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Les cellules à point fixe sont des systèmes de référence de haute précision permettant de générer des températures définies avec précision sur la base de transitions de phase physiquement reproductibles de substances pures.

Elles permettent d'obtenir une incertitude de mesure extrêmement faible. Dans les laboratoires d'étalonnage, les instituts nationaux de métrologie, les laboratoires industriels de référence et dans l'assurance qualité, elles constituent la base des étalonnages de température traçables. Ils sont notamment utilisés pour l'étalonnage des thermomètres à résistance (Pt100, SPRT), des thermocouples, des capteurs de température numériques et des thermomètres de référence.

Vous trouverez ci-dessous la fonctionnalité des cellules à point fixe, un aperçu des différents types, leurs domaines d'application et leurs avantages :

Fonctionnement des cellules à point fixe :

Leur fonctionnement repose sur un principe physique fondamental : les substances pures ont des températures de transition de phase précisément reproductibles à une pression définie.
Lors de la transition entre le solide et le liquide ou entre le liquide et le gaz, la température reste constante tant que les deux phases sont présentes en même temps.
Cette température d'équilibre stable est appelée point fixe.

Une cellule à point fixe se compose généralement des éléments suivants

1. Un métal de haute pureté ou de l'eau ultrapure.
2. Un boîtier fermé en quartz ou en métal.
3. Un doigt de gant pour le thermomètre à étalonner.
4. Un environnement contrôlé pour créer la transition de phase.

La fusion ou la solidification contrôlée du matériau crée une zone isotherme avec une température extrêmement stable.
Le thermomètre à étalonner est placé dans le doigt de gant et comparé à la température de référence connue.
La précision peut être de l'ordre du millikelvin, voire du sous-millikelvin, en particulier pour les cellules basées sur l'échelle internationale de température ITS-90.

Types de cellules à point fixe :

1. Cellules à trois points d'eau :
   Le point fixe le plus connu est le point trois de l'eau à 0,01 °C. La glace, l'eau et la vapeur d'eau coexistent simultanément dans une cellule de verre spéciale.
   Ce point sert de référence fondamentale pour l'étalonnage des thermomètres à résistance de haute précision.
2. Cellules à point de solidification métallique :
   Ces cellules utilisent les points de solidification ou de fusion de métaux de grande pureté tels que le gallium, l'indium, le tungstène et le cuivre :
   Le gallium, l'indium, l'étain, le zinc, l'aluminium et l'argent.
   Elles couvrent des plages de température allant d'un peu plus de 0 °C à plus de 900 °C et sont utilisées en particulier pour les étalonnages industriels à haute température.
3. Cellules de mesure du point de congélation des métaux :
   Le processus de congélation est spécifiquement utilisé ici, car une phase de plateau de température particulièrement stable est créée pendant la solidification.
   Cette méthode offre une grande reproductibilité.
4. Cellules à point fixe haute température :
   Pour les températures très élevées, on utilise des cellules spéciales à haute température, qui fonctionnent dans des systèmes de gaz inerte ou de four.
   Elles sont souvent utilisées dans les instituts nationaux de métrologie.
5. Cellules miniatures à point fixe :
   Ces cellules compactes sont utilisées dans les laboratoires d'étalonnage industriels.
   Elles offrent des incertitudes plus faibles que les calibrateurs de comparaison, mais sont plus faciles à manipuler que les cellules ITS-90 classiques.

Utilisation de cellules à point fixe :

1. Étalonnage de thermomètres à résistance de platine standard (SPRT) :
Les cellules à point fixe sont utilisées comme référence pour définir la courbe caractéristique des thermomètres de référence de haute précision.

2. Étalonnage industriel traçable :
Dans les laboratoires accrédités, les appareils de mesure de la température sont étalonnés à l'aide de points fixes pour répondre aux exigences des normes internationales.

3. Validation des chaînes de mesure de la température
Dans les industries telles que la pharmacie, la chimie, l'énergie ou l'aviation, une traçabilité complète est obligatoire. Les cellules à point fixe assurent cette traçabilité métrologique.

4. Contrôle des bains de température et des fours d'étalonnage
Ils sont utilisés pour vérifier régulièrement les systèmes d'étalonnage secondaires.

5. Recherche et développement
Dans les instituts de métrologie, elles sont utilisées pour réaliser l'échelle internationale de température et pour développer de nouvelles méthodes de référence.

Avantages des cellules à point fixe en tant qu'équipement d'étalonnage :

• Précision maximale : les cellules à point fixe offrent des incertitudes de mesure extrêmement faibles et constituent des systèmes de référence de la classe de précision la plus élevée.
• Excellente reproductibilité : Les transitions de phase des substances pures sont clairement définies sur le plan physique et comparables dans le monde entier.
• Stabilité à long terme : Si elles sont manipulées correctement, les cellules à point fixe conservent leur précision pendant de nombreuses années.
• Conformité aux normes : Elles permettent des étalonnages selon les échelles de température internationales telles que l'ITS-90.
• Indépendance par rapport aux systèmes de référence électroniques
  La température est réalisée physiquement et non simulée électroniquement.
• Large gamme de températures : Différents métaux permettent de couvrir des plages de température allant de près de 0 °C à plus de 1000 °C.
• Minimisation de l'incertitude de mesure : Par rapport aux calibrateurs à bloc sec ou à liquide, les cellules à point fixe offrent des incertitudes nettement plus faibles.

Les cellules à point fixe constituent le moyen d'étalonnage le plus précis dans le domaine de la technologie de mesure de la température. Elles reposent sur des transitions de phase physiques clairement définies et permettent d'obtenir des températures de référence extrêmement précises, reproductibles et comparables au niveau international. Qu'il s'agisse d'une cellule à trois points d'eau ou d'un point fixe métallique à haute température, ils constituent la base des étalonnages traçables dans les laboratoires, l'industrie et les instituts de métrologie. Grâce à leur grande précision, leur stabilité et leur conformité aux normes, ils sont indispensables pour les applications où les écarts de température les plus faibles sont cruciaux.

Voici les principaux aspects à prendre en compte lors de l'achat de cellules à point fixe :

Les cellules à point fixe comptent parmi les dispositifs d'étalonnage les plus précis de la technologie de mesure de la température. Elles sont utilisées dans les laboratoires accrédités, les laboratoires de référence industriels et les instituts de recherche pour étalonner les appareils de mesure de la température avec la plus grande précision. En raison de leur rôle central dans la traçabilité métrologique, l'achat professionnel de cellules à point fixe est un processus exigeant. Outre le choix du bon point fixe, la pureté, l'incertitude, la conception, la stabilité à long terme, la conformité aux normes et les aspects liés au service doivent être soigneusement évalués. Une mauvaise décision peut augmenter l'incertitude de la mesure ou compromettre la traçabilité.

• Le processus d'achat commence par une définition précise de la plage de température à couvrir. Les cellules à point fixe sont basées sur des transitions de phase définies de substances pures. Selon l'application, on utilise par exemple des cellules à trois points dans l'eau pour 0,01 °C ou des cellules à point fixe en métal comme le gallium, l'indium, l'étain, le zinc ou l'aluminium.
• Le service des achats doit déterminer si des points de référence individuels sont suffisants ou si plusieurs points fixes sont nécessaires pour obtenir une courbe d'étalonnage complète. Plusieurs points fixes ITS-90 sont notamment nécessaires pour les thermomètres à résistance de platine standard.
• La pureté du matériau utilisé est un critère essentiel. La précision d'un point fixe dépend directement de la pureté chimique du matériau.
• Les cellules de haute précision utilisent des métaux ou de l'eau d'une très grande pureté, souvent de l'ordre de 99,999 % ou plus.
• Les impuretés entraînent des variations de température et une incertitude accrue. Les acheteurs doivent donc demander les certificats et les spécifications de pureté des matériaux.
• L'incertitude de mesure spécifiée de la cellule à point fixe est tout aussi importante. Les fabricants précisent généralement l'incertitude réalisable dans des conditions de fonctionnement définies.
• Ces informations doivent être coordonnées avec les exigences de votre propre laboratoire d'étalonnage. Les laboratoires accrédités doivent s'assurer que les spécifications d'incertitude sont documentées et traçables. Une indication transparente des composantes du bilan d'incertitude est une caractéristique de qualité.
• La conception de la cellule à point fixe joue un rôle pratique. Les cellules ITS-90 classiques sont généralement plus grandes et conçues pour une précision maximale.
• Les cellules miniatures ou secondaires sont plus compactes et plus faciles à manipuler, mais offrent des incertitudes légèrement plus élevées.
• Le service des achats doit vérifier si la plus grande précision métrologique est requise ou si une solution axée sur la pratique est suffisante. La stabilité mécanique, la qualité du boîtier en quartz ou en métal et la finition du doigt de gant influencent également la durée de vie.
• Un autre facteur décisif est la compatibilité avec les systèmes d'étalonnage existants. Les cellules à point fixe nécessitent des fours ou des systèmes de contrôle de la température appropriés pour la génération contrôlée de la transition de phase.
• Le service des achats doit s'assurer que la cellule est mécaniquement et thermiquement compatible avec les fours d'étalonnage existants. La profondeur d'immersion et le diamètre des thermomètres doivent également être pris en compte.
• La manipulation et l'entretien doivent également être évalués. Certaines cellules à point fixe nécessitent des procédures spéciales pour la génération de plateaux, telles que la congélation ou la fusion contrôlée.
• Le fournisseur doit fournir des instructions d'utilisation claires, une formation ou une assistance. La formation correcte de la zone d'équilibre glace-eau est particulièrement importante pour les cellules à trois points d'eau. Les erreurs de manipulation peuvent augmenter considérablement l'incertitude de la mesure.
• La stabilité à long terme est un critère de sélection essentiel. Les cellules à point fixe de haute qualité conservent leurs propriétés pendant de nombreuses années, à condition d'être utilisées correctement.
• Les acheteurs doivent se renseigner sur la stabilité au vieillissement, les intervalles de maintenance recommandés et les possibilités de reconditionnement. La disponibilité de services de réparation ou de nettoyage est également importante.
• La conformité aux normes et la traçabilité sont essentielles, en particulier pour les laboratoires accrédités. La cellule à point fixe doit répondre aux exigences de l'échelle internationale de température ITS-90.
• Les certificats, les certificats d'étalonnage et la documentation doivent être disponibles dans leur intégralité. Si le laboratoire travaille conformément à la norme ISO/IEC 17025, la documentation fournie doit répondre aux exigences de l'organisme d'accréditation.
• Un aspect économique est la prise en compte des coûts du cycle de vie. Les cellules à point fixe de haute précision sont chères à l'achat. Cependant, elles offrent des températures de référence stables avec une dérive minimale pendant de nombreuses années.
• Les acheteurs ne doivent pas se contenter d'évaluer le prix d'achat, mais doivent également tenir compte de la précision, de la stabilité, de l'assistance technique et de la facilité d'utilisation à long terme.
• L'expérience et la réputation du fabricant jouent un rôle important. Les cellules à point fixe sont des produits métrologiques hautement spécialisés. Un fournisseur établi ayant une expérience avérée dans le domaine de la métrologie des températures offre généralement une meilleure assurance qualité et un meilleur support technique.
• Les références de laboratoires accrédités ou d'instituts nationaux de métrologie peuvent constituer une sécurité supplémentaire.
• Enfin, il convient de tenir compte de la logistique. Les cellules à point fixe sont des appareils de précision sensibles. Un transport sûr, un emballage approprié et, si nécessaire, une livraison sous climat contrôlé sont importants pour éviter tout dommage ou toute contamination.

L'achat professionnel de cellules à point fixe en tant qu'équipement d'étalonnage pour les appareils de mesure de la température nécessite une évaluation minutieuse et structurée des critères techniques, métrologiques et économiques. Les facteurs décisifs sont la plage de points fixes appropriée, la pureté maximale du matériau, la faible incertitude de mesure, la conformité aux normes conformément à l'ITS-90 et la compatibilité avec les systèmes d'étalonnage existants. Les entreprises et les laboratoires qui prennent systématiquement en compte ces facteurs et collaborent avec des fabricants spécialisés créent la base d'étalonnages de température de haute précision, conformes aux normes et stables à long terme.

Les cellules à point fixe peuvent être achetées auprès de différents fournisseurs. Des informations complètes sur les fabricants et les fournisseurs de cellules à point fixe du monde entier peuvent être trouvées sur Exportpages.