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8 months ago

Essais & Simulations n°109

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Les essais aggravés : où en sommes-nous ?

Étalonnage Veiller à

Étalonnage Veiller à l'exactitude des résultats dans un système d'instrumentation analytique Dans beaucoup de systèmes d’instrumentation analytique, l’analyseur ne permet pas une mesure absolue. Il fournit plutôt une réponse relative d’après les paramètres définis durant l’étalonnage, constituant un processus critique sujet à des erreurs. Pour étalonner un analyseur, un fluide d’étalonnage circule dans l’analyseur et génère les mesures de concentration des composants. Si ces mesures ne sont pas cohérentes avec les quantités connues du fluide d’étalonnage, l’analyseur est ajusté en conséquence. Par la suite, lorsque les échantillons de procédé seront analysés, la précision de lecture de l’analyseur dépendra de la précision du processus d’étalonnage. Aussi est-il primordial de répondre à un certain nombre de questions : comment des erreurs peuvent-elles être introduites dans l’étalonnage ? Comment intervient une contamination ? Quand l’étalonnage peut-il ou ne peut-il pas résoudre un problème de performances de l’analyseur ? Comment les variations de pression atmosphérique ou de température influencent-elles le travail d’étalonnage ? Quand procéder ou ne pas procéder à l’étalonnage ? Conception de systèmes L’un des problèmes les plus courants en matière d’étalonnage demeure la configuration inappropriée du système. Dans la plupart des cas, le fluide d’étalonnage est introduit par erreur en aval du système de vannes de sélection d’échantillonnage, sans profiter des avantages d’une configuration DBB à double arrêt et purge (figure 1). Il est préférable d’introduire le fluide d’étalonnage via le système de sélection d’échantillonnage, comme présenté dans la figure 2. L’objectif d’un système de sélection d’échantillonnage est de permettre un remplacement rapide des lignes d’échantillonnage sans Figure 1 : Dans cette configuration, le gaz d'étalonnage est introduit à tort en aval du système de sélection d'échantillonnage, sans profiter des avantages d'un assemblage DBB à double arrêt et purge. Figure 2 : Dans cette configuration, le gaz d'étalonnage est introduit comme il se doit via le système de sélection d'échantillonnage, dans lequel un assemblage à double arrêt et purge prévient les risques de contamination. E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● JA NVI E R , F ÉVR I E R , M A R S 2 0 1 2 ● PAG E 2 0

Figures 3a et 3b L'étalonnage peut corriger des inexactitudes mais non des imprécisions. La Figure 3a montre une forte exactitude mais une faible précision. La Figure 3b montre une forte précision mais une faible exactitude. risquer une contamination croisée. Dans les figures 1 et 2, chacune des lignes du système de sélection d’échantillonnage est équipée de deux vannes de blocage et d’une vanne de purge (vers l’évacuation) pour veiller à ce qu’une seule ligne soit acheminée à la fois vers l’analyseur. Au cours des années, les systèmes de sélection d’échantillonnage ont évolué. S’ils utilisaient auparavant des configurations à double arrêt et purge avec composants conventionnels, ils emploient à présent des systèmes modulaires miniaturisés (Nouvelle initiative d’échantillonnage/capteur, NeSSI, ANSI/ISA 76.00.02). Les systèmes les plus efficaces garantissent des temps de purge rapides, de faibles pressions d’actionnement, une sécurité renforcée ainsi que des capacités d’écoulement élevées et une chute de pression uniforme d’une ligne à l’autre pour des temps de livraison prévisibles vers l’analyseur. Un système de sélection d’échantillonnage offre la meilleure garantie contre les éventuelles fuites de fluide d’étalonnage dans une ligne. Néanmoins, certains techniciens contournent cet assemblage et introduisent le fluide d’étalonnage aussi près que possible de l’analyseur afin d’éviter de gaspiller ce fluide onéreux. Si une seule vanne à boisseau sphérique est utilisée (cf. figure 1), toute tentative de préserver le gaz d’étalonnage peut alors conduire à des lectures déformées de l’analyseur. Même si l’analyseur est correctement étalonné, il existera toujours un risque de fuite d’une faible quantité de gaz d’étalonnage dans la ligne, suffisante pour fausser les mesures. Dans certaines applications, l’U.S. EPA exige que le fluide d’étalonnage soit introduit de manière anticipée dans le système d’échantillonnage, habituellement à proximité de la sonde. Parmi les raisons invoquées, citons le fait que le fluide d’étalonnage doit être soumis aux mêmes variables que la ligne d’échantillonnage. Cela est tout à fait logique et une telle configuration assure en outre une estimation juste du temps nécessaire à un échantillon pour passer de la sonde à l’analyseur. Cette durée est souvent sous-estimée ou reste inconnue. Toutefois, une quantité relativement élevée de fluide d’étalonnage est requise si la circulation doit s’effectuer dans l’intégralité du système d’échantillonnage. Il n’est ainsi pas étonnant que bon nombre de sites ne puissent se permettre de retenir cette option. Un bon compromis consiste à injecter le fluide d’étalonnage dans le système de sélection d’échantillonnage en veillant à dédier une ligne au fluide. Le fluide a ainsi toutes ses chances d’atteindre l’analyseur sans être contaminé par les lignes d’échantillonnage. En outre, lorsqu’il n’est pas utilisé, deux vannes d’arrêt empêcheront qu’il ne contamine les lignes d’échantillonnage. Avec les plateformes modulaires miniaturisées, la qualité de fluide d’étalonnage requise est très minime. Limites de l’étalonnage Pour étalonner de manière efficace un analyseur, l’opérateur, le technicien ou l’ingénieur doivent comprendre la théorie de l’étalonnage, ce qu’ils peuvent ou pas corriger. Commençons par expliquer la différence entre la précision et l’exactitude. Prenons par exemple la cible d’un tireur, qui constitue ici une bonne métaphore. Dans la figure 3, le tireur a effectué une série de tirs (en rouge) sur la cible. Du fait que les tirs sont très proches les uns des autres dans un groupe, nous pouvons dire à juste titre que le tireur est précis. Néanmoins à plusieurs reprises, il a atteint la cible en plein cœur. La précision est assortie de résultats reproductibles. Cependant, le tireur n’atteint pas le centre de la cible et il n’est ainsi pas exact. S’il procède à un ajustement et que tous ses tirs atteignent le centre de la cible, il sera alors précis et exact. Les mêmes termes s’appliquent aux analyseurs. En premier lieu, un analyseur doit être précis. Il doit générer des résultats reproductibles lorsqu’il utilise une quantité connue de fluide d’étalonnage. Si tel n’est pas le cas, l’analyseur fonctionne mal ou le système ne permet pas de conserver l’échantillon dans des conditions constantes. L’étalonnage ne pourra pas corriger cette imprécision. Si l’analyseur produit des résultats cohérents mais que ces résultats ne sont pas identiques à la composition connue du fluide d’étalonnage, alors E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● JA NVI E R , F ÉVR I E R , M A R S 2 0 1 2 ● PAG E 2 1

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