Méthode de caractérisation dynamique en température d'une couronne

L’objectif de cet article est d’apporter des éléments techniques sur la stratégie de mesurage, l’installation, la prestation, l’exploitation et le cadre général de la nouvelle méthode de caractérisation dynamique en température d’une couronne développée par laboratoire de métrologie LABELIANS smart service

Accréditation COFRAC

1. Définition du mesurande :

La mesurande est une mesure dynamique de la température de l’air à vitesse de rotation stable aux points critiques du cylindre creux dessiné par l’ensemble mobile (portoirs) accueillant les échantillons.

D’une part nous démontrons que la nature des échantillons n’a pas d’impact sur la température moyenne en chaque point du système (seul phénomène observé : la diminution de l’amplitude des oscillations).

D’autre part, il a été démontré que les points critiques sont situés aux arêtes du système (emplacement des points chauds et froids variables suivant les modèles de centrifugeuses) et que l’hétérogénéité de la température est identique en chaque portoir (ce qui permet de répartir les capteurs dans les différents portoirs de l’installation).

2. Installation :

Cas d’un rotor libre : les capteurs sont positionnés au fond et à fleur des logements de tubes et répartis dans les 4 portoirs de l’ensemble rotor. Ils peuvent être schématisés sur un portoir unique :

Conditions d’utilisation ayant un impact sur le comportement thermique :

l’utilisation ou non de carters
la vitesse de rotation
la fréquence d’acquisition doit être adaptée à la durée des programmes utilisés (de 5 à 30 minutes), des oscillations, des données exploitées
Valeur cohérente : 10s

Schématisation dynamique d’un portoir pour une installation dans un rotor libre (rotor étoile)

3. Régime établi et régime transitoire

L’étude de régime transitoire permet de valider la stratégie de pré conditionnement de l’équipement et de ses accessoires (étape préalable à la centrifugation).

Généralement deux stratégies sont adoptées : conservation des portoirs dans une enceinte thermostatée (avec les échantillons) ou dans la centrifugeuse (avec les éléments de l’ensemble rotor). La maitrise de cette étape est primordiale, les échanges thermiques entre les échantillons et les portoirs étant très rapides et très importants du fait de l’importante masse thermique.

Stabilisation thermique d’un portoir de la température ambiante à 37°C

Suivi de la température aux 4 points critiques du système : régime établi préalable en enceinte – simulation de charge – régime transitoire puis récupération d’un régime établi :

Exemple d’étude de régime transitoire à 37°C

Informations principales délivrées sur le rapport de régime transitoire :

Stratégie de pré conditionnement
Durée de la perturbation (temps de charge simulé)
Temps de récupération d’un régime établi
Valeur maximale mesurée et durée de dépassement le cas échéant

L’étude de régime établi permet de statuer sur la conformité de l’équipement.

Informations principales délivrées sur les rapports de régime établi :

Pour chaque point de mesure (chaque capteur j) :

valeur moyenne (θmj) ;
écart type (sj) ;
incertitude composée (ucj) ;
incertitude élargie (Umj = umj * k).

Résultats sur la moyenne :

température désirée (θdes) ;
moyenne de la température de l’air dans l’enceinte = moyenne spatio-temporelle (θair) ;
incertitude élargie associée à la moyenne de la température de l’air (U) ;
température de consigne (θco) ;
écart de consigne (Δθco) ;
température indiquée (θin) ;
erreur de l’indicateur (Δθin) ;
erreurs minimales et maximales tolérées (EMT) ;
jugement de conformité (cas des vérifications).

Exemple de régime établi pour une consigne de 37 +/- 2°C

Disparité de la température, incertitude (mesurage + stabilité) et conformité en chaque point

4. Programme d’essais

Il a été démontré que les technologies des centrifugeuses actuelles ne permettent de définir un programme limité de caractérisations représentatif des performances de l’équipement pour sa gamme de fonctionnement (utilisation « non spécifique »). L’impact prépondérant de la vitesse de rotation dans la régulation de la température impose de qualifier chaque couple vitesse-température (utilisation « spécifique »).

5. Normes de références

Domaine d’application : Les équipements concernés par la méthode sont définis par la norme NF EN 61010-2-020 : Exigences de sécurité pour appareils électriques de mesurage, de régulation et de laboratoire / Partie 2-020 : Exigences particulières pour centrifugeuses de laboratoire.

Caractérisation en température : FD X15-140 : Mesure de l’humidité de l’air – Enceintes climatiques et thermostatiques – Caractérisation et vérification : Emprunt des termes, définitions, symboles et abréviations ; La norme EN 60068-3-5/7/11 : Essais d’environnement convient pour le même usage.