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Généralités sur la mesure 1 Références normatives : NF ENV 13-005 Guide pour l

Généralités sur la mesure 1 Références normatives : NF ENV 13-005 Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure. Abrégé : GUM NF X 07-001 Vocabulaire international des termes fondamentaux et généraux de métrologie Abrégé : VIM texte bilingue ( FR/EN) NF X 07-021 Aide à la démarche pour l’estimation de l’incertitude des mesures et des résultats d’essais NF EN ISO 10012 Systèmes de management de la mesure – Exigences pour les processus et les équipements de mesure NF ISO 17025 Prescriptions générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnage et d’essais NF ISO 5725 Fidélité des méthodes d’essais Généralités sur la mesure 2 ‒ La mesure est une activité fondamentale dans les domaines scientifique et technique. On y cherche à attribuer un caractère quantitatif à une grandeur. ‒ La mesure consiste à comparer (directement ou indirectement) une grandeur à une autre de même nature prise comme référence « opération s’appelle mesurage". Cette référence implique la mise en place d’une réalisation particulière de cette grandeur qu’on appelle étalon. ‒ Grandeur physique : James Clerx Maxwell “Toute expression d’une grandeur physique est formée de deux facteurs. l’un d’entre eux est le nom d’une grandeur connue de même nature que la quantité à exprimer qui est pris comme étalon ou référence. L’autre composante est le nombre de fois qu’il faut reporter l’étalon pour reproduire la grandeur considérée. Techniquement, la grandeur étalon est appelée unité et le nombre de reports est appelée la valeur numérique de la grandeur." Généralités sur la mesure 3 ‒ La mesure permet de passer de l’observation à l’attribution d’une information quantitative transmissible et comparable en des lieux différents, susceptible d’être traitée par l’outil mathématique. ‒ Un moyen de décision : le résultat de la mesure va commander les activités de l’opérateur. ‒ Un moyen d’échange : le résultat de toute mesure ne prend son sens que s’il est possible de le confronter à d’autres résultats, de les raccorder à une propriété, à une loi, à une théorie reconnue. 1. Rôle de la mesure dans le domaine technique: Généralités sur la mesure 4 Le mesurage direct ou indirect : – Mesurage direct quand on dispose d’une référence de même nature que le mesurande ( par extension d’un instrument gradué dans l’unité du mesurande) – Mesurage indirect quand la valeur du mesurande est obtenue par application d’une relation à partir du mesurage direct d’autres grandeurs. Exemple 1 : Exemple 2 : Généralités sur la mesure 5 2. Objectifs du cours: ‒ Connaître le contexte d’une opération de mesurage ‒ Savoir analyser les résultats obtenus dans des conditions données ‒ Savoir inspirer confiance sur la pertinence du résultat ‒ Savoir donner un résultat de mesurage sous la forme:  d’une valeur numérique  d’une unité  d’une incertitude ‒ Quel que soit le domaine de travail ( mesure, contrôle, analyse, essais) et pour tous les domaines de la physique Généralités sur la mesure 6 3. Les qualités d’une mesure : ‒ La notion de valeur vraie :  Le résultat obtenu est-il le bon? (correspond-il à la valeur vraie de la grandeur?)  Peut-on attribuer un nombre parfaitement défini à une grandeur dans des conditions données? Réponse :  Les grandeurs sont définies de manière théoriques.  Il existe de nombreuses façons plus ou moins fines de mesurer une grandeur.  On obtient un résultat auquel on peut attribuer le statut de "valeur vraie" mais on utilisera le terme "valeur de référence" . Généralités sur la mesure 7 3. Les qualités d’une mesure : ‒ Tout résultat de mesure est entaché d’erreurs. ‒ On répète deux fois la même mesure, va-t-on trouver la même valeur ? ‒ On change d’instrument, on trouvera probablement une autre valeur. ‒ Pourquoi ne trouve-t-on pas les mêmes résultats ? Généralités sur la mesure 8 3. Les qualités d’une mesure : ‒ Toute activité de mesurage introduit des perturbations, souvent appelées erreurs, dont on essaiera de donner une estimation raisonnable en terme d’incertitude. ‒ Le résultat brut assorti de son terme d’incertitude sera alors l’ensemble qui permettra de prendre une décision dans une chaine de fabrication dans l’industrie, de décider qu’un produit répond à des normes … ‒ Si yi est le résultat d’un mesurage et y0 la « valeur vraie » du mesurande, l’erreur sur le résultat yi est le nombre : ei = yi − y0 ‒ Les types d’erreurs : Quelques que soient les circonstances, il est certain que tout résultat de mesure comporte un écart, un biais par rapport à la valeur de référence. L’analyse traditionnelle permet de distinguer:  Les erreurs systématiques,  Les erreurs aléatoires. Généralités sur la mesure 9 3. Les qualités d’une mesure :  Les erreurs systématiques : Erreur reproductible liée à la loi physique qui régit la grandeur mesurée, aux conditions d’utilisation de l’appareil de mesure (calibre, erreur de parallaxe,…), aux différentes erreurs introduites dans la chaine de mesure. On peut y remédier par un bon réglage de zéro, un bon étalonnage et une appréciation de la fraction de division et en tenant compte des erreurs de méthode dans la mesure … Deux caractéristiques importantes peuvent être attachées à ce type d’erreur : L’erreur commise est toujours dans le même sens : elle ne pourra pas être éliminée en répétant plusieurs fois la mesure dans les mêmes conditions. L’erreur commise peut être corrigée : résultat d’un défaut constant et connu. Elle est susceptible d’être détectée si une analyse approfondie du protocole opératoire est effectuée. A l’issue de cette analyse, les erreurs détectées sont traitées pour éliminer leur rôle. Exemple : erreur de parallaxe, dilatation sous l’effet de la température, …. Généralités sur la mesure 10 3. Les qualités d’une mesure :  Les erreurs aléatoires : Ce sont des écarts à la valeur de référence qui résultent d’un défaut dont le sens des effets n’est pas prévisible ni connu. Leur sens et leur amplitude sont très largement tributaires du hasard. Rôle de l’opérateur : le résultat d’une mesure dépend de l’appréciation de l’opérateur, un grand nombre de facteurs peuvent influencer cette appréciation : • Position d’une aiguille, • Maximum d’un signal sur un oscilloscope, • …. Rôle de la grandeur à mesurer : radioactivité, dilatation des matériaux …  Contrairement aux erreurs systématiques, les erreurs aléatoires ne sont pas susceptibles d’être corrigées.  Le remède consiste à multiplier les mesures. Généralités sur la mesure 11 3. Les qualités d’une mesure : Les erreurs accidentelles : Elles résultent d'une fausse manœuvre, d'un mauvais emploi ou de dysfonctionnement de l'appareil. Elles ne sont généralement pas prises en compte dans la détermination de la mesure. Généralités sur la mesure 12 3. Les qualités d’une mesure :  La répartition des erreurs en métrologie:  La distinction selon le mode d’évaluation : erreurs de type A et erreurs de type B. ‒ Erreurs de type A : Elles sont évaluées par des méthodes statistiques. Elles reposent sur la possibilité de faire plusieurs fois la mesure dans les mêmes conditions. ‒ Erreurs de type B : elles sont issues du jugement, de l’expérience et de la connaissance de la méthode de mesure. Son évaluation repose sur :  L’analyse du dispositif de mesure qui conduit à effectuer des corrections (effet de la température, dérivation ….),  Les propres défauts des instruments utilisés (obtenu à partir des indications des constructeurs, …),  Mesure précédemment réalisées,  Certificat d’étalonnage et /ou constat de vérification,  … La distinction entre erreurs systématiques et erreurs aléatoires est parfois difficile. Généralités sur la mesure 13 3. Les qualités d’une mesure :  L'erreur de zéro (offset) : C'est une erreur qui ne dépend pas de la valeur de la grandeur mesurée Erreur de zéro = Valeur de x quand X = 0 L'erreur d‘échelle (gain) C'est une erreur qui dépend de façon linéaire de la valeur de la grandeur mesurée. Erreur de gain (dB) = 20 log(∆x=/∆ X) Les types d'erreurs classiques : Généralités sur la mesure 14 3. Les qualités d’une mesure : L'erreur de linéarité La caractéristique n'est pas une droite. L'erreur due au phénomène d‘hystérésis : Il y a phénomène d'hystérésis lorsque le résultat de la mesure dépend de la précédente mesure. L'erreur de mobilité : La caractéristique est en escalier. Cette erreur est souvent due a une numérisation du signal Les types d'erreurs classiques : Généralités sur la mesure 15 3. Les qualités d’une mesure : ‒ l’erreur aléatoire est le résultat d’un mesurage moins la moyenne d’un nombre infini de mesurage du même mesurande effectués dans les conditions de répétabilité. ‒ L’erreur systématique est la moyenne d’un nombre infini de mesurages du même mesurande dans les conditions de répétabilité moins une valeur vraie du mesurande. Généralités sur la mesure 16 4. Quelques mots du vocabulaire de métrologie VIM (JCGM_200_2012) : Exactitude de mesure : étroitesse de l'accord entre une valeur mesurée et une valeur vraie d'un mesurande. Justesse de mesure : étroitesse de l'accord entre la moyenne d'un nombre infini de valeurs mesurées répétées et une valeur de référence. La répétition des mesures uploads/Management/ elements-de-metrologie-incertitude-limites-physiques 1 .pdf