Thermométrie - Étalonnage

Le groupe de la thermométrie est chargé de maintenir l'Échelle internationale de température (ÉIT-90) au Canada. Il diffuse les étalons de température par l'intermédiaire de son service d'étalonnage et par le soutien des activités du Service d'évaluation des laboratoires d'étalonnage (CLAS) de l'IÉNM. Ses travaux de recherche courants ont pour but d'améliorer à la fois les étalons primaires de l'ÉIT-90 ainsi que les appareils et les techniques de mesure des températures.

Services

Installations

Honoraires pour le service

Services

Le Groupe offre une gamme complète de services d'étalonnage pour thermomètres à résistance, thermomètres à liquide, thermistances, thermocouples et pyromètres optiques. D'autres dispositifs thermométriques peuvent être étalonnés, par entente spéciale.

Le laboratoire ne fait normalement l'étalonnage que d'appareils thermométriques de première classe. Il peut donc refuser d'exécuter des méthodes d'étalonnage pour des appareils de classe inférieure, en tout ou en partie. Le laboratoire peut enfin conseiller ses clients sur le choix, l'utilisation et l'étalonnage de thermomètres pour tout aspect de la mesure des températures.

Installations

Le Groupe possède un jeu complet d'étalons primaires (appareil d'étalonnage et thermomètres) qui lui permet de mettre en oeuvre l'ÉIT-90, conformément à sa définition, de 14 K à 2500 K. Il dispose également d'installations d'étalonnage pour tous les types de thermomètres d'emploi courant dans ce domaine de température. Des fours, des cryostats et divers équipements de mesure permettent par ailleurs la tenue d'études sur les points de fusion et de congélation de matériaux haute pureté susceptibles de servir de points de référence, le recuit de thermomètres électriques et l'examen du comportement d'appareils de mesure des températures.

Honoraires pour le services

A33-03-00-00 Mesures ou services thermométriques faits sur commande. Frais sur demande	Pour de plus amples renseignements, communiquer avec Douglas Gee
A33-03-00-01 Frais de manutention $250	Des frais sont exigés pour la manutention de tout appareil trouvé inapte à l'étalonnage. Ces frais couvrent l'ouverture du colis, l'inspection de l'appareil et sa réexpédition, et sont fonction des travaux effectués avant la découverte de la défectuosité.

Thermomètres à dilation de liquide et thermomètres numériques portif

Les thermomètres à dilatation de liquide qui peuvent être soumis au processus d'étalonnage sont généralement des thermomètres à immersion totale, à désignation ASTM et possèdent habituellement un numéro de série. Ces thermomètres sont dotés d'une échelle de référence basée sur le point de congélation de l'eau, qui doit être contrôlée régulièrement. L'étalonnage est réalisé par comparaison avec un thermomètre étalon à résistance de platine dans un bain à température constante dont la température peut être fixée entre -80°C et 500°C. L'étalonnage se fait au point de congélation de l'eau ainsi qu'à 3 à 5 températures de sa plage graduée. Les lectures du thermomètre sont effectuées au cinquième près environ de la division.

Les thermomètres numériques portatifs qui peuvent être soumis au processus d'étalonnage sont généralement dotés d'un thermocouple, d'un TRP ou d'un capteur à thermistance et d'un affichage numérique qui doivent être étalonnés ensemble. L'étalonnage est réalisé par comparaison avec un thermomètre à résistance de platine étalon et dans un bain à température constante dont la température peut être fixée entre -80°C et 500°C, ou par comparaison avec un thermocouple étalon dans un four à tube électrique pour les températures allant de 300°C à 1 100°C. Afin d'étalonner convenablement le thermomètre, au moins trois mesures de température sont effectuées à l'intérieur de sa plage de température.

A33-03-01-09 $190	Manutention initiale et inspection d'un thermomètre. Ce service est préalable à l'étalonnage décrit en A33-03-01-10.
A33-03-01-10 $120	Entre la plage de -80°C à 500°C, dans des bains liquides à agitation (alcool, eau, huile, nitrates), par comparaison avec un TRPE étalon. Ces frais s'appliquent à chaque étalonnage effectué à une température déterminée.

Thermomètres à résistance de platine étalons

Le thermomètre à résistance de platine étalon (TRPE) est utilisé pour définir l'ÉIT-90 entre 13,8033 K et 1234,93 K, lorsqu'il est étalonné à des points fixes de définition et lorsqu'il est utilisé avec des fonctions de référence et de déviation précises permettant des interpolations aux températures intermédiaires. Les points fixes de définition sont ceux du tableau ci-dessous.

T₉₀ (K)	t₉₀ (^°C)	Point fixe
13.8033	-259.3467	Point triple de l'hydrogène en équilibre
17.035	-256.115	Point de pression de vapeur de l'hydrogène en équilibre près de 33,3213 kPa
20.27	-252.88	Point de pression de vapeur de l'hydrogène en équilibre près de 101,292 kPa
24.5561	-248.5939	Point triple du néon
54.3584	-218.7916	Point triple de l'oxygène
83.8058	-189.3442	Point triple de l'argon
234.3156	-38.8344	Point triple du mercure
273.16	0.010	Point triple de l'eau
302.9146	29.7646	Point de fusion du gallium
429.7485	156.5985	Point de congélation de l'indium
505.078	231.928	Point de congélation de l'étain
692.677	419.527	Point de congélation du zinc
933.473	660.323	Point de congélation de l'aluminium
1234.93	961.78	Point de congélation de l'argent

L'ÉIT-90 compte un certain nombre de sous-plages se chevauchant. L'étalonnage d'un TRPE suppose donc au préalable le choix de la plage de température dans laquelle le thermomètre sera utilisé, ou de la plage maximale dans laquelle il peut être utilisé d'après les recommandations du fabricant. Les TRPE appartiennent à deux grandes catégories: les thermomètres à capsule et les thermomètres à longue tige. Les thermomètres à capsule sont utilisés principalement entre 13,8 K et 273 K et, de par leur nature même, font partie intégrante de l'appareillage dont ils servent à déterminer la température. Les TRPE à longue tige (25 à 0°C) sont habituellement utilisés entre 84 K et 660°C. Le thermomètre à résistance de platine pour la mesure des hautes températures (TRPHT) (de 0,25 à 2,5 à 0°C) peut être utilisé jusqu'à 961,78°C.

Préparation préliminaire et essai

A33-03-02-01
$875

Préparation préliminaire et essai de chaque thermomètre. Si l'essai indique qu'un étalonnage complet est peu justifié, aucun travail supplémentaire n'est effectué. L'étalonnage complet d'un thermomètre comprend ce qui précède et l'étalonnage dans une ou plusieurs des plages indiquées en A33-03-02-02
à A33-03-02-21 ci-dessous.

TRPE à capsule

(A33-03-02-02 to A33-03-02-05)

L'étalonnage des TRPE à capsule peut être exécuté dans une des plages de température ci-dessous:

A33-03-02-02 $9275	De 13,8 K à 273 K. Comprend l'étalonnage au point triple et à deux points de pression de vapeur de l'hydrogène en équilibre ainsi qu'aux points triples du néon, de l'oxygène, de l'argon, du mercure et de l'eau.
A33-03-02-03 $6170	De 24,6 K à 273 K. Comprend l'étalonnage aux points triples de l'hydrogène en équilibre, du néon, de l'oxygène, de l'argon, du mercure et de l'eau.
A33-03-02-04 $4640	De 54,4 K à 273 K. Comprend l'étalonnage aux points triples de l'oxygène, de l'argon, du mercure et de l'eau.
A33-03-02-05 $3090	De 83,8 K à 273 K. Comprend l'étalonnage aux points triples de l'argon, du mercure et de l'eau.

TRPE à longue tige et TRPHT

(A33-03-02-06 to A33-03-02-21)

Étalonnages de TERP à longue tige et TRPHT, dans les plages indiquées:

A33-03-02-06 $2150	De -189°C à 0°C. Comprend l'étalonnage aux points triples de l'argon, du mercure et de l'eau.
A33-03-02-11 $1450	De -38°C à 30°C. Comprend l'étalonnage aux points triples de mercure et de l'eau ainsi qu'au point de fusion du gallium.
A33-03-02-12 $2150	De -38°C à 157°C. Comprend l'étalonnage au point triple de mercure et de l'eau ainsi qu'aux points de congélation de l'indium.
A33-03-02-15 $700	De 0°C à 30°C. Comprend l'étalonnage au point triple de l'eau et au point de fusion du gallium.
A33-03-02-16 $700	De 0°C à 157°C. Comprend l'étalonnage au point triple de l'eau et au point de congélation de l'indium.
A33-03-02-17 $1450	De 0°C à 232°C. Comprend l'étalonnage au point triple de l'eau ainsi qu'aux points de congélation de l'indium et de l'étain.
A33-03-02-18 $1450	De 0°C à 420°C. Comprend l'étalonnage au point triple de l'eau ainsi qu'aux points de congélation de l'étain et du zinc.
A33-03-02-19 $2150	De 0°C à 660°C. Comprend l'étalonnage au point triple de l'eau ainsi qu'aux points de congélation de l'étain, du zinc et de l'aluminium.
A33-03-02-20 $3590	De 0°C à 962°C. Comprend l'étalonnage au point triple de l'eau ainsi qu'aux points de congélation de l'étain, du zinc, de l'aluminium et de l'argent.
A33-03-02-21 $250	Émettant de nouveau d'un compte rendu d'étalonnage.

Thermocouples platine-rhodium

Les thermocouples étalons platine rhodié 10%/platine (type S) doivent être de longueur minimale de 90 cm et être constitués d'un fil de diamètre non inférieur à 0,35 mm. Il est conseillé que le thermocouple étalon soit d'une longueur minimale de 120 cm et qu'il soit expédié sous forme de fil nu libre, de sorte qu'on puisse facilement procéder à son recuit à haute température (1300°C) par chauffage électrique. Le thermocouple sera retourné à l'expéditeur sous gaine d'alumine pure de 46 cm de longueur et de 4 mm de diamètre, avec jonction de référence sous pyrex et conducteurs de cuivre de 150 cm. Les thermocouples platine rhodié 13%/platine (type R) de réalisation identique peuvent également être étalonnés (service A33-03-03-03).

A33-03-03-01 $2590	Étalonnage aux points de congélation du zinc, de l'aluminum, de l'argent, avec incertitude de 0,4°C.
A33-03-03-02 $700	Étalonnage de thermocouples platine-rhodium à tous points de congélation de métaux courants au laboratoire.
A33-03-03-03 $925	La plupart des étalonnages des thermocouples platine-rhodium se font par comparaison avec un thermocouple étalon de type S (Pt-10%Rh/Pt) ou de type R (Pt-13%Rh/Pt) dans un four à tube électrique, de 250°C à 1100°C avec incertitude de 0,5°C.

Thermocouples, thermistances et thermomètres à résistance

Cette catégorie comprend à la fois les capteurs (thermocouples, thermistances et détecteurs de température à résistance industriels) et divers appareils numériques à lecture directe de température. Les étalonnages sont exécutés par comparaison avec des TRPE ou avec des thermocouples étalons qui déterminent la température d'étalonnage. Les installations de comparaison comprennent divers bains, fours et cryostats. Chaque étalonnage nécessite le service préalable A33-03-04-01 ainsi que un ou plusieurs des services A33-03-04-02 à A33-03-04-05.

A33-03-04-01 $180	Manutention et inspection de chaque appareil reçu pour étalonnage par le laboratoire.
A33-03-04-02 $255	Service exécuté uniquement quand il est nécessaire de procéder au recuit de l'appareil ou d'effectuer des essais supplémentaires pour en vérifier la stabilité.
A33-03-04-03 $550	Étalonnage de thermocouples dans la plage de 300°C à 1100°C dans un four à tube électrique, par comparaison avec un thermocouple étalon de type S.
A33-03-04-04 $420	Entre la plage de -80°C à 500°C, dans des bains liquides à agitation (alcool, eau, huile, nitrates), par comparaison avec un TRPE étalon. L'étalonnage se fait en de cinq à dix points de l'échelle de l'appareil.
A33-03-04-05 $840	Entre la plage de -80°C à 500°C, dans des bains liquides à agitation (alcool, eau, huile, nitrates), par comparaison avec un TRPE étalon. L'étalonnage se fait en de cinq à dix points de l'échelle de l'appareil.
A33-03-04-06 $200	Comparaison près du point d'ébullition de l'azote liquide (soit environ -196°)

Pyromètres optiques

Les pyromètres optiques sont étalonnés au moyen de lampes à filament ou à ruban de tungstène servant d'étalons de transfert. Ces lampes sont étalonnées utilisant un corps noir au point de congélation de l'argent, à l'aide d'un pyromètre photoélectrique primaire permettant d'établir la courbe d'étalonnage de la lampe d'après sa température de luminance (au voisinage de 660 nm), en fonction de l'intensité du courant continu. Le recours à la température de luminance plutôt qu'à la température vraie du filament est nécessaire du fait que l'émissivité du filament de tungstène est inconnue. En conséquence, l'étalonnage de ces lampes n'est valable qu'au voisinage de 660 nm. Les lampes sous vide étalonnées de cette manière peuvent travailler jusqu'à 1500°C. Passé cette température, il faut utiliser des lampes à gaz inerte afin de prévenir une trop grande vaporisation du filament. Les lampes à gaz inerte sont étalonnées à points déterminés à l'aide d'une lampe sous vide servant de source étalon, au lieu d'un corps noir, et peuvent travailler jusqu'à 2200°C. Seuls les pyromètres ayant un champ visuel approprié à l'utilisation de lampes à filament ou à ruban et à longueur d'onde de service voisine de 660 nm peuvent être étalonnés ainsi. Les autres pyromètres et thermomètres à radiation peuvent également être étalonnés, par entente spéciale.

A33-03-05-01 $1885	Étalonnage d'un pyromètre dans la plage de 800°C à 2200°C. Pour les pyromètres à plages multiples (comme le pyromètre visuel Leeds and Northrup à trois plages), l'étalonnage n'est fait que dans la première plage.
A33-03-05-02 $1015	Étalonnage des autres plages des pyromètres à plages multiples.

Lampes à ruban et à filament

(A33-03-06-01 to A33-03-06-02)

Les lampes à ruban ou à filament de tungstène (sous vide et à gaz inerte) peuvent être étalonnées pour servir d'étalons de transfert dans l'étalonnage des pyromètres optiques. L'étalonnage se fait par comparaison avec des lampes préalablement étalonnées au moyen de corps noirs étalons à l'aide d'un pyromètre photoélectrique primaire.

A33-03-06-01
$775

Chaque lampe doit être stabilisée à haute température (près du maximum de la plage de la lampe) pendant une période suffisante pour que sa sortie soit constante, car la recristallisation du filament de tungstène a pour effet de faire varier de façon considérable la sortie de la lampe. Le présent service comprend le recuit et le contrôle de stabilité devant précéder l'étalonnage, et il est préalable au service 33-3-6-2.

A33-03-06-02
$2175

Étalonnage d'une lampe d'après sa température de luminance (à 660 nm) en fonction de l'intensité du courant continu, dans la plage de 800°C à 2200°C.