Documentation du mécanisme d’étalonnage par l’usager en 3 points

1) Introduction

L'étalonnage en 3 points par l'usager est supporté par les instruments de mesure Dracal dont le code de produit se termine par "-CAL". Dans un appareil muni de ce mécanisme d'étalonnage, seuls les canaux réels sont directement étalonnables. Les canaux virtuels, dont les valeurs sont calculées à partir des canaux réels, sont cependant indirectement affectés par l'étalonnage appliquée aux canaux à partir desquels ils sont calculés.

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

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

2) Les effets de l'étalonnage

L'étalonnage a pour objectif d'introduire une correction à la mesure lue par un instrument de mesure, basée sur la mesure d'un appareil de référence appelée "étalon". Il existe plusieurs types de fonctions d'étalonnage, que nous pouvons diviser en deux catégories: linéaires ou non-linéaire. La fonction d'étalonnage supportée par les produits de Dracal Technologies est de type polynômiale. Celle-ci est équivalente à un étalonnage linéaire dans le cas d'un étalonnage en un ou deux points. Pour un étalonnage en 3 points, l'étalonnage polynômial est non-linéaire et offre l'avantage d'être exacte en les trois points d'étalonnage. Dans les paragraphes suivants, nous illustrons l'effet de l'étalonnage polynômial 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 d'étalonnage.

2.1) Étalonnage en 1 point

Par étalonnage en un point, nous entendons l'enregistrement d'un point (x1,y1 ) où x1 est la mesure directe de l'instrument et y1 est la valeur d'étalonnage que nous désirons imposer. Un point d'étalonnage peut donc être schématiquement représenté comme une correspondance x1 -> y1. L'étalonnage en un point a pour effet d'appliquer un décalage ("offset") constant sur toutes les mesures retournées par l'appareil. La fonction d'étalonnage 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 un étalonnage en 1 point, le point à étalonner 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 étalonner au même point que l'usager désirant mesurer des températures entre 20 ℃ et 70 ℃.

2.2) Étalonnage en 2 points

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

L'effet d'un tel étalonnage sur une courbe de mesure est illustré ci-après:

Dans un étalonnage en 2 points, les points à étalonner devrait se retrouver près des extrêmes du spectre de mesure prévue par l'usager.

2.3) Étalonnage en 3 points

Enfin, un étalonnage 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 d'étalonnage x1, x2 et x3, les valeurs retournées par l'étalonnage 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 d'étalonnage en 3 points:

L'effet d'un tel étalonnage sur une courbe de mesure est illustré ci-après:

Dans un étalonnage en 3 points, deux des points à étalonner 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 d'étalonnage de manière à ce qu'ils recouvrent bien la plage d'opération prévue (et non celle théorique) de l'appareil.

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

3) Méthodologie

L'application de l'étalonnage est une arme à double tranchants. Lorsqu'effectuée correctement, l'étalonnage offre un outil puissant et très pratique. Cependant, lorsqu'incorrectement programmé, l'étalonnage 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 principes de base suivants limitera considérablement les risques d'erreurs et permettra une utilisation confiante de l'outil d'étalonnage mis à votre disposition.

3.1) Échantillonner avant de calibrer

Avant d'étalonner en un point donné, 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 d'étalonnage.

3.2) Adapter les points d'étalonnage à la plage d'opération prévue par l'instrument de mesure

Autant que possible, sélectionner des points d'étalonnage 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 d'étalonnage à partir des mesures brutes de l'appareil

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

Ainsi, avant de récolter des données afin de déterminer vos points d'étalonnage, il est primordial de toujours vérifier si un étalonnage est déjà actif et si oui, de lea désactiver ne serait-ce que pour le temps de vos prises de mesures d'étalonnage.

4) Précision supportée

L'enregistrement des points d'étalonnage 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 de l'instrument n'est pas aussi précise. Il est donc recommandé d'ignorer les décimales non-significatives lors de la saisie de points d'étalonnage et de s'en tenir aux décimales significatives.

Par définition, l'étalonnage est effectué via des calculs d'ajustement appliqués aux lectures brutes. La précision des calculs d'étalonnage effectués par les appareils 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 de l'instrument 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 d'étalonnage

Dracal Technologies met à votre disposition deux outils gratuits afin d'étalonner vos appareils Dracal supportant l'étalonnage: QTenki et usbtenkical.

QTenki est notre logiciel d'acquisition et d'enregistrement de données. Toutes les fonctionnalités nécessaires à l'étalonnage ont été implémentées dans la version v2.1.21 de QTenki et suivantes. Consultez cette section spécifique de la documentation pour découvrir en un instant comment étalonner votre appareil en toute simplicité.

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

6) étalonnage en laboratoire accrédité ISO/IEC 17025

Si votre produit est muni du mécanisme d'étalonnage par l'usager, Dracal Technologies vous offre la possibilité de faire étalonner votre appareil (en un maximum de 3 points par canal réel) et certifier votre appareil dans un laboratoire accrédité 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 un étalonnage en laboratoire, cliquez sur le bouton "Commander" de votre produit et vérifiez si des certificats de traçabilité sont disponibles pour celui-ci.