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Dr Ridha GhaliCours de métrologie appliquée

aux sciences biologiques

L2 (Biotech et BAE) 2019-2020

Maitre-assistant, Métrologie et techniques analytiques ISBST Institut supérieur de Biotechnologie de Sidi Thabet

ϭCH III: Métrologie des

masses

ϮCours de métrologie Dr Ridha Ghali ISBST AU: 2019/2020

Masses et poids

-La masse d'un objet mesure la quantité de la matière contenue dans cet objet c'est à dire la masse des particules qui le constitue. quel que soit l'endroit où se trouve l'objet.ϯ - Le poids mesure, la force d'attraction qu'exerce un astre sur un objet et cette force d'attraction sera d'autant plus grande que cet astre aura une masse élevée. L'unité de poids

est le Newton (N).Cours de métrologie Dr Ridha Ghali ISBST AU: 2019/2020

Mesure de la masse ou pesage

Le pesage est la détermination de la masse d'un corps. Le pesage est n'est pas réalisable par mesurage direct. Pour la déterminer, on réalise l'équilibre d'une force inconnue par une force connue, ce procédé est utilisé depuis l'antiquité.

800Av.J.C.:Unbasreliefreprésente

un percepteur avec une balance

500 Av. J.C. : décorations égyptiennes

1670 : Balance Roberval

1700 : Balance de pharmacien

HISTORIQUE

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Mesure de la masse ou pesage

3 manières pour mesurer une masse:

- Par comparaison à une autre masse ; c'est le principe des balances mécanique ou roberval. - Par estimation à partir du poids: on mesure la force qu'exerce l'objet à peser; Principe du dynamomètre. Exp:

Pèse-personne et balances électroniques.

- Par estimation à partir la perturbation du champ de gravité qu'elle induit, pour les objets extrêmement lourds.

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Déclaration de CGPM de 1901

-Le Terme poids désigne une grandeur d'une force égale au produit de la masse du corps par l'accélération de la pesanteur égale à

980.665cm/s

2 :P= m.G - En métrologie légale, le poids est une masse (étalon) marquée dont la forme, la constitution, la valeur nominale et l'erreur tolérée sont réglementées.

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Poids apparent et masse apparent

Les pesées sont généralement effectuées dans l'aire (de masse volumique:Nja), on pèse alors une force:Papou poids apparente résultant de des deus forces; le poids(m.g)et la poussée d'Archimed (un dirigé vers le haut égale au poids de fluide déplacé)

Pap=m.g-Nja.Vm.g avec: Vm=m/Njm

D'ou P ap = m . (1-Nja/Njm) . g

(massé étalon en cas de vérification et étalonnage) et de l'air.

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Volume de la

masse Masse volumique Kg/m3

4721500Platine iridié

1188400Laiton

1258000Acier inoxydable

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Masse conventionnelle

"C'est la valeur conventionnelle du résultat de la pesée dans l'air conformément à la recommandation OIML R33» Pour un poids pris à 20°C, la masse conventionnelle est celle d'un étalon, de masse volumique de 8000 kg/m 3

à 20°C,

dans un air de masse volumique de 1,2 kg m -3

à cette même

température. Toute changement des ces facteur doit être tenir en compte et corrigée. Variation de la Valeur de " G » entraine une variation de poids du même objet de 0,5% entre le pôle et l'équateur.

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Instruments de Pesage

Instruments de mesure servant à déterminer la masse d'un corps en utilisant l'action de la pesanteur sur ce corps. Ces instruments peuvent, en outre, servir à déterminer d'autres grandeurs: Le nombre des pièces, la masse volumique ... Suivant la nature de leur fonctionnement, les instruments de pesage sont classés en instruments à fonctionnement non automatique et en instruments à fonctionnement automatique.

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Instruments de Pesage

1- Instrument de Pesage à Fonctionnement Non

Automatique (IPFNA):Instrument de Pesage nécessitant l'intervention d'un opérateur, appelé couramment "balance».

2- Instrument de Pesage à Fonctionnement Automatique

(IPFA):Instrument qui détermine la masse d'un produit sans l'intervention d'un opérateur et selon un programme déterminé de processus automatiques caractéristiques de l'instrument.

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Instrument gradué:Instrument permettant la lecture directe du résultat de la pesée, comme les balances à indication numérique. Instrument non gradué:Instrument ne comportant pas d'échelle chiffrée en unités de masse, comme les balances de Roberval. Instrument à équilibre automatique:Instrument pour lequel la position d'équilibre est atteinte sans intervention de l'opérateur. Instrument à équilibre non automatique:Instrument pour lequel la position d'équilibre est atteinte entièrement par l'opérateur. Instrument électronique:Instrument équipé de dispositifs

électroniques.

Types des IPFNA

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Les Instruments de Pesage à

Fonctionnement Non Automatique:

BALANCES ELECTRONIQUES

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Modules d"une balance

Une Balance comporte 3 modules essentiels: Le capteur: un capteur de forces, le module de transduction des signaux et un module de visualisation (écran électronique)

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Types des balances électronique

selon leurs sensibilité/capacité Selon la plus petite masse qu'elles peuvent mesurer, les balances électroniques sont classées en fonction de la plus petite division et de la capacité typique :

Balances analytiques :

Ultramicroanalytiques (0,1Ăg/3g)

Microanalytiques (0,001 mg / 3 g)

Semimicroanalytiques (0,01 mg / 30 g)

Macroanalytiques (0,1 mg / 160 g)

Balances de Précision (1 mg / 160 g - 60 kg)

ϭϱCours de métrologie Dr Ridha Ghali ISBST AU: 2019/2020

Caractéristiques métrologiques d'une

balance oPortée maximale (Max):

Capacité maximale de pesage,

compte non tenu de la capacité additive de tare. oPortée minimale (Min):Valeur de la charge en dessous de laquelle les résultats des pesées peuvent être entachés d'une erreur relative trop importante. oÉtendue de pesage: Intervalle compris entre la portée minimale et la portée maximale.

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Caractéristiques métrologiques des IPFNA

Échelon réel (d):Valeur exprimée en unités de masse est estimé a partir de: - La différence entre les valeurs correspondant à deux repères consécutifs, pour une indication analogique, ou - de la différence entre deux indications consécutives, pour une indication numérique. Souvent appelé résolution de lecture".

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Nombre d'échelons e :Quotient de la portée maximale par l'échelon de vérification:

Caractéristiques métrologiques des IPFNA

Échelon de vérification (e):Valeur exprimée en unité de masse utilisée pour la classification et la vérification d'un instrument: calculé à partir de valeur de " d » :e=k*d:

Généralement: d < e < 10 d: le

coefficient est souvent donné par le constructeur.

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Qualités métrologiques des instruments

quotient de la variationde la variable observée,par la variation correspondantede la masse mesurée, m. oFidélité:Aptitude d'un instrument à fournir des résultats très voisins pour une même charge déposée plusieurs fois et d'une manière pratiquement identique.

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Qualités métrologiques des instruments

oDurabilité:Aptitude d'un instrument à conserver inchangées les performances correspondant à ses caractéristiques pendant un certain temps d'utilisation. oTemps de chauffage:Intervalle de temps compris entre le moment où l'instrument est mis sous tension et le moment où il peut satisfaire aux exigences d'utilisation.

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Erreurs d"une balance

La balance peut être le siège de plusieurs Types d'erreurs: Erreur (d'indication):Indication d'un instrument moins la valeur (conventionnellement) vraie de la masse. Erreur intrinsèque:Erreur d'un instrument utilisé dans les conditions de référence. Erreur intrinsèque initiale:Erreur Intrinsèque d'un instrument telle qu'elle est déterminée avant les essais de performance.

ϮϭCours de métrologie Dr Ridha Ghali ISBST AU: 2019/2020

Erreurs d'une balance

Erreur maximale tolérée " emt »:Valeur maximale de la différence, en plus ou en moins, autorisée par la réglementation, entre l'indication d'un instrument et la valeur vraie correspondante, déterminée par référence à des masses ou poids étalons, l'instrument étant préalablement à zéro à charge nulle et en position de référence.

ϮϮCours de métrologie Dr Ridha Ghali ISBST AU: 2019/2020

Exemple d"erreur d"une balance:

La sensibilité de la balance dépend de la température. Ledegrédedépendanceestdéterminé par l'écart réversible de la valeur de mesure sous l'influence d'une variation de la température ambiante. Il est indiqué parle coefficient de températuredelasensibilité(TC)et correspond à l'écart en % de la masse affiché par degré Celsius. Ex: TC = 0.0001 %/°C: pour une variation de température de

1 degré Celsius, la sensibilité change de 0.0001 %.

Effet de variation de la température ambiante

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Le coefficient de température peut être calculé comme suit: -Sest la variation de la sensibilité; égale à la variation du résultatR divisée par la charge pesée m après tarage. -Test la variation de température. Avec ces indications, l'écart du résultat de mesure peut être calculé par conversion pour une variation de température déterminée. Pour la valeur affichée, on obtient alors:

Effet de variation de la température

ambiante

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