Documentation du mécanisme de calibration en 3 points

Documentation du mécanisme de calibration par l'usager en 3 points

1) Introduction

La calibration en 3 points par l'usager est supportée par les produits Dracal dont le code de produit se termine par "-CAL". Dans un capteur muni de ce méécanisme de calibration, seuls les canaux réels sont directement calibrables. Les canaux virtuels, dont les valeurs sont calculées à partir des canaux réels, sont cependant indirectement affectés par la calibration appliquée aux canaux à partir desquels ils sont calculés.

Le mécanisme de calibration par l'usager supporte une calibration allant jusqu'à 3 points. Cependant, l'utilisateur est libre de ne calibrer qu'en un ou deux seul points (ou en aucun point du tout!) si désiré. Par point de calibration, nous entendons l'association d'une valeur mesurée par l'appareil à sa valeur de calibration. La fonction de calibration est de type polynômiale et exacte en les points de calibration. Les points de calibration sont enregistrés directement sur l'appareil, de telle sorte qu'un appareil calibré demeurera calibré indépendamment de l'outil utilisé pour en lire les lectures.

Tous les points de calibration sont d'importance égale. L'ordre d'entrée des points n'a aucun effet sur le calcul de la calibration.

2) Les effets de la calibration

La calibration a pour objectif d'introduire une correction à la mesure lu par un capteur, basé sur la mesure d'un appareil de référence appelée "étalon". Il existe plusieurs types de fonctions de calibration, que nous pouvons diviser en deux catégories: linéaires ou non-linéaire. La fonction de calibration supportée par les produits de Dracal Technologies est de type polynômiale. Celle-ci est équivalente à une calibration linéaire dans le cas d'une calibration en un ou deux points. Pour une calibration en 3 points, la calibration polynômiale est non-linéaire et offre l'avantage d'être exacte en les trois points de calibration. Dans les paragraphes suivants, nous illustrons l'effet de la calibration polynômiale selon le nombre de points saisis par l'usager. Les illustrations sont effectuées à partir d'une courbe de mesure fictive afin de clairement visualiser les différents effets de calibration.

2.1) Calibration en 1 point

Par calibration en un point, nous entendons l'enregistrement d'un point (x1,y1 ) où x1 est la mesure directe du capteur et y1 est la valeur de calibration que nous désirons imposer. Un point de calibration peut donc être schématiquement représenté comme une correspondance x1 -> y1. La calibration en un point a pour effet d'appliquer un décalage ("offset") constant sur toutes les mesures retournées par l'appareil. La fonction de calibration en 1 point a donc la forme suivante: y = a+x. Il est facilement établi que la valeur de cet écart est: a = y1- x1. Celle-ci est illustrée dans l'image suivante:

L'effet d'une telle calibration sur une courbe de mesure est illustrée ci-après:

Dans une calibration en 1 point, le point à calibrer x1 devrait se retrouver approximativement au centre du spectre de mesure prévue par l'usager. Par exemple, un usager désirant mesurer des températures entre 15 ℃ et 25 ℃ ne devrait pas calibrer au même point que l'usager désirant mesurer des températures entre 20 ℃ et 70 ℃.

2.2) Calibration en 2 points

Une calibration à deux points est effectuée par l'enregistrement de deux correspondances: (x1,y1 ) et (x2,y2) et effectue une correction linéaire. La fonction de calibration a alors la forme suivante: y = a+bx. Celle-ci est illustrée dans l'image suivante:

L'effet d'une telle calibration sur une courbe de mesure est illustrée ci-après:

Dans une calibration en 2 points, les points à calibrer devrait se retrouver près des extrêmes du spectre de mesure prévue par l'usager.

2.3) Calibration en 3 points

Enfin, une calibration en 3 points applique une correction polynômiale de degré 2 de la forme y = a + bx + cx2. Les coefficients a, b et c sont calculés de manière à ce qu'en les points de calibration x1, x2 et x3, les valeurs retournées par la calibration soient exactement y1, y2 et y3 respectivement. Avec cette définition, les coefficients a, b et c sont uniquement définis. L'image ci-dessous illustre une fonction possible de calibration en 3 points:

L'effet d'une telle calibration sur une courbe de mesure est illustrée ci-après:

Dans une calibration en 3 points, deux des points à calibrer devraient se retrouver près des extrêmes du spectre de mesure prévue par l'usager, alors que l'autre devrait se retrouver approximativement au centre de celui-ci. L'image ci-dessous illustre l'importance de choisir les points de calibration de manière à ce qu'ils recouvent bien la plage d'opération prévue (et non celle théorique) de l'appareil.

Nous voyons bien par cet exemple que bien que la calibration ait considérablement amélioré la précision de la mesure entre les points de calibration, celle-ci s'est détériorée sur la plage extrême gauche, loin des points de calibration.

3) Méthodologie

L'application de la calibration est une arme à double tranchants. Lorsqu'effectuée correctement, la calibration offre un outil puissant et très pratique. Cependant, lorsqu'incorrectement programmée, la calibration devient nuisible et risque potentiellement d'invalider des résultats d'expériences pendant très longtemps, soit le temps nécessaire avant de réaliser qu'une erreur a été produite lors de son implémentation.

L'adoption des princpes de base suivants limitera considérablement les risques d'erreurs et permettra une utilisation confiante de l'outil de calibration mis à votre disposition.

3.1) Si possible, échantillonner avant de calibrer

Avant de calibrer en un point donné, si possible, prenez le temps de comparer l'écart entre les valeurs mesurées et théoriques pour quelques points avant et après la température cible, afin de limiter les risques d'intégrer des erreurs de bruit à une mesure de calibration.

3.2) Adapter les points de calibration à la plage d'opération prévue par l'appareil

Autant que possible, sélectionner des points de calibration de manière à ce qu'ils soient centrés et qu'ils recouvrent la plage d'opération prévue par l'appareil.

3.3) Déterminer les points de calibration à partir des mesures brutes de l'appareil

Le risque ici est de déterminer un point de calibration alors qu'une calibration est déjà active. Par exemple, on pourrait imaginer que quelqu'un effectue une calibration. Puis, laissant passer un peu de temps, utilise les données calibrées pour déterminer un ajustement à la calibration déjà présente (ajout de points, modification de points, etc.). Or une telle modification ne pourrait que fausser les mesures subséquentes puisqu'un point de calibration doit absoluement être établi à partir des mesures brutes de l'appareil.

Ainsi, avant de récolter des données afin de déterminer vos points de calibration, il est primordial de toujours vérifier si une calibration est déjà active et si oui, de la désactiver ne serait-ce que pour le temps de vos prises de mesures de calibration.

4) Précision supportée

L'enregistrement des points de calibration est possible jusqu'à une précision allant jusqu'à 6 décimales. Il est cependant superflu de saisir des points à une telle précision si la mesure brute du capteur n'est pas aussi précise. Il est donc recommandé d'ignorer les décimales non-significatives lors de la saisie de points de calibration et de s'en tenir aux décimales significatives.

Par définition, la calibration est effectuée via des calculs d'ajustement appliquées aux lectures brutes. La précision des calculs de calibration effectuée par les produtis Dracal est exacte sur 7 chiffres significatifs et plus. Cela étant dit, il va de soi que la précision d'un calcul ne pourrait pas dépasser la précision du capteur lui-même. Ainsi, lors du choix du nombre des décimales à afficher, celui-ci devrait être basé sur la précision réelle de la mesure brute et non sur le nombre de décimales d'affichage disponible.

5) Outils de calibration

Dracal Technologies met à votre disposition deux outils gratuits afin de calibrer vos appareils Dracal supportant la calibration: QTenki et usbtenkical.

QTenki est notre logiciel d'acquisition et d'enregistrement de données. Toutes les fonctionnalités nécessaires à la calibration ont été implémentées dans la version v2.1.21 de QTenki et suivantes. Consultez la documentation complète de QTenki pour vous familiariser avec les fonctionnalités disponibles.

usbtenkical est un outil en ligne de commandes développé spécifiquement pour calibrer vos appareils à partir d'un terminal. Consultez la documentation complète de usbtenkical pour vous familiariser avec l'outil. L'accès à vos capteurs via un outil en ligne de commande vous offre la possibilité d'intégrer aisément nos produits à vos propre logiciels.

6) Calibration en laboratoire certifié ISO/IEC 17025

Si votre produit est muni du mécanisme de calibration par l'usager, Dracal Technologies vous offre la possibilité de faire calibrer votre appareil (en un maximum de 3 points par canal réel) et certifier votre appareil dans un laboratoire certifié ISO/IEC 17025. Vous trouverez sur cette page les informations concernant les certificats de traçabilité émis par le laboratoire. Pour déterminer s'il votre appareil est éligible à une calibration en laboratoire, consultez la page "Commander" de votre produit et vérifiez si des certificats de traçabilité sont disponibles pour celui-ci.