Le phénomène d’hystérésis lors de l’étalonnage en pression : ce qu’il faut savoir

Dans de nombreuses industries, l’étalonnage en pression est crucial pour garantir l’exactitude et la fiabilité des instruments de process. Cependant, un facteur est souvent négligé alors qu’il est critique : l’hystérésis. Comprendre l’hystérésis et ses implications peut contribuer à améliorer l’exactitude et l’uniformité de vos mesures de pression. Dans cet article de blog, je vais vous expliquer ce qu’est l’hystérésis, pourquoi c’est important lors des étalonnages en pression et comment vous pouvez la gérer efficacement.

Bien que l’hystérésis puisse apparaître dans de nombreux types de mesures, cet article se concentre sur son impact sur l’étalonnage en pression, où l’hystérésis est la plus significative.

Sommaire

• Qu’est-ce que l’hystérésis ?
• L’hystérésis dans l’étalonnage en pression
• Causes de l’hystérésis dans les instruments de pression
• Identifier l’hystérésis
• Atténuer l’hystérésis
• L’hystérésis dans les pressostats
• Conclusion

Qu’est-ce que l’hystérésis ?

L’hystérésis est un phénomène dans lequel la sortie d’un système ne dépend pas seulement de son entrée actuelle, mais aussi de l’historique de ses entrées précédentes. En d’autres termes, cela signifie qu’un capteur de pression peut ne pas revenir à son état d’origine après avoir été soumis à différentes pressions. Ce décalage ou cette différence peut affecter l’exactitude des mesures.

Si vous augmentez la pression jusqu’à une certaine valeur, puis que vous la diminuez pour revenir à cette même valeur, l’instrument peut afficher une mesure différente de la mesure initiale. Cette différence, c’est l’hystérésis.

Prenons un exemple pratique, si vous étalonnez un instrument de mesure de 100 kPa à un point à 50 kPa, il peut afficher 49,95 kPa en pression ascendante. En pression descendante, pour le même point à 50 kPa, il peut afficher 50,05 kPa. La différente entre 49,95 kPa et 50,05 kPa est l’hystérésis.

L’image ci-dessous montre une illustration simplifiée de l’hystérésis. Les pressions ascendante et descendante ne suivent pas la même courbe : il y a une différence nette, c’est l’hystérésis.

L’hystérésis dans l’étalonnage en pression

Dans le monde des instruments de process, l’hystérésis peut avoir un impact significatif sur l’étalonnage. Les instruments de pression (comme les transmetteurs, les sondes et les manomètres) doivent fournir des mesures précises et répétables. Cependant, en raison de l’hystérésis, les mesures peuvent varier en fonction de l’exposition passée de l’instrument à des pressions. Cela peut entraîner des erreurs et des incohérences dans vos mesures de pression, qui peuvent s’avérer critiques pour les procédés où la précision est essentielle.

Causes de l’hystérésis dans les instruments de pression

Plusieurs facteurs peuvent contribuer à l’hystérésis dans les instruments de pression comme :

• Les propriétés des matériaux : les matériaux utilisés dans la fabrication des éléments sensibles à la pression peuvent causer de l’hystérésis en raison de leurs propriétés inhérentes.
• Les facteurs de conception : la conception et la fabrication des éléments sensibles à la pression, notamment les composants mécaniques, peuvent influencer le niveau d’hystérésis. Souvent, dans les sondes de pression, la pression distend les composants mécaniques qui peuvent présenter une hystérésis mécanique, ce qui entraîne une hystérésis dans les mesures de pression.
• La contamination : la poussière ou d’autres contaminants à l’intérieur de l’instrument peuvent causer une hystérésis en entravant le mouvement des pièces mécaniques et en entraînant des mesures inexactes.
• Les influences de l’environnement : les changements de température, d’humidité et d’autres conditions ambiantes peuvent affecter le comportement de l’hystérésis des instruments de pression.

Identifier l’hystérésis

Afin de gérer correctement l’hystérésis, il est essentiel d’abord de l’identifier et de la mesurer correctement. Voici quelques techniques :

• Étalonnage « Monté/Descente » : réalisez l’étalonnage en augmentant et en diminuant la pression afin d’identifier toutes les différences dans les mesures aux mêmes points de pression. Attention, si vous n’attendez pas suffisamment pour que la mesure se stabilise, tout délai ou décalage dans l’instrument de mesure peut ressembler à de l’hystérésis.
  Si vous générez une pression avec une pompe manuelle, il faut faire attention à ne pas aller au-delà (ou en deçà) du point de mesure visé au risque de manquer certains effets d’hystérésis. Par exemple, vous devez vous approcher des points ascendants en augmentant graduellement la pression et pas les dépasser puis redescendre.
• Cycles d’étalonnage : effectuez de multiples cycles d’étalonnage afin d’observer les éventuels écarts ou les problèmes de répétabilité dans les mesures. S’il y a des problèmes de répétabilité avec l’instrument, cela peut ressembler à de l’hystérésis. Ainsi, une bonne pratique consiste à réaliser plusieurs répétitions des étalonnages afin de révéler d’éventuels problèmes de répétabilité. Les étalonnages en pression entièrement automatisés facilitent évidemment ce processus et permettent de gagner du temps en effectuant de multiples répétitions.
• Analyse graphique : représenter la sortie en pression en fonction de l’entrée en pression peut vous aider à visualiser l’hystérésis. En effet, cela peut s’avérer très difficile de détecter l’hystérésis uniquement avec des résultats numériques. Si vous avez un calibrateur de pression qui affiche les résultats d’étalonnage sous forme de graphique (comme les calibrateurs de la famille Beamex MC6), c’est bien plus facile d’identifier l’hystérésis.
  Envoyer les résultats d’étalonnage à un logiciel de métrologie industrielle aide aussi, car le logiciel propose souvent une représentation graphique des résultats (tout du moins, le logiciel de métrologie industrielle de Beamex le fait).

Atténuer l’hystérésis 

Bien que l’hystérésis ne puisse pas totalement être éliminée, elle peut être gérée et minimisée. Voici quelques bonnes pratiques pour vous y contribuer :

• Étalonnages réguliers : étalonnez régulièrement, avec des cycles ascendants et descendants afin d’identifier l’hystérésis.
• Sélection des instruments : choisissez des instruments de pression haut de gamme avec des caractéristiques d’hystérésis faibles pour vos applications critiques.
• Procédures uniformes : suivez des procédures d’étalonnage uniformes afin de garantir la répétabilité et la fiabilité des résultats.
• Propreté des instruments : assurez-vous que les instruments sont propres et dénués de tout contaminant pouvant affecter leurs performances.
• Contrôle des conditions ambiantes : lorsque cela est possible, maintenez des conditions ambiantes stables durant l’étalonnage afin de réduire les influences extérieures. Bien sûr, ce n’est pas toujours possible quand vous étalonnez des instruments dans des conditions de terrain.

L’hystérésis dans les pressostats

Dans tous les types de capteurs, notamment les pressostats, il y a une caractéristique qui s’apparente à l’hystérésis appelée « bande morte ». Cela signifie que le pressostat a été conçu afin qu’il y ait une légère différence entre les points de déclenchement et de réarmement avec des pressions montantes et descendantes. Cela peut énormément ressembler à de l’hystérésis, et même parfois être qualifié d’hystérésis, mais ce n’est pas de l’hystérésis.

Cette bande morte est nécessaire et importante pour un pressostat, car sinon celui-ci pourrait commencer à osciller entre ses états ouvert et fermé quand la pression atteint une certaine valeur. Comme les pressostats sont utilisés pour contrôler des opérations spécifiques, ce n’est pas désirable. Si vous le désirez, vous pouvez en apprendre plus sur les pressostats dans cet article de blog : Étalonnage des pressostats.

Conclusion

L’hystérésis est un facteur critique à prendre en compte dans l’étalonnage en pression, en particulier dans l’univers des instruments de process, où la précision est primordiale. En comprenant ce qu’est l’hystérésis, en identifiant ses causes et en mettant en œuvre les bonnes pratiques pour la gérer, vous pouvez garantir des mesures de pression plus exactes et fiables.

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