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Instruments de mesure à lecture directe

Caractéristiques métrologiques les plus importantes

La terminologie adoptée pour des instruments de mesure à lecture directe est valable pour une utilisation dans un environnement prescrit par des normes : position, température, pression, etc., dont l'expérimentateur doit être au courant.

Considérons un voltmètre dont la déviation y dépend de la tension v appliquée à ses bornes. Si l'appareil ne perturbe pas le circuit où il est branché, sa consommation est négligeable, et l'on dit qu'il possède de la finesse. L'appareil est dit d'autant plus sensible que la variation de y est plus forte pour une variation donnée de v. Aussi caractérise-t-on la sensibilité par le quotient différentiel :

L'équipage est d'autant plus mobile que la variation Δv à laquelle il réagit est plus faible. Le branchement répété de la même tension v conduit à des déviations y1, y2, y3, ... légèrement différentes, dont la moyenne arithmétique ym donne la meilleure approximation de l'indication.

La moyenne des valeurs absolues des écarts y1 — ym, y2 — ym, ... caractérise l'erreur de fidélité.

Si l'on donne à v des valeurs 1, 2, 3, 4, ..., la déviation prendra les valeurs y1, y2, ... Quand on fait décroître ensuite les valeurs de v, les valeurs de y ne coïncident pas nécessairement avec celles trouvées lors de la montée. Les écarts peuvent être faibles et même négligeables, mais il faut envisager leur existence. On dit que l'appareil présente de l'hystérésis.

La déviation y peut évoluer en fonction du temps lorsqu'on maintient v fixe. L'erreur de traînage est alors imputable aux imperfections mécaniques des ressorts antagonistes et quelquefois à l'échauffement. Dans les appareils électroniques, des effets de dérive thermique peuvent accentuer le phénomène. En ce qui concerne les galvanomètres et les appareils à aiguille, la déviation augmente avec le temps. La suppression de la tension v ne ramène l'index au zéro qu'au bout d'un certain temps, de l'ordre de quelques minutes en moyenne. Il y a une déviation résiduelle.

Le pouvoir de résolution est la plus faible variation de v que l'instrument soit capable de mettre en évidence.

On appelle, conventionnellement, temps de réponse à p pour cent le temps qui s'écoule après l'application de la grandeur à mesurer v jusqu'à ce que la déviation y ne diffère de la déviation permanente y0 que de p pour cent de cette dernière.

Il faut éviter de confondre justesse et précision. Un instrument est juste s'il indique exactement la grandeur à mesurer v. L'écart entre l'indication v′ et la valeur v s'appelle erreur de justesse (en anglais, accuracy).

Ne serait-ce qu'à cause de l'erreur de fidélité ou d'hystérésis (erreur de prise de point), les indications sont légèrement dispersées. L'appareil est d'autant plus juste que la moyenne des indications est plus proche de la valeur exacte. Par contre, un appareil est dit précis lorsque la mesure répétée d'une grandeur conduit à des valeurs très voisines, même si elles sont éloignées de la valeur exacte.

Lors d'essais répétés, un instrument donnant les indications suivantes : 3,40 ; 3,52 ; 3,58 ; 3,46 ; 3,42 ; 3,48 (moyenne 3,477) pour une valeur réelle de l'inconnue égale à 3,46 est plus juste qu'un autre dont les indications sont : 3,51 ; 3,515 ; 3,52 ; 3,513 ; 3,53 ; 3,528 (moyenne 3,519). En revanche, ce dernier instrument est plus précis car la dispersion des indications est plus faible, et un réétalonnage peut lui permettre d'être plus « performant », d'où le qualificatif de « précis » impliquant des indications groupées.

La remarque précédente nous conduit logiquement à la courbe de correction qui donne, en fonction de la lecture, la quantité à ajouter pour obtenir la valeur exacte avec une approximation conventionnelle. La courbe d'étalonnage indique les valeurs vraies en fonction des valeurs lues sous réserve d'une certaine approximation.

Notion de classe de précision

En raison de la complexité des causes affectant l'erreur d'indication, on facilite conventionnellement la tâche de l'utilisateur en lui indiquant une valeur limite de l'erreur dite erreur de classe. La classe indique l'erreur en pourcentage d'une valeur conventionnelle qui est le plus grand nombre de la graduation lorsque celle-ci commence soit à zéro, soit à une valeur positive ; ou l'étendue de la graduation lorsque celle-ci s'étale de part et d'autre du zéro.

Pour un appareil de classe 0,5 gradué de 0 à 100, l'erreur limite est de 0,5 division, quelle que soit la déviati [...]

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  • : ingénieur de l'École supérieure d'électricité

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Pour citer l’article

Georges NEY, « MESURE - Méthodologie », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 20 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/mesure-methodologie/