4.1 Étalonnage d'un transmetteur : zéro, étendue, erreurs et constat avant/après réglage

Sur un transmetteur, trois opérations portent des noms proches mais ne servent pas à la même chose.

• L'étalonnage compare la réponse de l'instrument à des étalons de valeurs connues, dans les conditions spécifiées (chapitre 1.1). Il ne modifie rien : il constate. On ne peut pas étalonner sans soumettre l'appareil à une grandeur réelle de valeur connue.
• L'ajustage corrige la réponse (zéro, étendue, linéarité sur certains modèles) pour qu'elle corresponde aux indications prescrites. Il suit un étalonnage et appelle un nouvel étalonnage.
• Le réglage de l'étendue (« ranger », en anglais) fixe les valeurs basse (LRV) et haute (URV) que l'appareil associe à 4 et 20 mA.

Sur un transmetteur analogique, les mêmes réglages servent à régler l'étendue et à ajuster : changer l'étendue oblige à réétalonner. Sur un transmetteur intelligent, ils sont séparés : on peut modifier l'étendue sans refaire l'étalonnage. La confusion est fréquente chez les débutants comme chez les expérimentés : régler numériquement LRV et URV n'est pas un étalonnage.

Exemple : un transmetteur réglé de 0 à 10 bar a un capteur fatigué qui lit seulement 9,6 bar quand on applique 10 bar. Le microprocesseur « croit » que la pression est de 9,6 bar et délivre 4 + 16 × 0,96 = 19,36 mA au lieu de 20 mA. Le réglage de LRV et URV est parfait, et pourtant la mesure est fausse. Seule l'application d'une pression connue le révèle. C'est la fonction du réglage numérique du capteur (sensor trim) et de celui de la sortie 4-20 mA (output trim).

Comme la réponse idéale d'un transmetteur est une droite (sortie = pente × entrée + décalage), les erreurs se rangent en quatre types.

Dans la pratique, la plupart des erreurs combinent plusieurs de ces défauts, et une erreur de zéro accompagne presque toujours les autres. C'est pourquoi on fait souvent un test rapide à un seul point. S'il est dans la tolérance, l'étalonnage est probablement bon sur toute la plage ; s'il est hors tolérance, il faut étalonner. Sur un transmetteur de pression différentielle, ce test est facile : on ferme les deux vannes d'isolement, on ouvre l'égalisation et on obtient une pression différentielle nulle. L'appareil doit alors lire zéro (chapitre 1.2).

Un étalonnage consiste à appliquer à l'entrée une grandeur de valeur connue et à relever la sortie. Il faut donc deux « étalons » : un pour l'entrée et un pour la sortie.

• Transmetteur de pression. Source de pression (pompe à main ou régulateur), manomètre ou calibrateur de référence en entrée, multimètre ou calibrateur de courant en sortie. Pour un appareil communiquant en HART, la boucle doit comporter une résistance de charge (chapitre 2.3).
• Transmetteur de température. Un simulateur de sonde ou de thermocouple délivre la résistance ou la tension correspondant à la température demandée ; on lit le courant en sortie.

Une règle d'or : l'incertitude de l'étalon doit être nettement inférieure à celle de l'instrument contrôlé. Sinon, l'étalonnage devient un exercice vain. Un rapport de 4 pour 1 au minimum (idéalement 10 pour 1) est la règle empirique habituelle, dite test uncertainty ratio. Un technicien qui tenterait de régler un transmetteur à ± 0,25 % de l'étendue avec un manomètre de contrôle à ± 1 % tournerait sans fin sur les vis de réglage, car l'étalon varie plus que la tolérance visée.

La traçabilité des étalons exige une chaîne ininterrompue : l'étalon de l'atelier est périodiquement étalonné par un laboratoire, lui-même raccordé à des références de niveau supérieur. En France, l'accréditation des laboratoires d'étalonnage selon l'ISO/IEC 17025 est délivrée par le Cofrac, et le LNE est le laboratoire national de métrologie. Le certificat d'étalonnage d'un étalon de terrain est une pièce du dossier : sans lui, la traçabilité de tout l'étalonnage tombe.

La méthode la plus simple pour un instrument analogique est celle du zéro et de l'étendue :

1. appliquer la valeur basse de l'étendue et attendre la stabilisation ;
2. agir sur le réglage de zéro jusqu'à ce que l'instrument lise juste ;
3. appliquer la valeur haute et attendre la stabilisation ;
4. agir sur le réglage d'étendue jusqu'à ce que l'instrument lise juste ;
5. recommencer autant que nécessaire : sur un appareil analogique, zéro et étendue interagissent.

On améliore cette procédure en contrôlant plusieurs points intermédiaires : le contrôle à cinq points (0, 25, 50, 75 et 100 %), ou à 10, 25, 50, 75 et 90 % avec des réglages faits aux extrémités. On peut ensuite refaire le contrôle à la descente (étalonnage « aller-retour ») pour mesurer l'hystérésis. Pendant l'essai, ne dépassez jamais un point : si cela arrive, revenez en arrière et abordez le point par le même sens qu'avant, faute de quoi la mesure d'hystérésis est faussée.

Pour un transmetteur intelligent, l'ajustage s'appelle le réglage numérique (trim) et ses fonctions basse et haute ne sont généralement pas interactives : on applique chaque valeur une seule fois. On règle le capteur (valeur basse puis haute), puis la sortie (on lit avec précision le courant délivré et on le saisit), et ce n'est qu'après que l'on règle les valeurs LRV et URV. On peut ensuite changer l'étendue autant de fois qu'on veut sans réétalonner ; on ne refait un étalonnage que pour contrôler la dérive dans le temps.

Un principe fondamental : documenter l'état de l'instrument tel qu'il a été trouvé et tel qu'il a été laissé après réglage. Avec les deux relevés, on mesure la dérive de l'appareil au fil des étalonnages. Si l'on n'en consigne qu'un, il est impossible de savoir comment l'instrument tient son étalonnage dans la durée, et une dérive excessive est souvent le signe d'une panne à venir.

Le format habituel est un tableau avec les points d'essai, les réponses idéales, les réponses mesurées et l'erreur calculée à chaque point, avec son signe : erreur = (valeur mesurée − valeur idéale) ÷ étendue × 100. Exemple, pour le transmetteur 0-10 bar (étendue de signal de 16 mA) :

Ce relevé montre un écart positif de 0,02 à 0,06 mA à tous les points : avec une tolérance de ± 0,5 % de l'étendue, l'appareil était encore acceptable avant réglage, mais l'écart de même signe sur toute la plage suggère une dérive qu'on suivra d'un étalonnage à l'autre. Dans les industries très réglementées (pharmacie, par exemple), chaque intervention sur un instrument est consignée et archivée pour pouvoir remonter aux causes d'un incident de fabrication.

À quelle fréquence étalonner ? Le guide ILAC-G24 / OIML D 10:2022 (publication gratuite) décrit cinq méthodes pour réviser un intervalle de réétalonnage : réglage automatique par paliers (« escalier »), carte de contrôle, temps d'utilisation, contrôle en service (« boîte noire ») et autres approches statistiques. Il recommande de réétalonner plus fréquemment un équipement neuf pour observer une tendance, et déconseille les intervalles fixes, sauf s'ils sont imposés par un document normatif (procédure de mesure de référence, méthode spécifiée, norme de consensus). La règle générale : l'intervalle se justifie par l'historique des étalonnages, pas par l'habitude.

Une confusion fréquente : un certificat d'étalonnage n'a pas à contenir de recommandation d'intervalle, sauf accord avec le client (ISO/IEC 17025:2017, § 7.8.4.3, norme payante citée pour son objet). L'intervalle est une décision de l'utilisateur, fondée sur ses propres données.

L'amortissement est un réglage de transmetteur à ne pas confondre avec l'étalonnage : c'est un filtre passe-bas qui réduit le bruit rapporté. Utile pour une pression instable à la sortie d'une pompe, il ralentit la réponse. Le meilleur remède reste de supprimer le bruit à la source, par exemple en déplaçant la prise de pression à un endroit moins turbulent.