ÉTALONNAGE D'UN DYNAMOMÈTRE

L’étalonnage d’un capteur de force statique

Seul est traité l'étalonnage d'un capteur de force statique. L'aspect dynamique n'est pas abordé.

La relation entre la force appliquée à un dynamomètre et la mesure de son signal de sortie ne pouvant pas être déterminée avec précision lors de sa fabrication ou par calcul, il est nécessaire d'effectuer un étalonnage du dynamomètre. Cette opération consiste à établir la relation précise entre la force appliquée au dynamomètre – "grandeur d'entrée" - et le signal électrique qu'il délivre – "grandeur de sortie".

Concrètement, l'opération s'effectue en appliquant au dynamomètre des forces connues avec précision et à relever les valeurs fournies par un équipement électronique associé au capteur de force.

Les résultats obtenus sont donnés sous la forme d'un tableau de valeurs ou d'un polynôme mathématique qui permettent à l'utilisateur du dynamomètre de connaître la valeur de la force à partir de l'indication fournie par l'équipement électronique associé.

La détermination de l'incertitude associée fait également partie de l'étalonnage. Celle-ci est établie conformément au "Guide pour l'expression de l'incertitude de mesure" établi par le Bureau International des Poids et Mesure (BIPM).

L'étalonnage est généralement effectué en appliquant le protocole défini par la norme internationale ISO 376. La norme ASTM E74 constitue également un protocole propre aux Etats-Unis. D'autres protocoles d'étalonnage peuvent être définis en fonction de l'utilisation du dynamomètre et du niveau d'incertitude recherché.

L'étalonnage d'un dynamomètre doit être effectué avec des forces référencées à l'unité de force "le newton" tel que défini par le Système International des Unités (SI). La traçabilité à ce système d'unités n'est formellement garantie que pour les laboratoires d'étalonnage appliquant la norme ISO 17025 et accrédités par l’un des organismes nationaux d'accréditation (SMB, COFRAC, DKD, UKAS, …).

Application des efforts au capteur de force

Le banc d'étalonnage doit pouvoir appliquer des forces unidirectionnelles dans l'axe d'effort du capteur de force. A cet effet, l'axe selon lequel les forces sont appliquées par le banc doit être matérialisé et le capteur doit être centré sur cet axe. Ceci est assuré par un montage mécanique rigoureux du capteur de force sur le banc d'étalonnage.

Quelle que soit sa qualité métrologique, un banc d'étalonnage n'engendre jamais des efforts parfaitement unidirectionnels. Des composantes d'effort et des couples parasites, dus aux imperfections du banc, sont également appliquées au capteur de force.

Les indications fournies par le dynamomètre s'en trouvent affectées selon la sensibilité du capteur de force à ces efforts. Le signal électrique est augmenté ou diminué selon la direction de ces composantes parasites. Or, la direction de celles-ci est généralement constante pour une force donnée du banc d'étalonnage. L'importance de l'interaction entre le dynamomètre étalonné et les efforts parasites engendrés par le banc d'étalonnage est mise en évidence par une procédure particulière.

Plusieurs séries d'application des efforts sont effectuées et, entre chaque série, le capteur de force est tourné autour de son axe d'effort d'un angle représentant un tour complet divisé par le nombre de séries de mesure, soit un angle de

• 180° pour 2 séries
• 120° pour 3 séries
• ou 90° pour 4 séries

La moyenne des résultats obtenus à un palier de charge donné supprime une grande partie de l'influence des efforts parasites et leur dispersion - ou reproductibilité - et est un bon indicateur de cette influence.

Enfin, la réponse du capteur de force à des sollicitations dépend grandement de la façon dont les contraintes appliquées se répartissent à l'intérieur du corps d’épreuve composant le capteur de force. A cet effet, les caractéristiques géométriques et fonctionnelles des pièces mécaniques de liaison avec le banc d'étalonnage sont essentielles et conditionnent les résultats de l'étalonnage. Elles doivent donc être définies et décrites avec précision.

Dispositif électrique associé au capteur de force

Deux cas sont à considérer selon que le capteur de force est fourni avec son dispositif électrique associé ou non :

• Capteur de force et son électronique de mesure

  Si cette chaîne est munie d'un dispositif de calibrage, celui-ci doit être actionné, relevé et éventuellement réglé en fonction des besoins de l'utilisateur. Si un réglage est effectué, cela entraîne une perte de la traçabilité des mesures effectuées avec le dynamomètre et les valeurs du calibrage obtenues avant et après son réglage doivent être relevées. Une modification du calibrage après l'étalonnage invalide cet étalonnage.

• Capteur de force seul

  Lorsque le capteur de force seul est à étalonner, le laboratoire d'étalonnage lui associe un dispositif de mesure qui permet d'alimenter électriquement le capteur et d'en mesurer le signal de sortie. Les caractéristiques et les réglages de ces dispositifs d'alimentation et de mesure doivent être définis précisément en accord avec l'utilisateur du capteur. Les liaisons électriques réalisées doivent être précisées. La traçabilité des mesures électriques au Système International d'Unités (SI) doit être garantie.

  Les résultats de l'étalonnage ne seront applicables que si l'utilisateur associe ensuite au capteur de force une chaîne de mesure présentant des caractéristiques et des réglages similaires à ceux obtenus lors de l'étalonnage et avec une garantie similaire de la traçabilité électrique. Dans tous les cas, l'utilisateur du dynamomètre doit intégrer au calcul d'incertitude des forces mesurées à l'aide de ce dynamomètre des composantes qui prennent en compte le remplacement du dispositif électrique associé au capteur.