Organisation Et Vocabulaire de La Métrologie [PDF]

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M E S U R E S - A N A LY S E S

Ti676 - Instrumentation et méthodes de mesure

Organisation et vocabulaire de la métrologie Réf. Internet : 42421 | 2nde édition

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III

Cet ouvrage fait par tie de

Instrumentation et méthodes de mesure (Réf. Internet ti676) composé de  : Organisation et vocabulaire de la métrologie

Réf. Internet : 42421

Méthodes de mesure

Réf. Internet : 42419

Capteurs

Réf. Internet : 42678

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IV

Cet ouvrage fait par tie de

Instrumentation et méthodes de mesure (Réf. Internet ti676) dont les exper ts scientifiques sont  : Isabelle BLANC Coordinateur Projets et Études, LNE (Laboratoire national de métrologie et d'essais)

Ahmed MAMOUNI Professeur à Polytech Lille (École polytechnique universitaire de Lille)

Marc PRIEL Directeur honoraire du Centre de métrologie scientifique et industrielle, LNE (Laboratoire national de métrologie et d'essais)

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V

Les auteurs ayant contribué à cet ouvrage sont :

Bernard ATHANÉ

Alain LE CALVÉ

Pour l’article : R87

Pour l’article : R85

Maguelonne CHAMBON

Françoise LE FRIOUS

Pour les articles : R50 – R60 – SL1630

Pour l’article : R50

Bruno CHAUVENET

Nicole LEGENT

Pour l’article : R50

Pour l’article : 23

Jean-Claude COURTIER

Bernard MARX

Pour l’article : 24

Pour l’article : R120

Thierry CRIGNOU

Martin MILTON

Pour les articles : R83 – R84

Pour l’article : R80

Richard DAVIS

Marc PRIEL

Pour l’article : R50

Pour l’article : R115

Jimmy DUBARD

Patrick REPOSEUR

Pour l’article : R50

Pour les articles : R62 – R89

Bernard DUVAL

Mohamed SADLI

Pour l’article : R86

Pour l’article : R50

Roger FLANDRIN

Philip TUCKEY

Pour l’article : R55

Pour l’article : R50

Jean-Pierre ISNARD

Sophie VASLIN-REIMANN

Pour l’article : R85

Pour l’article : R50

Stéphane LAUDREL

Jean-Pierre WALLERAND

Pour l’article : R62

Pour l’article : R50

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VI

Organisation et vocabulaire de la métrologie (Réf. Internet 42421)

SOMMAIRE 1– Unités de mesure

Réf. Internet

Unités de mesure SI

23

11

Unités légales et facteurs de conversion

24

15

2– Étalons

Réf. Internet

Étalons métrologiques fondamentaux

R50

3– Organisation française

Réf. Internet

Organisation de la métrologie en France : métrologie légale

R55

31

Organisation du réseau national de métrologie française et LNE

R60

33

Organisation de la métrologie en France. Le Cofrac

R62

35

4– Organisations internationales

Réf. Internet

Bureau international des poids et mesures (BIPM)

R80

39

Organisation internationale de normalisation (ISO)

R83

41

Comité européen de normalisation (CEN)

R84

43

Structures de normalisation dans le secteur électrique/électronique

R85

45

Commission internationale de l'éclairage (CIE)

R86

49

Organisation internationale de métrologie légale (OIML)

R87

51

Équivalences internationales des certificats d'étalonnage

R89

53

Programmes européens de recherche en métrologie

SL1630

57



page

page 19

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VII

5– Terminologie. Méthodes

Réf. Internet

Banques de données scientifiques et techniques

R120

63

Vocabulaire de la métrologie

R115

69



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Organisation et vocabulaire de la métrologie (Réf. Internet 42421)

1 1– Unités de mesure

Réf. Internet

Unités de mesure SI

23

11

Unités légales et facteurs de conversion

24

15

page

2– Étalons 3– Organisation française 4– Organisations internationales 5– Terminologie. Méthodes



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1

10

Référence Internet 23

Unités de mesure SI par

1

Nicole LEGENT Ingénieur du Conservatoire national des arts et métiers (CNAM) Ingénieur en normalisation à l’Association française de normalisation (AFNOR)

1.

Définitions générales ..............................................................................

2.

Organismes responsables......................................................................

—

3

3.

Système métrique ....................................................................................

—

6

4.

Système international d’unités SI .......................................................

—

7

5.

Unités hors système ...............................................................................

—

10

6.

Définition des unités...............................................................................

—

11

Pour en savoir plus ...........................................................................................

23v2 — 2

Doc. 23v2

l’époque de la mondialisation, le système international d’unités, tel que nous le connaissons, paraît évident. Ce dossier présente sa longue et intéressante histoire, vécue par des scientifiques de renom, ses règles strictes et ses exceptions.

Parution : juillet 2006

A

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur

11

23v2 − 1

Référence Internet 23

UNITÉS DE MESURE SI __________________________________________________________________________________________________________________

1

1. Définitions générales

1.5 Noms spéciaux

1.1 Grandeur et unité

Les noms spéciaux sont les appellations de certaines unités dérivées (§ 1.15) adoptées par la Conférence générale des poids et mesures (CGPM). Exemple : le pascal est le nom spécial du newton par mètre carré.

Une grandeur est l’attribut d’un phénomène, d’un corps ou d’une substance, qui est susceptible d’être distingué qualitativement et déterminé quantitativement. Ce terme grandeur peut se rapporter à une grandeur dans un sens général, par exemple la longueur, le temps, la masse, la résistance électrique, etc., ou à une grandeur particulière, par exemple la longueur d’une tige donnée, la résistance électrique d’un échantillon donné de fil. Les grandeurs qui peuvent être classées les unes par rapport aux autres en ordre croissant (ou décroissant) sont appelées grandeurs de même nature.

1.6 Système de grandeurs Un système de grandeurs est un ensemble de grandeurs (dans le sens général) entre lesquelles il existe des relations définies. Il s’applique à un domaine particulier, par exemple le système de grandeurs de la mécanique, ou à tous les domaines de la science et de la technique.

L’unité de mesure est une grandeur particulière, définie et adoptée par convention, à laquelle on compare les autres grandeurs de même nature pour les exprimer quantitativement par rapport à cette grandeur.

À un système de grandeurs donné, on fait habituellement correspondre un système d’unités déterminé.

Exemple : l’épaisseur, la circonférence et la longueur d’onde sont des grandeurs de même nature ; leur unité SI de mesure (§ 4.2) est le mètre.

1.7 Grandeurs de base

1.2 Métrologie et mesurage

Les grandeurs de base d’un système de grandeurs sont les grandeurs qui sont admises par convention comme étant fonctionnellement indépendantes les unes des autres.

La métrologie, qui est la science de la mesure, embrasse tous les aspects aussi bien théoriques que pratiques se rapportant aux mesurages, quelle que soit l’incertitude de ceux-ci, dans quelque domaine de la science et de la technologie que ce soit.

Exemple : les grandeurs longueur, temps et masse sont généralement prises comme grandeurs de base dans le domaine de la mécanique.

Le mesurage est l’ensemble des opérations ayant pour but de déterminer la valeur d’une grandeur.

1.3 Étalon

1.8 Grandeurs dérivées

Un étalon est une mesure matérialisée, un appareil de mesure, un matériau de référence ou un système de mesure destiné à définir, réaliser, conserver ou reproduire une unité ou une ou plusieurs valeurs d’une grandeur pour servir de référence.

Les grandeurs dérivées d’un système de grandeurs sont les grandeurs définies comme fonction des grandeurs de base de ce système.

Exemple : étalon de masse de 1 kg, étalon de fréquence à césium, électrode de référence à hydrogène.

Exemple : dans le système de grandeurs de la mécanique du paragraphe 1.7, où les grandeurs de base sont la longueur, la masse et le temps, les grandeurs vitesse, force, pression, énergie, etc., sont des grandeurs dérivées.

1.4 Symbole 1.9 Dimension d’une grandeur

Dans le domaine particulier des unités de mesure, un symbole est un signe littéral conventionnel qui permet de représenter une grandeur ou une unité sous une forme simple. Un symbole est généralement constitué d’une lettre, parfois d’une association de deux ou trois lettres, éventuellement avec un indice.

La dimension d’une grandeur est l’expression qui représente une grandeur d’un système de grandeurs comme le produit de puissances de facteurs représentatifs des grandeurs de base de ce système.

L’écriture des symboles est régie par des règles précises (§ 4.4.3). La principale correspond à l’écriture des symboles de grandeurs en italique et des symboles d’unités en droit.

Exemple : dans le système de grandeurs de la mécanique du paragraphe 1.7 où les dimensions des grandeurs de base longueur, masse et temps sont représentées respectivement par L, M et T, la dimension de la force est LMT−2.

Un symbole de grandeur ou d’unité ne doit pas être confondu avec une abréviation ou un sigle.

Les unités de grandeurs qui ont la même dimension dans un système donné peuvent avoir le même nom et le même symbole, même si ces grandeurs ne sont pas de même nature.

Exemple : UA est le symbole de l’unité astronomique ; A est le symbole de l’ampère.

23v2 − 2

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Référence Internet 23

_________________________________________________________________________________________________________________

1.10 Équation entre grandeurs

UNITÉS DE MESURE SI

1.17 Multiple ou sous-multiple d’une unité

Une équation entre grandeurs représente la relation fonctionnelle entre ces grandeurs. Elle s’écrit en utilisant les symboles des grandeurs. Elle est indépendante du choix des unités de mesure.

On appelle multiple (ou sous-multiple) d’une unité de mesure, une unité de mesure plus grande (plus petite) formée à partir d’une unité donnée selon des conventions d’échelonnement. Exemple : l’un des multiples décimaux du mètre est le kilomètre ; l’un des sous-multiple non décimaux de l’heure est la seconde.

1.11 Grandeur sans dimension Une grandeur sans dimension est une grandeur dont l’expression dimensionnelle en fonction des dimensions des grandeurs de base d’un système donné présente tous ses exposants nuls. On dit aussi grandeur de dimension un.

1.18 Unité légale Une unité de mesure est dite légale lorsque son emploi est prescrit par un texte réglementaire (par exemple, décret sur les unités).

Exemple : dilatation linéique relative e = ∆ᐉ ⁄ ᐉ 0 .

1.12 Système d’unités (de mesure)

1.19 Unité hors système

Un système d’unités (de mesure) est l’ensemble des unités correspondant aux grandeurs d’un système de grandeurs donné.

Une unité de mesure hors système est une unité de mesure qui n’appartient pas à un système d’unités donné.

Exemple : système international d’unités, SI ; système CGS.

Exemple : le jour, l’heure, la minute sont des unités hors système pour le SI.

1.13 Système cohérent d’unités 1.20 Valeur d’une grandeur, valeur numérique d’une grandeur

Un système cohérent d’unités est un système d’unités où les relations entre les unités et les relations entre les grandeurs correspondantes présentent les mêmes facteurs de proportionnalité. Dans un tel système, les unités sont dites cohérentes.

La valeur d’une grandeur est l’expression quantitative d’une grandeur particulière, généralement sous la forme d’une unité de mesure multipliée par un nombre. Ce nombre est appelé valeur numérique de la grandeur.

Exemple : les unités suivantes (représentées par leurs symboles) font partie du système cohérent d’unités de la mécanique dans le SI : m ; kg ; s ; m2 ; m3 ; Hz = s−1 ; m · s−1 ; m · s−2.

— longueur d’une tige : 5,34 m ; — masse d’un corps : 0,152 kg.

1.14 Unité de base

2. Organismes responsables

L’unité de mesure de base est l’unité de mesure d’une grandeur de base dans un système donné de grandeurs. Exemple : les 7 unités de base du SI (§ 4.2.1).

La responsabilité du domaine des unités de mesure incombe, à différents titres et à différents niveaux, à un certain nombre d’organismes chargés de définir ces unités, d’en établir la réglementation, d’en contrôler l’application, d’en assurer la normalisation.

1.15 Unité dérivée

Ces organismes se situent au plan international, au plan européen et au plan national.

L’unité de mesure dérivée est l’unité de mesure d’une grandeur dérivée dans un système donné de grandeurs.

2.1 Bureau international des poids et mesures (BIPM), CGPM, CIPM

Exemple : mètre cube, newton, pascal qui sont respectivement les unités des grandeurs dérivées volume, force, pression dans le SI.

Le Bureau international des poids et mesures (BIPM) a été créé par la Convention du mètre signée à Paris le 20 mai 1875 et il est situé au Pavillon de Breteuil à Sèvres, France. Son entretien est assuré à frais communs par les États membres de la Convention du mètre. En août 2005, 51 États étaient membres de cette Convention. Le BIPM a pour mission d’assurer l’unification mondiale des mesures physiques.

1.16 Unité composée On appelle unité composée une unité dérivée qui n’a pas reçu de nom spécial. Exemple : kilogramme-mètre par seconde.

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1

Référence Internet 23

UNITÉS DE MESURE SI __________________________________________________________________________________________________________________

Le BIPM fonctionne sous la surveillance exclusive du Comité international des poids et mesures (CIPM) composé de scientifiques appartenant à des États différents.

1

Dans le domaine des unités de mesure, le comité technique ISO/ TC 12 Grandeurs, unités, symboles, facteurs de conversion et tables de conversion a élaboré la norme ISO 31 qui comporte 14 parties et qui définit les grandeurs, unités et symboles par domaine technique.

Le CIPM est placé sous l’autorité de la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) formée des délégués de tous les États membres de la Convention du mètre et qui se réunit actuellement tous les 4 ans. Les responsabilités de la CGPM sont : — de prendre les mesures nécessaires pour assurer la propagation et le perfectionnement du Système international d’unités (SI), forme moderne du système métrique ; — de sanctionner les résultats des nouvelles déterminations métrologiques fondamentales ; — d’adopter les décisions importantes concernant l’organisation et le développement du BIPM. 1re

Le comité technique ISO/TC 12 a également établi la norme ISO 1000 qui décrit le système international d’unités SI et donne les règles d’emploi des multiples et sous-multiples. 25 pays participent activement aux travaux de ce comité technique dont le secrétariat est géré depuis 1982 par la Suède.

2.4 Commission électrotechnique internationale (IEC), IEC/CE 25

22e

CGPM s’est réunie en 1889 ; la s’est tenue en 2003. Les La décisions de la CGPM font l’objet de résolutions [1] à [9]. Le CIPM a institué, depuis 1927, dix Comités consultatifs destinés à la renseigner sur des questions spécialisées et à lui proposer des recommandations pour coordonner les travaux internationaux effectués dans leurs domaines respectifs.

La Commission électrotechnique internationale (IEC) a été fondée en 1906. C’est l’autorité pour les normes mondiales en ingénierie électrique et électronique. L’IEC est composée en 2005 de 52 pays membres.

Le réseau des mesures dans le monde est constitué d’un tissu de plus en plus complexe d’accords et d’échanges officiels et non officiels.

Le comité d’étude 25 de l’IEC, IEC/TC 25, Grandeurs et unités et leurs symboles littéraux, a pour objet de préparer les normes internationales sur les grandeurs et unités à utiliser en technologie électrique. Pour ces grandeurs et unités, ces normes peuvent donner leurs définitions, noms, symboles littéraux et utilisation, les relations dans lesquelles elles apparaissent et les signes et symboles utilisés avec ces grandeurs et unités.

La Convention du mètre, par l’intermédiaire de la Conférence générale des poids et mesures, du Comité international des poids et mesures et du BIPM, fournit la base formelle et physique des mesures sur laquelle se fonde tout le reste de l’activité internationale en métrologie pratique.

Publications : IEC 60027, Symboles littéraux à utiliser en électrotechnique, parties 1 à 4 et leurs amendements.

2.2 Organisation internationale de métrologie légale (OIML), BIML, CIML

2.5 Union internationale de physique pure et appliquée (UIPPA), SUN

L’Organisation internationale de métrologie légale (OIML) est fondée sur une convention internationale établie en 1955. En août 2005, elle comprenait 18 comités techniques, 60 pays membres et 53 pays membres correspondants. Les principaux objectifs de cette organisation intergouvernementale sont : — de déterminer les principes généraux de la métrologie légale ; — d’étudier les problèmes de métrologie légale de caractère législatif et réglementaire ; — d’établir des modèles de projets de lois et règlements pour les instruments de mesure.

L’Union internationale de physique pure et appliquée (UIPPA) a été créée en 1922 à Bruxelles. Parmi d’autres, ses objectifs sont de : — stimuler la coopération internationale en physique ; — promouvoir des accords internationaux sur l’utilisation des symboles, unités, nomenclature et normes. Dans chaque pays, l’UIPPA est représentée par un comité national. En 2005, le nombre de pays membres de l’UIPPA est de 48. L’ Assemblée générale dirige les travaux de l’Union, nomme le Comité exécutif et établit les commissions convenables pour le travail de l’Union.

Les instances de cette organisation sont : — Le Bureau international de métrologie légale (BIML), situé à Paris, France ; — le Comité international de métrologie légale (CIML) ; — la Conférence internationale de métrologie légale avec un certain nombre de comités techniques (Secrétariats pilotes et Secrétariats rapporteurs).

En 1931, la Commission pour les symboles, les unités et la nomenclature (Commission SUN) a été créée pour promouvoir un accord international et faire des recommandations internationales dans le domaine des symboles, des unités et de la nomenclature. En 1987, l’UIPPA a décidé de fondre la Commission SUN avec sa Commission des Masses Atomiques et Constantes Fondamentales. La plus récente publication est le document IUPAP 25 (1987), Symbols, Units, Nomenclature and Fundamental Constants in Physics, publiée en 1987 et rédigée par la Commission SUN-AMCO.

Alors que la CGPM (§ 2.1) traite essentiellement des domaines de la métrologie scientifique, l’OIML traite des questions de métrologie pratique et légale. L’OIML publie des recommandations internationales.

2.6 Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC)

2.3 Organisation internationale de normalisation (ISO), ISO/TC 12

L’Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC), fondée en 1919, est le comité international qui représente la chimie parmi les autres disciplines des sciences. Ses objectifs sont de : — promouvoir une coopération continue parmi les chimistes de ses pays membres ;

Créée en 1947, l’ISO regroupe (en 2005) 99 comités membres (dont la France représentée par l’AFNOR) et 36 membres correspondants. Elle publie principalement des normes internationales.

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Référence Internet 24

Unités légales et facteurs de conversion 1 par

Jean-Claude COURTIER Ingénieur de l’École supérieure de physique et chimie industrielles (ESPCI)

1.

Grandeurs, unités et symboles .............................................................

2.

Facteurs de conversion ...........................................................................

Références bibliographiques ..........................................................................

PE 24 - 1 —

13

Doc. PE 24

ne unité de mesure est une grandeur particulière, choisie par convention pour pouvoir attribuer, par comparaison, des valeurs numériques à des grandeurs de même nature. Dans un système de grandeurs, lorsque les relations entre les unités sont les mêmes que celles qui existent entre les grandeurs, on dit que le système d’unités ainsi formé est cohérent. C’est le cas pour le système international d’unités, SI, pratiquement utilisé dans le monde entier et d’application légale en France. Dans le passé, il n’en a pas toujours été ainsi. De très nombreuses unités, non cohérentes, ont été utilisées. Certaines sont encore en usage, par exemple dans le grand public aux États-Unis. C’est la raison pour laquelle le présent article donne les facteurs de conversion pour les plus importantes unités hors SI, parfois encore utilisées. En France même, quelques unités hors SI, souvent dans des domaines spécialisés, peuvent légalement être utilisées. C’est le cas, par exemple, du carat métrique, dans le domaine des pierres précieuses, mais aussi de la minute, de l’heure, du jour, dont l’usage continuera évidemment de subsister.

Parution : mai 1994

U

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15

PE 24 − 1

Référence Internet 24 _____________________________________________________________________________________________________________________________________

1. Grandeurs, unités et symboles

Le tableau 1 indique uniquement les unités légales en France, conformément aux décrets no 82-203 du 26 février 1982 et no 851600 du 31 décembre 1985 modifiant le décret no 61-501 du 3 mai 1961 modifié [1].

Tableau 1 – Unités légales

1

Grandeurs SymDimensions boles (2) (1)

GÉOMÉTRIE

Noms

Multiples et sousmultiples décimaux ayant un nom spécial

Unités SI

Noms et symboles

Noms et symboles

Longueur

,

L

mètre (m)

Longueur d’onde

λ

L

mètre (m)

Nombre d’onde

σ

L–1

mètre à la puissance –1 moins un (m )

Aire, superficie

A

L2

mètre carré (m2)

Valeurs en SI

Unités légales hors système

Noms et symboles mille (4)

are (a) (5)

102

hectare (ha)

104

Section efficace

σ

L2

mètre carré (m2)

barn (b)

10–28

Volume

V

L3

mètre cube (m3)

litre (L ou l)

10–3 tour (tr) grade (gon)

α

MASSE

Angle plan

A

radian (rad)

Angle solide

Ω

Ω

stéradian (sr)

Masse

m

M

kilogramme (kg)

Masse atomique

ma

M

kilogramme (kg)

Masse linéique

ρ