Plage, distance ou étendue des valeurs en métrologie

1. Plage

La plage en métrologie est l’intervalle complet entre les valeurs minimale et maximale qu’un instrument ou capteur peut détecter, afficher ou restituer de façon fiable. Il s’agit d’une spécification fondamentale dans tous les domaines impliquant la mesure quantitative, tels que la température, la pression, la tension, la force, le déplacement ou le débit.

La plage est généralement divisée en :

• Plage d’entrée : Les signaux physiques ou électriques minimaux et maximaux qu’un instrument peut accepter (par ex. : 0–10 bar, 0–100 °C, –20 V à +20 V).
• Plage de sortie : Les signaux de sortie minimaux et maximaux correspondants (par ex. : 4–20 mA, 0–10 V).

La valeur supérieure de la plage (URV) et la valeur inférieure de la plage (LRV) définissent les limites de cet intervalle.

Une compréhension et une application correctes de la plage assurent :

• Des mesures qui restent dans les capacités fonctionnelles de l’appareil.
• La sécurité et l’intégrité des données dans les industries réglementées (par exemple l’Annexe 5 de l’OACI pour l’aviation).
• La prévention des mesures hors plage inférieure (sous LRV) et supérieure (au-dessus de l’URV), sources de données inexactes ou de dommages matériels.

Exemple pratique

Une cellule d’essai pour turboréacteur utilise un indicateur de température numérique avec une plage de –50 °C à +1500 °C. Si le procédé dépasse ces limites, l’indicateur peut fournir des résultats erronés ou tomber en panne. Les instruments de qualité intègrent souvent des avertissements de dépassement de plage ou des arrêts automatiques, mais ces fonctions ne remplacent pas une sélection et une utilisation adéquates.

Les fabricants spécifient les plages selon des normes internationales (telles que l’IEC 61298). Consultez toujours les certificats d’étalonnage et les fiches techniques pour connaître les plages vérifiées afin d’assurer la conformité et la traçabilité.

2. Étendue

L’étendue est la différence entre les valeurs supérieure et inférieure de la plage :

[ \text{Étendue} = \text{URV} - \text{LRV} ]

• L’étendue est toujours positive et quantifie la “largeur” de la fenêtre de mesure.
• L’étendue influence la résolution et la sensibilité de l’instrument ; une étendue plus étroite augmente la sensibilité et la précision.
• Certains instruments permettent d’ajuster l’étendue pour s’adapter aux exigences du procédé (par exemple, configurer un transmetteur 0–100 bar pour fonctionner entre 40–60 bar afin d’améliorer la précision).

Lors de l’étalonnage, l’étendue est définie à l’aide de références traçables. Un mauvais réglage de l’étendue peut introduire des erreurs (non-linéarité, décalage) et compromettre la fiabilité de la mesure.

Cas d’usage typiques

• Un capteur de pression d’aéronef avec une plage de 0–1000 hPa peut être réglé sur une étendue de 900–1100 hPa pour une meilleure granularité lors du calcul de l’altitude.
• Les débitmètres industriels ou les balances utilisent souvent des étendues qui ne commencent pas à zéro (zéro supprimé) pour se concentrer sur les valeurs pertinentes du procédé.

3. Plage de mesure

La plage de mesure est la partie de la plage totale où la précision et la répétabilité de l’instrument sont garanties, selon la certification du fabricant ou d’un organisme d’étalonnage.

• Seule la plage de mesure permet de maîtriser les limites d’erreur et les incertitudes.
• Un instrument peut afficher des valeurs hors de la plage de mesure, mais ces lectures ne sont pas fiables.

Exemple :
Un voltmètre numérique peut avoir une plage de –20 V à +20 V mais une plage de mesure certifiée de –10 V à +10 V. Les mesures hors de la plage certifiée ne bénéficient pas de la garantie de précision.

Les normes réglementaires (par ex. IEC 61298, ISO 10012, Annexe 5 OACI) exigent que la plage de mesure soit clairement définie et traçable, en particulier pour les applications critiques pour la sécurité ou la qualité.

Conseil de sélection : Choisissez toujours des instruments dont la plage de mesure couvre intégralement vos valeurs attendues de procédé, avec une marge de sécurité.

4. Terminologie et concepts associés

4.1. Échelle et plage d’échelle

• Échelle : Les graduations ou les valeurs numériques affichées par un instrument.
• Plage d’échelle : L’intervalle entre les valeurs minimale et maximale affichées sur l’échelle.

La plage d’échelle peut dépasser la plage de mesure certifiée pour fournir des avertissements de dépassement. Faites toujours la distinction entre ce qui est affiché (plage d’échelle) et ce qui est certifié (plage de mesure).

4.2. Valeur inférieure (LRV) et supérieure (URV) de la plage

• LRV : La valeur la plus basse de la plage ou de la plage de mesure de l’instrument.
• URV : La valeur la plus haute de la plage ou de la plage de mesure.

LRV et URV servent à calculer l’étendue et à configurer les transmetteurs analogiques/numériques (par ex., associer 0 bar à 4 mA et 10 bar à 20 mA).

4.3. Plage à zéro supprimé

Utilisée lorsque la LRV est supérieure à zéro. Cela concentre la mesure sur une fenêtre spécifique du procédé, améliore la résolution et évite les lectures de faibles valeurs sans intérêt (par ex. : balances ne mesurant que 100–2000 kg).

4.4. Plage de sortie

Définit la plage du signal électrique ou numérique correspondant à la plage d’entrée ou de mesure (par ex. : 4–20 mA, 0–10 V). Un réglage correct assure un transfert précis des données aux contrôleurs ou enregistreurs.

4.5. Plage d’indication

L’ensemble des valeurs que l’afficheur peut montrer. Elle peut être plus large que la plage de mesure, mais seules les valeurs comprises dans la plage de mesure sont certifiées précises.

5. Exemples pratiques et études de cas

Étude de cas 1 : Transducteur de pression

Un transducteur avec une plage d’entrée de 0–100 bar et une sortie 4–20 mA surveille une pression de canalisation variant de 10 à 80 bar. Des surpressions occasionnelles atteignent 95 bar. L’étendue complète de l’appareil est utilisée et l’étalonnage est réalisé dans cette plage.

Étude de cas 2 : Contrôle de température en CVC

Un capteur RTD avec une plage de mesure de –50 °C à +150 °C (étendue : 200 °C) régule l’air soufflé entre 15 et 30 °C. L’étalonnage se fait à plusieurs points dans cet intervalle pour garantir la performance.

Étude de cas 3 : Multimètre numérique

Un multimètre avec une plage de 0–600 V est utilisé pour la maintenance électrique. Mesurer des tensions supérieures à 600 V expose l’instrument à des risques de dommages et d’insécurité. L’étalonnage utilise des standards certifiés dans la plage spécifiée.

Étude de cas 4 : Balance à zéro supprimé

Une balance destinée à l’emballage ne mesure que de 50 à 150 kg (étendue : 100 kg). Les charges inférieures à 50 kg ne sont pas affichées, focalisant ainsi la résolution sur la plage pertinente.

Étude de cas 5 : Étalonnage de débitmètre

Un débitmètre avec une plage de mesure de 5–100 L/min est étalonné à différents débits. Des alarmes système sont déclenchées hors de cette plage pour garantir la précision et l’intégrité du processus.

6. Importance du choix correct de la plage et de l’étendue

6.1. Précision et résolution

La précision dépend de l’adéquation entre la plage/étendue de l’instrument et le procédé. Une plage trop large diminue la résolution ; trop étroite, elle expose à des erreurs fréquentes hors plage.

6.2. Sécurité de l’instrument

Fonctionner hors plage peut endommager les capteurs (ex. : surcharge électrique, défaillance mécanique). La protection contre le dépassement ne remplace pas une sélection appropriée.

6.3. Contrôle des procédés et conformité

La mesure précise est essentielle pour un contrôle sûr et efficace des procédés. Les normes (ex. : ISO 9001, BPF FDA) exigent la preuve que les instruments sont utilisés dans leurs plages certifiées.

7. Critères de sélection de la plage et de l’étendue

1. Comprendre la variable de procédé : Analysez les valeurs normales/anormales du procédé.
2. Choisir une plage de mesure adaptée : Couvrez la plage avec une marge pour les excursions.
3. Optimiser l’étendue pour la résolution : Utilisez l’étendue la plus étroite possible pour une meilleure précision.
4. Tenir compte de l’environnement et des surcharges : Facteurs tels que température, vibrations et surcharges accidentelles.
5. Vérifier les spécifications du fabricant : Consultez fiches techniques et certificats d’étalonnage pour tous les paramètres pertinents.

8. Erreurs potentielles et conséquences

• Utilisation hors plage de mesure : Conduit à des données non fiables ou erronées.
• Dépassement de plage ou d’étendue : Peut provoquer la défaillance complète de l’instrument.
• Mauvais étalonnage : Rend la traçabilité et la conformité invalides, entraînant la perte de certification.

9. Tableau récapitulatif : termes clés et distinctions

Conclusion

Comprendre et bien appliquer les notions de plage, d’étendue et de plage de mesure est essentiel pour des mesures précises, sûres et conformes en science, ingénierie et industrie. Sélectionnez toujours des instruments et configurez leurs plages et étendues selon vos besoins, vérifiez l’étalonnage et consultez les normes de référence pour vous guider.

Pour un conseil d’expert en sélection d’instrument, étalonnage ou optimisation de processus, contactez notre équipe ou planifiez une démo .

Références :

• IEC 61298 : Instruments de mesure et de contrôle de procédé
• ISO 10012 : Systèmes de management de la mesure
• Annexe 5 OACI : Unités de mesure à utiliser dans les opérations aériennes et au sol
• Fiches techniques et certificats d’étalonnage des fabricants d’instruments