Étalonnage des manomètres : méthode, classes d'exactitude et intervalles

Ce que vérifie l'étalonnage d'un manomètre

Un étalonnage compare le manomètre à un étalon de référence dont les valeurs sont connues et traçables. La référence est soit une balance manométrique, aussi appelée manomètre à piston, soit un manomètre de référence ou un calibrateur numérique plus exact que le manomètre étalonné. À chaque point d'essai, vous notez l'indication du manomètre et la valeur de référence. La différence est l'erreur.

Pour un manomètre analogique, l'OIML R 101 commence par un examen visuel et une vérification préliminaire, puis détermine les erreurs et l'hystérésis (chapitre 8). La vérification préliminaire confirme que l'aiguille se déplace régulièrement, sans accrocher, et qu'elle repose sur zéro à la pression ambiante (10.2). Les erreurs sont relevées en des points répartis sur l'étendue de mesure, d'abord en pression montante puis en pression descendante.

Comparer les erreurs à la limite du manomètre et noter un résultat conforme ou non conforme est une vérification par rapport à une spécification. Un certificat peut porter à la fois les erreurs mesurées et cette déclaration.

• Étalonnage ou vérification

Les normes : ASME B40.100, EN 837-1, OIML R 101 et DKD-R 6-1

L'ASME B40.100-2022 est la norme américaine des manomètres et de leurs accessoires. Elle couvre les manomètres à cadran qui détectent la pression avec un élément élastique, comme un tube de Bourdon, ainsi que les séparateurs à membrane, les amortisseurs de pulsations et les clapets limiteurs de pression. Elle contient un tableau des grades d'exactitude avec le nombre recommandé de points d'essai (tableau 2-2.4-1) et une section sur les essais des manomètres (2-5). L'ASME l'a placée en maintenance stabilisée, l'édition 2022 reste donc en vigueur.

L'EN 837-1:1996 est la norme européenne des manomètres à tube de Bourdon de diamètres nominaux 40 à 250, avec des étendues jusqu'à 1600 bar. Elle fixe des classes d'exactitude, des exigences et des méthodes d'essai. Les éditions nationales, comme la DIN EN 837-1 et la BS EN 837-1, sont en vigueur.

L'OIML R 101:1991 est la recommandation internationale pour les manomètres indicateurs et enregistreurs usuels à élément récepteur élastique, dont la limite supérieure va de 0,05 MPa à 1000 MPa. Elle fixe les classes d'exactitude, les erreurs maximales tolérées et une méthode de vérification. L'OIML R 109:1993 fait de même pour les manomètres de référence, qu'elle appelle instruments étalons. Les deux sont gratuites auprès de l'OIML et figurent comme en vigueur.

Le DKD-R 6-1 est le guide d'étalonnage du service allemand d'étalonnage, publié par la PTB. Il couvre les manomètres à tube de Bourdon, les manomètres électriques et les transmetteurs de pression à sortie électrique, et fixe trois séquences d'étalonnage selon l'incertitude visée. L'édition 03/2014, révision 3, est gratuite auprès de la PTB.

Ce qu'autorise une classe d'exactitude

La classe d'exactitude d'un manomètre usuel est un pourcentage de son étendue. Selon l'OIML R 101 (4.1.1), un manomètre en service peut s'écarter jusqu'à son indice de classe multiplié par 1 % de la limite supérieure de l'étendue de mesure. Un manomètre neuf ou réparé doit respecter 0,8 fois cette valeur. Pour un manovacuomètre, la base est la somme des limites supérieures des étendues de pression et de vide.

La limite est la même partout sur l'échelle. Un manomètre de classe 1 de 0 à 10 bar peut s'écarter de 0,1 bar à 1 bar comme à 10 bar, soit 10 % de l'indication à 1 bar. La R 101 fixe aussi une limite normale d'utilisation (3.1.2) : sur les manomètres dont la limite supérieure est inférieure à 100 MPa, les trois quarts de cette limite en pression stable et les deux tiers en pression variable.

• L'hystérésis doit rester dans la même limite. La R 101 n'admet pas une erreur d'hystérésis supérieure à l'erreur maximale tolérée (4.1.2).
• À la pression ambiante, l'aiguille doit reposer sur zéro à l'erreur maximale tolérée près (10.2.3).
• La R 101 exige que le cadran indique la limite supérieure et la classe d'exactitude (6.1.1).
• L'ASME B40.100 utilise des grades d'exactitude et l'EN 837-1 ses propres classes. La limite de votre manomètre vient de la norme citée sur sa fiche technique, ou de la spécification du fabricant si elle est plus stricte.

Choisir la référence : balance manométrique ou manomètre de référence

Une balance manométrique produit une pression à partir de masses connues posées sur un piston de section effective connue. Le DKD-R 6-1 range les balances manométriques parmi les références stables à long terme, et les manomètres électriques parmi les moins stables (chapitre 3).

La pression produite par une balance manométrique dépend de l'accélération locale de la pesanteur, de la température du piston et du cylindre, et de la poussée de l'air sur les masses. L'OIML R 110 donne ses erreurs maximales tolérées pour la pesanteur normale, 9,80665 m/s², et pour 22 °C ± 3 °C (4.4). Une balance utilisée ailleurs a donc besoin des corrections indiquées par son certificat ou son manuel. Le DKD-R 6-1 demande aux laboratoires qui utilisent des manomètres à piston d'enregistrer la pression atmosphérique en plus de la température ambiante (chapitre 6).

Un manomètre de référence ou un calibrateur de pression numérique est plus rapide à utiliser et peut couvrir plusieurs étendues. Il lui faut son propre étalonnage en cours de validité, avec une incertitude déclarée. Quand la référence est un appareil indicateur, le DKD-R 6-1 compte sa résolution une seconde fois dans l'incertitude (chapitre 3).

La référence doit être meilleure de combien? L'OIML R 101 admet pour l'équipement de vérification des erreurs d'au plus un quart de l'erreur maximale tolérée du manomètre vérifié (9.1). Le DKD-R 6-1 recommande que l'incertitude de la référence ne dépasse pas le tiers de l'incertitude visée pour le manomètre.

• Calculateur TUR et TAR
• Comment établir un budget d'incertitude de mesure

Montage : position, hauteur et fluide de transmission

Montez le manomètre comme il est utilisé. La R 101 fait de la position d'utilisation indiquée par le fabricant une condition de référence (4.1.3), et le cadran peut porter la position normale d'utilisation (6.1.1). Le DKD-R 6-1 demande de prendre en compte la position de montage pendant l'étalonnage et de l'indiquer sur le certificat.

Placez les niveaux de référence du manomètre et de la référence à la même hauteur, ou corrigez la différence. Une colonne de liquide ajoute une pression de ρgh. Avec de l'eau dans la ligne, 10 cm de différence de hauteur font presque 1 kPa, soit toute l'erreur maximale tolérée d'un manomètre de classe 1 dont l'étendue va de 0 à 100 kPa. La R 101 exige que l'erreur due à une différence de niveau reste inférieure au dixième de l'erreur maximale tolérée (9.4).

Utilisez le bon fluide. La R 101 prévoit un gaz inerte jusqu'à 0,5 MPa et un liquide non corrosif au-delà, sauf si le passage de l'un à l'autre modifie l'indication de moins d'un cinquième de l'erreur maximale tolérée (4.1.3). Si le manomètre et la référence utilisent des fluides différents, un séparateur ne peut décaler l'indication de plus d'un dixième de l'erreur maximale tolérée (9.2).

Contrôlez d'abord l'étanchéité. La R 101 propose de monter la pression jusqu'à la limite supérieure, d'isoler le manomètre pendant 3 minutes puis de l'observer 2 minutes de plus. Une chute d'au plus 1 % de la limite supérieure vaut étanchéité (10.2.1).

Laissez le manomètre et la référence se mettre à la température ambiante. La R 101 prend 20 °C comme température de référence. Le DKD-R 6-1 admet un laboratoire entre 18 °C et 28 °C et recommande de maintenir la température à ±1 K pendant l'étalonnage et de l'enregistrer. Laissez aux manomètres électriques leur temps de chauffe.

Points d'essai : combien et dans quel ordre

Répartissez les points régulièrement sur l'étendue, de zéro à la limite supérieure. La R 101 demande au moins 8 points pour les manomètres de classe 0,6 et meilleure, 5 pour les classes 1 à 2,5 et 3 pour les classes 4 et 5 (10.3.1). Relevez chaque point en pression montante, maintenez la limite supérieure pendant 5 minutes, puis relevez les mêmes points en pression descendante. Relevez le zéro après 5 minutes de retour à la pression ambiante.

Le DKD-R 6-1 adapte l'effort à l'incertitude visée (tableau 1). Il met d'abord le manomètre en charge jusqu'à son maximum, avec au moins 30 secondes en haut et entre les mises en charge, puis règle le zéro si l'appareil le permet. Chaque palier de pression attend au moins 30 secondes avant la lecture, et les manomètres à tube de Bourdon sont légèrement tapotés pour libérer l'aiguille du frottement (chapitre 7).

• Feuille avant/après ajustage, avec des points d'essai sur toute l'étendue

Hystérésis, répétabilité et zéro

L'hystérésis est la différence entre les indications à une même pression selon qu'on l'atteint par le bas ou par le haut. La R 101 la définit ainsi et exclut les deux extrémités de l'étendue, où une seule direction existe (T.8). Calculez-la en chaque point comme l'indication descendante moins l'indication montante, et comparez la plus grande valeur à la limite.

Le DKD-R 6-1 relève le zéro avant et après chaque cycle de montée et de descente et retient le plus grand changement comme écart de zéro (8.6.2). Il calcule l'hystérésis à partir d'indications corrigées de ce zéro (8.6.5). Quand une séquence comporte deux séries montantes, comme A et B, leur différence donne la répétabilité (8.6.3).

Pour les manomètres de référence, la R 109 prend deux lectures en chaque point, l'une aussitôt et l'autre après un léger tapotement sur le boîtier. La différence révèle le frottement du mécanisme et ne peut dépasser la moitié de l'erreur maximale tolérée (6.3.7.2 et 4.2.1.3).

Manomètres numériques et transmetteurs de pression

Le DKD-R 6-1 traite trois types d'instrument avec la même méthode : les manomètres à tube de Bourdon, les manomètres électriques à afficheur et les transmetteurs dont la sortie est un courant, une tension ou une fréquence. Pour un transmetteur, le laboratoire lit la sortie avec son propre appareil de mesure étalonné, et l'incertitude de cet appareil entre dans le budget (chapitre 4).

Étalonnez l'instrument comme une chaîne de mesure complète chaque fois que possible, comme le recommande le DKD-R 6-1 (chapitre 7). Un transmetteur et son afficheur ont chacun leur erreur, et la valeur lue sur l'installation dépend des deux.

Laissez à l'instrument son temps de chauffe, mettez-le en charge, puis réglez le zéro s'il le permet avant la première série. Si un ajustage est nécessaire avant de pouvoir l'étalonner, convenez-en avec son propriétaire et enregistrez les réglages avant et après (chapitre 5).

Relevés avant ajustage, ajustage et manomètre hors tolérance

Prenez la première série complète de relevés avant que quiconque ajuste le manomètre. Ces relevés avant ajustage montrent comment le manomètre mesurait pendant son utilisation. Si vous recalez l'aiguille ou le zéro, ou si vous réparez le mécanisme, refaites toute la série de points après ajustage.

Si une erreur avant ajustage sort de la limite, le manomètre a été hors tolérance pendant une partie inconnue du temps écoulé depuis son dernier étalonnage satisfaisant. Le paragraphe 7.1.5.2 de l'ISO 9001 vous demande de déterminer si les résultats antérieurs ont été compromis et d'agir si nécessaire. Pour un manomètre, regardez à quoi servaient ses indications, par exemple un réglage de procédé, une pression d'épreuve d'un récipient ou d'un flexible, ou un seuil d'alarme. Jugez ensuite si l'erreur a pu changer l'un de ces résultats.

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

À quelle fréquence étalonner un manomètre

Aucune norme ne fixe un intervalle unique pour tous les manomètres. Le NIST ne recommande pas non plus d'intervalle de réétalonnage fixe : il dépend de l'exactitude exigée, de la stabilité de l'instrument et de l'environnement dans lequel il travaille. Pour les manomètres soumis au contrôle légal, l'OIML R 101 laisse la périodicité à la réglementation nationale (7.3).

Le DKD-R 6-1 donne des périodes de réétalonnage recommandées dans des conditions normales d'utilisation (annexe F). Il précise aussi qu'il faut réétalonner après une surcharge au-delà de la limite admissible, une réparation ou une mauvaise manipulation pouvant influer sur le résultat, quelle que soit la date.

• Manomètres à tube de Bourdon de classe 0,6 et meilleure : 1 an. Classes au-delà de 0,6 : 2 ans.
• Manomètres électriques et transmetteurs spécifiés à 0,5 % de l'étendue ou mieux : 1 an. Au-delà de 0,5 % : 2 ans.
• Manomètres à piston comme les balances manométriques : 5 ans.

• Comment fixer les intervalles d'étalonnage
• Calculateur d'intervalle d'étalonnage

Ce que doivent montrer le certificat et l'enregistrement

Que le manomètre parte chez un laboratoire ou reste à l'interne, conservez un enregistrement qui permette à quelqu'un d'autre de refaire l'étalonnage et d'arriver à la même décision. Le DKD-R 6-1 (chapitre 9) ajoute des éléments propres à la pression au contenu général du certificat prévu par le paragraphe 7.8 de l'ISO/IEC 17025:2017.

• L'identifiant, l'étendue et la classe du manomètre, et la limite appliquée.
• La méthode, par exemple la séquence C du DKD-R 6-1, et la référence utilisée avec son identifiant et la date d'échéance de son étalonnage.
• Le fluide de transmission, le niveau de référence du manomètre et sa position de montage pendant l'étalonnage.
• Un tableau de la pression de référence et de l'indication du manomètre en chaque point, en montée et en descente, avec l'erreur et l'hystérésis.
• Les relevés avant ajustage et, après tout ajustage, les relevés après ajustage.
• La température ambiante, la date, la personne qui a fait le travail et la prochaine échéance.

• Modèle de certificat d'étalonnage (Excel)
• Exigences du certificat d'étalonnage

La place d'Axiospec

Axiospec est un logiciel de gestion des étalonnages. Il conserve chaque manomètre avec son historique d'étalonnage, ses certificats et sa prochaine échéance. Un enregistrement d'étalonnage accepte jusqu'à 100 points d'essai. Chaque point a sa valeur nominale, sa tolérance sous forme de bande absolue, de pourcentage de la valeur nominale ou de pourcentage de l'étendue de mesure, son sens de lecture, montant ou descendant, et ses relevés avant ajustage et après ajustage. Le certificat produit par Axiospec reprend ces points.

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. Un Non conforme met le manomètre en quarantaine, et l'enregistrement demande ce que le manomètre a mesuré depuis son dernier résultat conforme. Axiospec ne calcule pas l'hystérésis et ne choisit ni la classe ni l'intervalle. Ces décisions restent les vôtres ou celles de votre laboratoire.

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