètre se calcule comme suit :

Équation 4 (la description détaillée se trouve sous l'image)

Description

L'incertitude élargie de l'étalonnage est égale à deux  fois l'incertitude composée plus l'erreur de justesse du thermomètre.

3.3.8 Incertitude élargie du thermomètre

La valeur estimée de l'incertitude du thermomètre peut être consignée dans le certificat d'étalonnage au lieu de l'incertitude de l'étalonnage lorsque les valeurs des sources d'incertitude pertinentes sont connues. Cette méthode est recommandée pour les thermomètres primaires et secondaires du Laboratoire d'étalonnage de MC.

L'incertitude du thermomètre s'obtient en calculant la racine carrée de la somme des carrés de la valeur d'incertitude de l'étalonnage, voir l'article 3.3.6, et la contribution des sources d'incertitude pertinentes comme la stabilité et la susceptibilité du thermomètre aux conditions ambiantes.

Les valeurs d'incertitude élargie du thermomètre sont exprimées avec un facteur d'élargissement de k = 2 ce qui correspond à un intervalle de confiance de 95 %.

3.4 Critères d'acceptation ou de rejet

Le thermomètre ne doit pas être certifié si l'étendue (k = 2) de mesure d'incertitude d'étalonnage est supérieure à 0,15 °C.

Le thermomètre ne doit pas être certifié si l'erreur de lecture du thermomètre dépasse ± 0,75 °C à un ou plusieurs points d'étalonnage.

3.5 Fréquence d'étalonnage

Sauf indication contraire, il faut étalonner les thermomètres au moins tous les deux ans.

3.6 Scellage

Les thermomètres qui disposent d'un accès physique à l'un des moyens de réglage doivent être protégés par un sceau pour indiquer tous les réglages qui peuvent influer sur l'étalonnage du thermomètre.

Les valeurs des paramètres programmables qui peuvent avoir une incidence sur l'exactitude des mesures des thermomètres doivent être incluses sur le certificat d'étalonnage.

3.7 Indicateur d'état d'étalonnage

Le thermomètre doit être étiqueté de manière à indiquer l'état de l'étalonnage par l'application d'une marque de vérification ou d'une étiquette indiquant :

  1. la date d'expiration du certificat d'étalonnage;
  2. identificateur unique du laboratoire qui a effectué l'étalonnage.

3.8 Certificat d'étalonnage

Le certificat d'étalonnage de l'instrument doit présenter les renseignements suivants :

  1. le nom du fabricant de l'instrument
  2. le nom et l'adresse du propriétaire de l'instrument
  3. une description et une identification claire de l'instrument
  4. la date d'étalonnage
  5. l'étendue de l'étalonnage
  6. l'incertitude estimée de la mesure de l'étalonnage
  7. la traçabilité des étalons de température
  8. les facteurs de correction (le cas échéant)
  9. le nom et l'adresse du laboratoire qui a effectué l'étalonnage
  10. toute limite spéciale relative à l'utilisation de l'instrument
  11. la date d'expiration du certificat de vérification
  12. le titre : certificat d'étalonnage
  13. le numéro du certificat
  14. l'identificateur de la page
  15. la désignation de la méthode d'étalonnage utilisée
  16. le nom et la signature du signataire
  17. la valeur des paramètres programmables qui peuvent influencer l'exactitude de la mesure des thermomètres, comme les coefficients de l'équation Callender-Van Dusen ou autres
  18. lorsque le thermomètre est reçu avec un sceau brisé, une note qui le mentionne

3.9 Demande de désignation à titre d'étalon local par des laboratoires accrédités

La demande de désignation à titre d'étalon local par un laboratoire accrédité doit être faite avec le formulaire joint à l'annexe.

4.0 Demande de désignation et utilisation pour une inspection

Le thermomètre ne doit pas être utilisé à l'extérieur de sa plage de température étalonnée.

Le thermomètre ne doit pas être utilisé à l'extérieur de la température ambiante nominale pour laquelle il est certifié.

Il incombe au propriétaire de s'assurer que les caractéristiques nominales du thermomètre permettent de l'utiliser dans un endroit dangereux, le cas échéant.

Sauf indication contraire dans le présent document, le thermomètre doit être utilisé conformément aux recommandations du fabricant.

Tous les mois, il faut contrôler l'exactitude du thermomètre par un contrôle du point de glace. À cette fin, comparer l'indication du thermomètre au point de glace de l'eau avec la valeur « après correction » du point de glace consignée sur le certificat d'étalonnage. Si l'écart est supérieur à ± 0,1 °C, le thermomètre ne peut être utilisé pour des inspections et doit être certifié de nouveau.

Les erreurs de mesure de la température attribuables à un emplacement inapproprié de la sonde et à des effets dynamiques seront prises en compte au moment de revoir l'adéquation du thermomètre pour une application de mesure.

Annexe : Demande de désignation à titre d'étalon local

Modèle de thermomètre Champ de saisie du modèles de thermomètres

Numéro de série de thermomètre Champ de saisie du numéros de série des thermomètres

État des sceaux à la réception Champ de saisie de l'état des sceaux à la réception

Numéro du certificat d'étalonnage ou du rapport Champ de saisie du numéro du certificat d'étalonnage ou du rapport

Demande de désignation du thermomètre susmentionné à titre d'étalon local. Le thermomètre a été étalonné et respecte les critères suivants :

  1. L'étalonnage est traçable à un étalon de référence mentionné dans la Loi et le Règlement sur les poids et mesures.
  2. L'adéquation du modèle de thermomètre est vérifiée par le laboratoire de thermométrie de MC ou MC a déjà étalonné le thermomètre dans le passé.
  3. La valeur de l'incertitude de mesure de l'étalonnage est inférieure ou égale à 0,15 °C.
  4. L'accès aux réglages du thermomètre a été scellé et les valeurs des paramètres programmables qui pourraient influencer l'exactitude de la mesure du thermomètre sont consignées sur le certificat d'étalonnage.
  5. La température au point de glace « après correction » a été consignée sur le certificat d'étalonnage.
  6. L'erreur de mesure du thermomètre « après correction » avant l'application de la correction est de ± 0,75 °C.

Signature Champ de saisie de la signature

Laboratoire accrédité

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