Étalonnage d'un multimètre : procédure, points d'essai et fréquence d'étalonnage

Ce que vérifie l'étalonnage d'un multimètre

Un étalonnage applique des valeurs connues issues d'un étalon de référence et consigne ce qu'indique le multimètre en chaque point. L'erreur est la lecture moins la valeur appliquée. Elle est consignée avec l'incertitude de l'étalonnage. Comparer chaque erreur à la spécification du fabricant et noter un résultat conforme ou non conforme relève de la vérification, et un certificat peut contenir les deux.

Le guide d'étalonnage n° 15 d'EURAMET (cg-15, version 3.0, 2015), publié par l'association des instituts nationaux de métrologie européens, décrit une méthode pour ce travail. Il couvre la tension continue, la tension alternative, le courant continu, le courant alternatif et la résistance sur les multimètres numériques. Il exclut les indicateurs de tableau, les appareils conçus surtout pour la puissance, l'énergie ou l'impédance, et les mesures au-delà de 1 MHz. Il complète les instructions d'étalonnage du fabricant sans les remplacer : suivez donc le fabricant lorsqu'il en demande davantage.

Les autres fonctions, comme la capacité et la fréquence, reçoivent moins de points. Un accessoire par lequel le multimètre mesure normalement, comme un shunt de courant, s'étalonne avec l'appareil dans le même montage.

• Étalonnage ou vérification

Comment se lisent les spécifications d'un multimètre

Les fabricants expriment généralement l'exactitude d'un multimètre sous la forme ±(pourcentage de la lecture + points). Le pourcentage croît avec la lecture. Les points sont un nombre fixe de pas du dernier chiffre affiché sur ce calibre. C'est cette part fixe qui rend un multimètre moins exact, par rapport à la lecture, vers le bas d'un calibre. Certains fabricants parlent de digits plutôt que de points. D'autres donnent un pourcentage du calibre à la place des points.

Prenons un multimètre spécifié à ±(0,5 % de la lecture + 2 points) sur un calibre de 6 V qui lit au 0,001 V. Au point d'essai de 5,000 V, la limite vaut 0,5 % de 5 V, soit 0,025 V, plus 2 points de 0,001 V. Cela donne ±0,027 V : une lecture comprise entre 4,973 V et 5,027 V est dans la spécification. À 0,600 V sur le même calibre, la limite vaut ±0,005 V, soit environ 0,8 % de la lecture.

Une spécification s'accompagne généralement de conditions, comme une plage de température, un temps de chauffe et une période depuis l'étalonnage. Quand EURAMET cg-15 compare l'incertitude d'étalonnage à la spécification, il retient la spécification à un an, car c'est celle à laquelle les utilisateurs se fient en général pendant la validité de l'étalonnage. Utilisez la spécification dont la période correspond à votre intervalle.

La résolution s'exprime souvent en nombre de chiffres. EURAMET cg-15 répartit les multimètres en deux groupes à 4¾ chiffres, soit 39 999 points. Les appareils de travail moins exacts se situent à cette limite ou en dessous, les appareils à plus haute résolution au-dessus. Chaque groupe a son propre jeu de points d'essai.

Quels points d'essai utiliser

Les points d'essai se fixent en pourcentage de la pleine échelle de chaque calibre. EURAMET cg-15 prend 10 % pour le début d'un calibre et 90 % pour son haut. Il ne recommande pas de points sous 10 %, car le calibre inférieur suivant les mesure plus exactement. Le point à 90 % peut se situer entre 50 % et 99 % de la pleine échelle, et à partir de 30 % pour la résistance.

Chaque calibre s'étalonne au moins près de son haut. La linéarité se vérifie sur un calibre continu et un calibre alternatif avec au moins cinq points, les points alternatifs à fréquence fixe, généralement 1 kHz. Pour un multimètre jusqu'à 4¾ chiffres, le jeu minimal de cg-15 est le suivant.

Matériel et conditions

La référence habituelle est un calibrateur multifonction, qui fournit tension et courant continus et alternatifs ainsi que résistance à partir d'un seul appareil. Son propre étalonnage doit être valide et traçable, avec une incertitude assez faible pour le multimètre à étalonner. Un rapport du NIST de 2001 sur son étalon de tension Josephson note que les multimètres haut de gamme peuvent être aussi exacts, et résoudre aussi finement, que les calibrateurs multifonctions conçus pour les étalonner. Un multimètre de laboratoire haut de gamme (jusqu'à 8½ chiffres) peut donc demander de meilleurs étalons que ce qu'offre un calibrateur multifonction.

La traçabilité va du certificat du calibrateur, en passant par les laboratoires situés au-dessus, jusqu'à un institut national de métrologie. Le volt y est réalisé par l'effet Josephson et l'ohm par l'effet Hall quantique, comme le décrit la mise en pratique des unités électriques de la Brochure sur le SI.

• Un calibrateur multifonction, ou des étalons séparés de tension, de courant et de résistance, avec des certificats valides.
• Des cordons et câbles en bon état. Pour la résistance, notez si le multimètre a mesuré en deux fils ou en quatre fils. En deux fils, annulez la résistance des cordons en les court-circuitant côté résistance.
• Un court-circuit à faible f.é.m. thermique pour la mise à zéro des calibres de tension continue.
• Un local stable, avec la température et l'humidité enregistrées. Laissez au multimètre le temps de stabilisation indiqué par son fabricant, sous tension s'il fonctionne sur le secteur.
• Le manuel d'étalonnage du fabricant, qui fixe la méthode d'ajustage et les points que le fabricant exige.

• La traçabilité métrologique expliquée

Relevés avant ajustage, ajustage et relevés après ajustage

EURAMET cg-15 décrit trois séquences possibles. La séquence standard pour un multimètre ajustable enchaîne un étalonnage avant ajustage, l'ajustage, puis un étalonnage après. Le premier donne les relevés avant ajustage, qui montrent comment l'appareil s'est comporté depuis son dernier étalonnage. Le dernier donne les relevés après ajustage. L'article 7.8.4 d'ISO/IEC 17025:2017 demande qu'un certificat d'étalonnage indique les résultats avant et après tout ajustage ou réparation, lorsqu'ils sont disponibles.

Un multimètre n'a pas à être ajusté à chaque étalonnage. cg-15 admet un étalonnage sans ajustage quand les lectures restent nettement dans la spécification. Pour un appareil moins exact à ajustage manuel, sa limite d'exemple est 70 % de la spécification à un an en tous les points, et 50 % aux points où l'appareil est ajusté. Pour les appareils plus exacts, la limite d'exemple est 50 % en tous les points.

L'ajustage suit la méthode du fabricant. Selon l'appareil, cela consiste à régler des composants internes ou à lancer une routine du micrologiciel.

Si un relevé avant ajustage sort de la spécification, l'article 7.1.5.2 d'ISO 9001 vous demande de déterminer si la validité des résultats antérieurs a été compromise et d'agir si nécessaire. Regardez à quoi a servi le multimètre depuis son dernier étalonnage satisfaisant, par exemple des essais de réception, des réglages d'équipements ou des contrôles d'autres instruments. Jugez si une erreur de cette taille et de ce signe a pu changer une décision, et consignez la conclusion.

• Relevés avant et après ajustage
• Que faire quand un instrument échoue à l'étalonnage
• Feuille de relevés avant ajustage et après ajustage

Le TUR et le rapport 4:1

Le TUR (test uncertainty ratio) compare la limite contrôlée à l'incertitude élargie de l'étalonnage en ce point. Pour une limite symétrique de ±T et une incertitude élargie U correspondant à une couverture d'environ 95 pour cent, TUR = T / U. EURAMET cg-15 indique qu'un rapport de 4:1 entre la spécification et l'incertitude d'étalonnage suffit en général, en prenant la spécification à un an.

Dans l'exemple ci-dessus, la limite à 5 V vaut ±0,027 V. Un rapport de 4:1 y exige une incertitude élargie d'au plus 0,0068 V environ. cg-15 admet que 4:1 n'est pas toujours possible. Sur les appareils à faible résolution, le dernier chiffre domine à la fois la spécification et l'incertitude. Sur les appareils les plus exacts, les étalons peuvent ne pas suffire sur certains calibres. Le guide demande aux laboratoires de limiter au minimum les points sous 4:1.

La résolution ajoute de l'incertitude, car chaque lecture est arrondie à son dernier chiffre. Le GUM (JCGM 100:2008, F.2.2.1) traite cet arrondi comme une loi rectangulaire large d'un pas. Son incertitude-type vaut le pas divisé par √12, soit environ 0,29 fois le pas. cg-15 demande que le certificat précise que ses incertitudes incluent la résolution et l'instabilité à court terme de l'appareil.

Qu'une lecture soit acceptée dépend aussi de la règle de décision. L'article 7.8.6 d'ISO/IEC 17025:2017 exige qu'un laboratoire qui déclare la conformité documente la règle de décision employée, et cg-15 renvoie à l'ILAC-G8 pour juger et déclarer la conformité. Demandez à votre laboratoire s'il applique l'acceptation simple ou une bande de garde.

• Calculateur TUR et TAR
• Calculateur d'incertitude due à la résolution
• La bande de garde en étalonnage
• Comment établir un budget d'incertitude de mesure

À quelle fréquence étalonner un multimètre

Aucune norme ne fixe un intervalle unique pour tous les multimètres. ISO 9001 demande un étalonnage ou une vérification à intervalles spécifiés, ou avant utilisation. L'ILAC-G24 / OIML D 10 (édition 2022) indique qu'il n'existe pas de meilleure pratique unique. Il énumère les facteurs à prendre en compte, parmi lesquels l'incertitude dont vous avez besoin, la recommandation du fabricant, la tendance à la dérive, l'intensité et la sévérité d'utilisation de l'appareil, son environnement et les résultats des vérifications intermédiaires.

Un point de départ pratique est la période que couvre la spécification d'exactitude du fabricant. Ajustez ensuite selon l'historique propre des relevés avant ajustage. Les appareils qui reviennent nettement dans leurs limites justifient un intervalle plus long. Un échec, ou une dérive vers la limite, justifie un intervalle plus court. L'ILAC-G24 conseille d'étalonner plus souvent les appareils neufs au début pour voir leur tendance.

Entre deux étalonnages, contrôlez le multimètre sur quelque chose de stable et connu. Une référence de tension, un calibrateur ou une résistance fixe que vous avez mesurée juste après le dernier étalonnage conviennent. L'article 6.4.10 d'ISO/IEC 17025:2017 demande aux laboratoires des vérifications intermédiaires lorsqu'elles sont nécessaires pour maintenir la confiance dans l'équipement. Après une chute, une surcharge ou un fusible grillé, contrôlez le multimètre avant de le réutiliser.

• Comment fixer les intervalles d'étalonnage
• Calculateur d'intervalle d'étalonnage
• Calculateur d'intervalle par taux de dérive

Ce que doivent montrer le certificat et l'enregistrement

EURAMET cg-15 liste ce dont le certificat d'un multimètre a besoin en plus de l'identification habituelle : la méthode, la preuve de la traçabilité, les conditions, les résultats avec leurs unités et l'incertitude. En pratique, l'enregistrement doit montrer ce qui suit.

• L'identifiant, la marque, le modèle et le numéro de série du multimètre.
• La procédure utilisée, et si un autotest, un autoétalonnage, un ajustage ou une réparation a été effectué.
• Les étalons de référence utilisés, avec leurs numéros de certificat et leurs échéances.
• La température et l'humidité, et la durée de stabilisation de l'appareil avant les relevés.
• Les réglages de l'appareil, comme la mesure de résistance en deux ou quatre fils et l'entrée utilisée.
• Pour chaque point : le calibre, la valeur appliquée (avec la fréquence en alternatif), la lecture avant ajustage et après ajustage, l'erreur et l'incertitude.
• La spécification et la règle de décision derrière toute déclaration de conformité ou de non-conformité.
• La date, la personne ou le laboratoire, et la prochaine échéance.

• Exigences du certificat d'étalonnage
• Modèle de certificat d'étalonnage
• Étalonnage à l'interne ou à l'externe

Comment Axiospec aide pour les enregistrements de multimètres

Axiospec est un logiciel de gestion des étalonnages. Chaque multimètre a une fiche avec ses étalonnages, ses certificats et sa prochaine échéance. Un étalonnage peut comporter des points d'essai, chacun avec sa valeur nominale, sa tolérance et les relevés avant et après ajustage. Une tolérance peut être une valeur absolue ou un pourcentage de la valeur nominale ou de l'étendue de mesure : une limite en pourcentage de la lecture plus des points se saisit donc comme la valeur absolue calculée pour ce point.

Enregistrez votre calibrateur comme étalon de référence et sélectionnez-le à chaque étalonnage. Sa propre fiche liste alors les étalonnages pour lesquels il a servi. Quand un étalonnage est enregistré comme Non conforme, le multimètre passe en quarantaine et la fiche demande l'impact du hors tolérance. Axiospec n'étalonne pas le multimètre. Pour un étalonnage à l'interne, une indication finale hors de sa tolérance fait passer le résultat à Non conforme, et enregistrer malgré tout un résultat conforme exige un motif écrit. La tolérance, la règle de décision et l'intervalle relèvent de vous ou de votre laboratoire.

Axiospec est gratuit jusqu'à 50 instruments actifs. Un nouvel espace de travail démarre avec un essai de 45 jours de Professional, avec de la place pour 1 500 instruments actifs. Nous chargeons vos enregistrements existants pour vous, sans frais, quel que soit le forfait.

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