Étalonnage d'une balance : procédure, poids étalons et fréquence d'étalonnage

Ce que vérifie l'étalonnage d'une balance

Un étalonnage applique des charges d'essai, consigne l'indication pour chacune et en déduit l'erreur et son incertitude. Le guide d'étalonnage n° 18 d'EURAMET (cg-18, version 4.0, 2015) est le guide européen pour l'étalonnage des instruments de pesage à fonctionnement non automatique. Il décrit trois essais : fidélité, erreurs d'indication sur l'étendue de pesage et excentration. Il porte sur les instruments à équilibre automatique, et ses exemples chiffrés vont d'une balance de 220 g à un instrument de 30 000 kg.

cg-18 ne fixe pas de limites d'erreur propres. Pour conclure à la conformité ou non, il faut une tolérance tirée de la classe d'exactitude de la balance, de la spécification du fabricant ou de votre procédé, et cg-18 montre comment déclarer la conformité à cette tolérance en tenant compte de l'incertitude.

L'étalonnage se fait normalement sur le lieu d'utilisation. La pesanteur locale, l'environnement et le transport influent sur une balance, et cg-18 avertit donc qu'un déplacement après étalonnage peut invalider le résultat.

• Étalonnage ou vérification

Classes d'exactitude et échelon de vérification

L'OIML R 76-1:2006, la recommandation internationale pour les instruments de pesage à fonctionnement non automatique, les répartit en quatre classes d'exactitude : spéciale (I), fine (II), moyenne (III) et ordinaire (IIII). La classe dépend de l'échelon de vérification e et du nombre d'échelons n, qui est la portée maximale Max divisée par e. Une balance de classe III avec e de 5 g ou plus compte par exemple entre 500 et 10 000 échelons. Les cellules de pesée à l'intérieur d'une balance ont leurs propres classes d'exactitude, de A à D, selon l'OIML R 60.

L'échelon réel d est le pas que montre l'affichage. L'échelon de vérification e est la valeur sur laquelle reposent la classe et ses limites. Seuls les instruments des classes I et II peuvent avoir un dispositif indicateur auxiliaire qui affiche un pas plus fin que e, de sorte que sur les balances des classes III et IIII, e et d sont normalement égaux.

Le NIST Handbook 44, le code américain des instruments de pesage et de mesure utilisés dans le commerce, suit la même logique avec les classes I, II, III, III L et IIII. Son tableau 7a donne la classe type pour chaque usage : classe I pour la pesée de précision en laboratoire, classe II pour la pesée de laboratoire et les métaux précieux, classe III pour la plupart des autres pesées commerciales et classe III L pour les ponts-bascules routiers, les bascules à bétail, les bascules ferroviaires, les pesons de grue et les trémies autres que les trémies à grain.

• Étalonnage des capteurs de force

Erreurs maximales tolérées par classe

La R 76 exprime chaque limite en multiples de e, et la limite augmente avec la charge. Le tableau donne les erreurs maximales tolérées en vérification primitive. Pour les instruments en service, la R 76 admet le double de ces valeurs.

Les tolérances du Handbook 44 pour les balances commerciales américaines

La R 76 part des limites de vérification primitive et les double en service. Le Handbook 44 part de l'autre bout. Son tableau 6 donne les tolérances de maintenance, qui s'appliquent aux équipements en service, et les tolérances d'acceptation valent la moitié. Elles s'appliquent aux équipements neufs, à leur premier contrôle officiel dans les 30 jours suivant leur mise en service, et au premier contrôle officiel dans les 30 jours qui suivent la correction d'un refus ou une remise en état majeure.

Pour l'exemple de 30 kg, les tolérances d'acceptation de la classe III du HB 44 sont égales aux limites de vérification primitive de la R 76, et ses tolérances de maintenance aux limites en service de la R 76. Les deux systèmes ne coïncident pas à toutes les charges ni dans toutes les classes : une balance commerciale américaine est donc jugée selon le HB 44 tel que votre État l'a adopté.

Poids étalons : classes de l'OIML R 111 et règle du tiers

L'OIML R 111-1:2004 classe les poids en E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3 et M3, du plus exact au moins exact. Chaque classe a une erreur maximale tolérée pour chaque valeur nominale. La R 111 exige aussi que l'incertitude élargie de l'étalonnage d'un poids (k = 2) ne dépasse pas le tiers de cette erreur. Les classes M1-2 et M2-3 concernent des poids de 50 kg à 5 000 kg utilisés avec des balances de classe III.

Les poids doivent être assez bons pour la balance. Selon l'article 3.7.1 de la R 76, l'erreur des poids étalons ne doit pas dépasser le tiers de l'erreur maximale tolérée de la balance pour la charge appliquée. Dans l'exemple de 30 kg, la limite en vérification primitive à pleine charge vaut ±15 g : les 30 kg de poids ne doivent donc pas s'écarter de plus de 5 g. Les poids de classe M1 conviennent : la R 111 accorde à un poids M1 de 10 kg ±500 mg et à un poids de 20 kg ±1 g.

Le contrôle des poids et mesures américain applique la même règle. L'annexe A du HB 44 indique qu'un étalon utilisé sans correction doit avoir une erreur et une incertitude combinées inférieures au tiers de la tolérance de l'instrument. Le NIST Handbook 105-1 (2019) fait choisir aux agents les poids étalons de terrain selon l'ASTM E617 ou l'OIML R 111.

• La traçabilité métrologique expliquée

L'essai de fidélité

Posez la même charge plusieurs fois sur la balance dans les mêmes conditions et notez chaque indication. cg-18 demande au moins 5 poses, ou au moins 3 lorsque la charge atteint 100 kg ou plus. La charge doit si possible être d'un seul tenant. Elle n'a pas besoin d'être un poids étalonné, sauf si ses résultats servent aussi aux erreurs d'indication. Une charge comprise entre la moitié et la totalité de la portée est courante.

Mettez l'indication à zéro avant de commencer. Après chaque retrait, vérifiez le zéro et remettez-le si nécessaire. Notez si le dispositif de maintien de zéro est actif. Le résultat est l'écart-type des indications répétées de cette seule charge.

Pour la vérification, la R 76 demande une série à environ 0,8 Max : trois pesées sur les balances des classes III et IIII, six en classes I et II. Selon l'article 3.6.1, les résultats ne doivent pas différer de plus que l'erreur maximale tolérée pour cette charge. Le HB 44, au point T.N.5, fixe la même règle avec la tolérance de maintenance.

• Calculateur d'incertitude de type A

Erreurs d'indication sur l'étendue de pesage

C'est le contrôle de linéarité. cg-18 demande au moins cinq charges d'essai réparties assez régulièrement sur l'étendue, par exemple zéro ou Min, un quart, la moitié et trois quarts de Max, et Max. Chaque erreur est l'indication moins la masse conventionnelle de la charge d'essai.

La R 76 ajoute que les charges d'essai doivent inclure Max et les charges où l'erreur maximale tolérée change, soit 500 e et 2 000 e sur une balance de classe III. Choisissez le mode de chargement selon l'usage de la balance. cg-18 décrit le déchargement entre les paliers, la montée par paliers sans déchargement, et la montée puis la descente par paliers.

Sur les grandes balances, la charge d'essai peut se constituer par substitution. On pose les poids étalons et on note leur indication. On les remplace ensuite par une autre charge stable jusqu'à retrouver la même indication, puis on repose les poids par-dessus. Pour la vérification, la R 76 demande des poids étalons d'au moins la moitié de Max quand on utilise la substitution, ou moins si la balance est fidèle.

Notez les indications telles qu'elles sont lues, pas les erreurs. cg-18 demande les indications d'origine pour que les erreurs puissent être calculées et vérifiées plus tard.

L'essai d'excentration (charge dans les coins)

Placez une charge d'essai au centre du plateau. Déplacez-la ensuite à quatre positions près des coins : avant gauche, arrière gauche, arrière droit et avant droit. Notez l'indication à chaque position. Chaque indication doit rester dans l'erreur maximale tolérée pour cette charge (article 3.6.2 de la R 76). cg-18 suggère une charge d'environ un tiers de Max. La R 76 utilise le tiers de la somme de Max et d'une éventuelle tare additive, appliqué tour à tour aux quatre quarts du récepteur de charge sur une balance à quatre points d'appui au plus. La R 76 fait désactiver la mise à zéro automatique et le maintien de zéro pendant l'essai.

Une balance à plus de quatre points d'appui se charge au-dessus de chaque appui. La R 76 applique 1/(n − 1) de la somme de Max et de la tare additive sur chacun des n appuis.

Le Handbook 44 parle d'essai de décalage (shift test). Pour une balance de portée inférieure ou égale à 500 kg (1 000 lb), il utilise une charge d'essai d'un tiers de la portée, entre 30 % et 35 %, centrée dans chaque quadrant. Une balance plus grande peut suivre ce schéma ou utiliser une charge d'un quart de la portée au-dessus de chaque coin.

Conditions sur site

Étalonnez dans les conditions normales d'utilisation de la balance. Les courants d'air, les vibrations et l'inclinaison du plateau apparaissent alors dans les résultats et dans leur incertitude. Mesurez la température de l'air près de la balance au moins une fois pendant l'étalonnage.

Laissez les poids prendre la température du local. Un poids plus chaud ou plus froid que l'air crée des courants de convection qui modifient l'indication, et l'effet croît avec la taille du poids. cg-18 note qu'il peut être important pour les poids de haute exactitude, comme ceux des classes E2 et F1.

Résultats avant ajustage et après ajustage

Faites les essais avant que quiconque ajuste la balance. Ce sont les résultats avant ajustage, et ils montrent comment la balance a pesé depuis son dernier étalonnage. Si elle est ensuite ajustée, répétez les essais et notez les résultats après ajustage. cg-18 demande que le certificat indique tout ajustage et, pour un ajustage avec un poids externe, le poids utilisé.

Lorsqu'une erreur avant ajustage sort de la limite, 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. Pour une balance, il s'agit des lots ou des résultats d'essai pesés depuis son dernier étalonnage satisfaisant. Le signe de l'erreur compte. Quand vous remplissez jusqu'à un poids cible, une balance qui affiche trop laisse des emballages sous-remplis, et une balance qui affiche trop peu les remplit trop.

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

Étalonnage ou vérification des balances commerciales

Une balance qui sert à vendre au poids relève de la réglementation des poids et mesures. Aux États-Unis, le NIST Handbook 44 contient les spécifications et tolérances adoptées par le National Council on Weights and Measures, qui les recommande aux États pour le contrôle des instruments utilisés dans le commerce. Hors des États-Unis, ce sont les règles nationales de métrologie légale qui s'appliquent. L'OIML attend de ses États membres qu'ils appliquent la R 76 dans toute la mesure du possible, et l'Europe utilise l'EN 45501, que cg-18 cite aux côtés de la R 76.

La vérification, dans ce sens, est un contrôle officiel par rapport à des tolérances légales, et une balance qui le réussit peut porter une marque de vérification ou un scellé. Elle décide si la balance peut servir dans le commerce. L'étalonnage donne les erreurs de la balance et leur incertitude pour vos propres mesures. Une balance utilisée à la fois dans le commerce et pour des décisions qualité peut avoir besoin des deux.

Le code général du HB 44, au point G-S.8, exige un scellé qui doit être rompu, ou une piste d'audit approuvée, avant que quiconque modifie un réglage électronique qui affecte l'exactitude. Consultez votre service des poids et mesures avant qu'une balance scellée soit ajustée.

Le HB 44 peut aussi servir pour des balances qui ne sont pas utilisées dans le commerce. Son introduction précise qu'il peut être cité comme norme dans un système qualité ou un contrat.

• Étalonnage ou vérification

À quelle fréquence étalonner une balance

Aucune norme ne fixe un intervalle unique pour toutes les balances. L'ILAC-G24 / OIML D 10 (édition 2022) énumère les facteurs à prendre en compte, parmi lesquels l'incertitude dont vous avez besoin, le risque de dépasser les limites en utilisation, la recommandation du fabricant, l'usure et la dérive, l'intensité et la sévérité d'utilisation de la balance, son environnement, le transport et les résultats des vérifications intermédiaires. Il conseille aussi d'étalonner plus souvent les équipements neufs au début.

Entre deux étalonnages, contrôlez la balance avec un poids de contrôle avant usage ou une fois par jour. Posez une charge proche de la plage que vous utilisez au centre du plateau et comparez l'indication à la valeur trouvée lors du dernier étalonnage. L'article 6.4.10 d'ISO/IEC 17025:2017 demande des vérifications intermédiaires lorsqu'elles sont nécessaires pour maintenir la confiance dans l'équipement. Un registre de ces contrôles est aussi la preuve qui justifiera plus tard un intervalle plus long.

Réétalonnez après un déplacement, une réparation ou une surcharge de la balance. Un contrôle raté, ou une dérive vers la limite, est une raison de raccourcir l'intervalle.

• Comment fixer les intervalles d'étalonnage
• Calculateur d'intervalle d'étalonnage
• Modèle de registre d'étalonnage

Ce que doivent montrer le certificat et l'enregistrement

EURAMET cg-18 liste ce que doit donner le certificat d'étalonnage d'une balance, en cohérence avec ISO/IEC 17025. L'essentiel figure ci-dessous.

• L'identifiant, le fabricant, le type, Max, d et le lieu d'installation de la balance.
• La date, le site et les conditions pendant l'étalonnage, et tout ajustage effectué.
• Les poids utilisés, avec leur classe et leurs numéros de certificat, pour la traçabilité.
• L'indication et l'erreur à chaque charge d'essai, avant ajustage et, après un éventuel ajustage, après ajustage.
• L'écart-type de l'essai de fidélité et les résultats de l'essai d'excentration.
• L'incertitude élargie de chaque erreur, avec son facteur d'élargissement k.
• Toute déclaration de conformité, la tolérance retenue et la règle de décision.

• Exigences du certificat d'étalonnage
• Modèle de certificat d'étalonnage
• Feuille de relevés avant ajustage et après ajustage

Comment Axiospec aide pour les enregistrements de balances

Axiospec est un logiciel de gestion des étalonnages. Chaque balance a une fiche avec ses étalonnages, ses certificats et sa prochaine échéance. Un étalonnage peut comporter des points d'essai, chacun avec sa charge nominale, sa tolérance et les relevés avant et après ajustage.

Enregistrez votre série de poids comme étalon de référence et sélectionnez-la à chaque étalonnage. Sa propre fiche liste alors les étalonnages pour lesquels elle a servi : si la série est trouvée hors tolérance, vous retrouvez les balances qu'elle a contrôlées. Quand un étalonnage est enregistré comme Non conforme, la balance passe en quarantaine et la fiche demande l'impact du hors tolérance. Axiospec ne contrôle pas la balance et ne la rend pas apte au commerce. Pour un étalonnage en 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. L'approbation légale reste du ressort du service des poids et mesures.

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, quelle que soit l'offre.

• Feuille de calcul avant ajustage et après ajustage, gratuite
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