ISO 376:2011
(Main)Metallic materials — Calibration of force-proving instruments used for the verification of uniaxial testing machines
Metallic materials — Calibration of force-proving instruments used for the verification of uniaxial testing machines
ISO 376:2011 specifies a method for the calibration of force-proving instruments used for the static verification of uniaxial testing machines (e.g. tension/compression testing machines) and describes a procedure for the classification of these instruments. It is applicable to force-proving instruments in which the force is determined by measuring the elastic deformation of a loaded member or a quantity which is proportional to it.
Matériaux métalliques — Étalonnage des instruments de mesure de force utilisés pour la vérification des machines d'essais uniaxiaux
L'ISO 376:2011 spécifie une méthode d'étalonnage des instruments de mesure de force utilisés pour la vérification statique des machines d'essais uniaxiaux (par exemple machines d'essai de traction/compression) et décrit une procédure de classification de ces instruments. Elle s'applique aux instruments de mesure de force dans lesquels la force est déterminée par la mesure de la déformation élastique d'un élément chargé ou d'une grandeur proportionnelle à celle-ci.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 376
Fourth edition
2011-06-15
Metallic materials — Calibration of force-
proving instruments used for the
verification of uniaxial testing machines
Matériaux métalliques — Étalonnage des instruments de mesure de
force utilisés pour la vérification des machines d'essais uniaxiaux
Reference number
©
ISO 2011
© ISO 2011
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ii © ISO 2011 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .1
4 Symbols and their designations .1
5 Principle.2
6 Characteristics of force-proving instruments .3
7 Calibration of the force-proving instrument.3
8 Classification of the force-proving instrument .8
9 Use of calibrated force-proving instruments.10
Annex A (informative) Example of dimensions of force transducers and corresponding loading
fittings.11
Annex B (informative) Additional information .18
Annex C (informative) Measurement uncertainty of the calibration and subsequent use of the
force-proving instrument.21
Bibliography.30
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 376 was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals, Subcommittee
SC 1, Uniaxial testing.
This fourth edition cancels and replaces the third edition (ISO 376:2004), which has been technically revised
(for details, see the introduction).
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Introduction
An ISO/TC 164/SC 1 working group has developed procedures for determining the measurement uncertainty
of force-proving instruments, and these procedures have been added to this fourth edition as a new annex
(Annex C).
In addition, this fourth edition allows the calibration to be performed in two ways:
⎯ with reversible measurement for force-proving instruments which are going to be used with increasing
and decreasing forces;
⎯ without reversible measurement for force-proving instruments which are going to be used only with
increasing forces.
In the first case, i.e. when the force-proving instrument is going to be used for reversible measurements, the
calibration has to be performed with increasing and decreasing forces to determine the hysteresis of the force-
proving instrument. In this case, there is no need to perform a creep test.
In the second case, i.e. when the force-proving instrument is not going to be used for reversible
measurements, the calibration is performed with increasing forces only but, in addition, a creep test has to be
performed. In this case, there is no need to determine the hysteresis.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 376:2011(E)
Metallic materials — Calibration of force-proving instruments
used for the verification of uniaxial testing machines
1 Scope
This International Standard specifies a method for the calibration of force-proving instruments used for the
static verification of uniaxial testing machines (e.g. tension/compression testing machines) and describes a
procedure for the classification of these instruments.
This International Standard is applicable to force-proving instruments in which the force is determined by
measuring the elastic deformation of a loaded member or a quantity which is proportional to it.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
force-proving instrument
whole assembly from the force transducer through to, and including, the indicator
4 Symbols and their designations
Symbols and their designations are given in Table 1.
Table 1 — Symbols and their designations
Symbol Unit Designation
b % Relative reproducibility error with rotation
b′ % Relative repeatability error without rotation
c % Relative creep error
F N Maximum capacity of the transducer
f
F N Maximum calibration force
N
f % Relative interpolation error
c
f % Relative zero error
a
i — Reading on the indicator after removal of force
f
a
i — Reading on the indicator before application of force
o
a
i — Reading on the indicator 30 s after application or removal of the maximum calibration force
a
i — Reading on the indicator 300 s after application or removal of the maximum calibration force
r N Resolution of the indicator
v % Relative reversibility error of the force-proving instrument
X — Deflection with increasing test force
X — Computed value of deflection
a
X ′ — Deflection with decreasing test force
X — Maximum deflection from runs 1, 3 and 5
max
X — Minimum deflection from runs 1, 3 and 5
min
X — Deflection corresponding to the maximum calibration force
N
X — Average value of the deflections with rotation
r
X — Average value of the deflections without rotation
wr
a
Reading value corresponding to the deflection.
5 Principle
Calibration consists of applying precisely known forces to the force transducer and recording the data from the
indicator, which is considered an integral part of the force-proving instrument.
When an electrical measurement is made, the indicator may be replaced by another indicator and the force-
proving instrument need not be recalibrated provided the following conditions are fulfilled.
a) The original and replacement indicators have calibration certificates, traceable to national standards,
which give the results of calibration in terms of electrical base units (volt, ampere). The replacement
indicator shall be calibrated over a range equal to or greater than the range for which it is used with the
force-proving instrument, and the resolution of the replacement indicator shall be at least equal to the
resolution of the original indicator when it is used with the force-proving instrument.
b) The units and excitation source of the replacement indicator should be respectively of the same quantity
(e.g. 5 V, 10 V) and type (e.g. AC or DC carrier frequency).
c) The uncertainty of each indicator (both the original and the replacement indicators) shall not significantly
influence the uncertainty of the whole force-proving instrument assembly. It is recommended that the
uncertainty of the replacement indicator be no greater than 1/3 of the uncertainty of the entire system
(see C.2.11).
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6 Characteristics of force-proving instruments
6.1 Identification of the force-proving instrument
All the elements of the force-proving instrument (including the cables for electrical connection) shall be
individually and uniquely identified, e.g. by the name of the manufacturer, the model and the serial number.
For the force transducer, the maximum working force shall be indicated.
6.2 Application of force
The force transducer and its loading fittings shall be designed so as to ensure axial application of force,
whether in tension or compression.
Examples of loading fittings are given in Annex A.
6.3 Measurement of deflection
Measurement of the deflection of the loaded member of the force transducer may be carried out by
mechanical, electrical, optical or other means with adequate accuracy and stability.
The type and the quality of the deflection measuring system determine whether the force-proving instrument is
classified only for specific calibration forces or for interpolation (see Clause 7).
Generally, the use of force-proving instruments with dial gauges as a means of measuring the deflection is
limited to the forces for which the instruments have been calibrated. The dial gauge, if used over a long travel,
may contain large localized periodic errors which produce an uncertainty too great to permit interpolation
between calibration forces. The dial gauge may be used for interpolation if its periodic error has a negligible
influence on the interpolation error of the force-proving instrument.
7 Calibration of the force-proving instrument
7.1 General
7.1.1 Preliminary measures
Before undertaking the calibration of the force-proving instrument, ensure that this instrument is able to be
calibrated. This can be done by means of preliminary tests such as those defined below and given as
examples.
7.1.2 Overloading test
This optional test is described in Clause B.1.
7.1.3 Verification relating to application of forces
Ensure
⎯ that the attachment system of the force-proving instrument allows axial application of the force when the
instrument is used for tensile testing;
⎯ that there is no interaction between the force transducer and its support on the calibration machine when
the instrument is used for compression testing.
Clause B.2 gives an example of a method that can be used.
NOTE Other tests can be used, e.g. a test using a flat-based transducer with a spherical button or upper bearing
surface.
7.1.4 Variable voltage test
This test is left to the discretion of the calibration service. For force-proving instruments requiring an electrical
supply, verify that a variation of ±10 % of the line voltage has no significant effect. This verification can be
carried out by means of a force transducer simulator or by another appropriate method.
7.2 Resolution of the indicator
7.2.1 Analogue scale
The thickness of the graduation marks on the scale shall be uniform and the width of the pointer shall be
approximately equal to the width of a graduation mark.
The resolution, r, of the indicator shall be obtained from the ratio between the width of the pointer and the
centre-to-centre distance between two adjacent scale graduation marks (scale interval), the recommended
ratios being 1:2, 1:5 or 1:10, a spacing of 1,25 mm or greater being required for the estimation of a tenth of the
division on the scale.
A vernier scale of dimensions appropriate to the analogue scale may be used to allow direct fractional reading
of the instrument scale division.
7.2.2 Digital scale
The resolution is considered to be one increment of the last active number on the numerical indicator.
7.2.3 Variation of readings
If the readings fluctuate by more than the value previously calculated for the resolution (with no force applied
to the instrument), the resolution shall be deemed to be equal to half the range of fluctuation.
7.2.4 Units
The resolution, r, shall be converted to units of force.
7.3 Minimum force
Taking into consideration the accuracy with which the deflection of the instrument can be read during
calibration or during its subsequent use for verifying machines, the minimum force applied to a force-proving
instrument shall comply with the two following conditions:
a) the minimum force shall be greater than or equal to:
⎯ 4 000 × r for class 00;
⎯ 2 000 × r for class 0,5;
⎯ 1 000 × r for class 1;
⎯ 500 × r for class 2.
b) the minimum force shall be greater than or equal to 0,02 F .
f
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7.4 Calibration procedure
7.4.1 Preloading
Before the calibration forces are applied, in a given mode (tension or compression), the maximum force shall
be applied to the instrument three times. The duration of the application of each preload shall be between 60 s
and 90 s.
7.4.2 Procedure
Carry out the calibration by applying two series of calibration forces to the force-proving instrument with
increasing values only, without disturbing the device.
Then apply at least two further series of increasing and, if the force-proving instrument is to be calibrated in an
incremental/decremental loading direction, decreasing values. Between each of the further series of forces,
rotate the force-proving instrument symmetrically on its axis to positions uniformly distributed over 360° (i.e. 0°,
120°, 240°). If this is not possible, it is permissible to adopt the following positions: 0°, 180° and 360° (see
Figure 1).
Figure 1 — Positions of the force-proving instrument
For the determination of the interpolation curve, the number of forces shall be not less than eight, and these
forces shall be distributed as uniformly as possible over the calibration range. The interpolation curve shall be
determined from the average values of the deflections with rotation, X , as defined in 7.5.1.
r
If a periodic error is suspected, it is recommended that intervals between the forces which correspond to the
periodicity of this error be avoided.
This procedure determines only a combined value of hysteresis of the device and of the calibration machine.
Accurate determination of the hysteresis of the device may be performed on dead-weight machines. For other
types of calibration machine, their hysteresis should be considered.
The force-proving instrument shall be preloaded three times to the maximum force in the direction in which the
subsequent forces are to be applied. When the direction of loading is changed, the maximum force shall be
applied three times in the new direction.
The readings corresponding to no force shall be noted after waiting at least 30 s after the force has been
totally removed.
There should be a wait of at least 3 min between subsequent measurement series.
Instruments with detachable parts shall be dismantled, as for packaging and transport, at least once during
calibration. In general, this dismantling shall be carried out between the second and third series of calibration
forces. The maximum force shall be applied to the force-proving instrument at least three times before the
next series of forces is applied.
Before starting the calibration of an electrical force-proving instrument, the zero signal may be noted (see
Clause B.3).
7.4.3 Loading conditions
The time interval between two successive loadings shall be as uniform as possible, and no reading shall be
taken within 30 s of the start of the force change. The calibration shall be performed at a temperature stable to
within ±1 °C. This temperature shall be within the range 18 °C to 28 °C and shall be recorded. Sufficient time
shall be allowed for the force-proving instrument to attain a stable temperature.
When it is known that the force-proving instrument is not temperature-compensated, care should be taken to
ensure that temperature variations do not affect the calibration.
Strain gauge transducers shall be energized for at least 30 min before calibration.
7.4.4 Creep test
If the force-proving instrument is to be calibrated in an incremental-only loading direction, record its output at
30 s and 300 s after application or removal of the maximum calibration force, in each mode of force
application, to enable its creep characteristics to be determined. If creep is measured at zero force, the
maximum calibration force shall be maintained for at least 60 s prior to its removal. The creep test may be
performed at any time after preloading during the calibration procedure.
The calibration certificate shall include the following information:
⎯ the method of creep measurement (creep at maximum force or after force removal);
⎯ when the creep measurement was performed (after preloading, after the last measurement series, etc.);
⎯ the length of time for which the force was applied prior to removal (for creep determined at zero force).
7.4.5 Determination of deflection
A deflection is defined as the difference between a reading under force and a reading without force. This
definition of deflection applies to output readings in electrical units as well as to output readings in length units.
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7.5 Assessment of the force-proving instrument
7.5.1 Relative reproducibility and repeatability errors, b and b′
These errors are calculated for each calibration force and in both cases, i.e. with rotation of the force-proving
instrument (b) and without rotation (b′), using the following equations:
XX−
max min
b=×100 (1)
X
r
XX++X
13 5
where X = (2)
r
and
XX−
′
b=×100 (3)
X
wr
XX+
where X = (4)
wr
7.5.2 Relative interpolation error, f
c
This error is determined using a first-, second- or third-degree equation giving the deflection X as a function
r
of the calibration force.
The equation used shall be indicated in the calibration report. The relative interpolation error shall be
calculated from the equation:
XX−
r
a
f=×100 (5)
c
X
a
7.5.3 Relative zero error, f
The zero reading shall be recorded before and after each series of tests. The zero reading shall be taken
approximately 30 s after the force has been completely removed.
The relative zero error is calculated from the equation:
ii−
fo
f=×100 (6)
X
N
The maximum relative zero error evaluated should be considered.
7.5.4 Relative reversibility error, v
The relative reversibility error is determined at each calibration, by carrying out a verification with increasing
forces and then with decreasing forces.
The difference between the values obtained for both series with increasing forces and with decreasing forces
enables the relative reversibility error to be calculated using the following equations:
XX′ −
v=×100 (7)
X
′
XX−
v=×100 (8)
X
v is calculated as the mean value of v and v :
1 2
vv+
v = (9)
7.5.5 Relative creep error, c
Calculate the difference in outputs i obtained at 30 s and i obtained 300 s after the application or removal
30 300
of the maximum calibration force and express this difference as a percentage of maximum deflection:
ii−
300 30
c=×100 (10)
X
N
8 Classification of the force-proving instrument
8.1 Principle of classification
The range for which the force-proving instrument is classified is determined by considering each calibration
force, one after the other, starting with the maximum force and decreasing to the lowest calibration force. The
classification range ceases at the last force for which the classification requirements are satisfied.
The force-proving instrument can be classified either for specific forces or for interpolation, and for either
incremental-only or incremental/decremental loading directions.
8.2 Classification criteria
8.2.1 The range of classification of a force-proving instrument shall at least cover the range 50 % to 100 %
of F .
N
8.2.2 Case A: For instruments classified only for specific forces and incremental-only loading, the criteria
which shall be considered are:
⎯ the relative reproducibility, repeatability and zero errors;
⎯ the relative creep error.
8.2.3 Case B: For instruments classified only for specific forces and incremental/decremental loading, the
criteria which shall be considered are:
⎯ the relative reproducibility, repeatability and zero errors;
⎯ the relative reversibility error.
8.2.4 Case C: For instruments classified for interpolation and incremental-only loading, the criteria which
shall be considered are:
⎯ the relative reproducibility, repeatability and zero errors;
⎯ the relative interpolation error;
⎯ the relative creep error.
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8.2.5 Case D: For instruments classified for interpolation and incremental/decremental loading, the criteria
which shall be considered are:
⎯ the relative reproducibility, repeatability and zero errors;
⎯ the relative interpolation error;
⎯ the relative reversibility error.
Table 2 gives the maximum allowable values of these parameters for each class of force-proving instrument
and the uncertainty of the calibration forces.
Table 2 — Characteristics of force-proving instruments
Expanded
uncertainty of
Relative error of the force-proving instrument applied
calibration force
Class (95 % level of
% confidence)
of reproducibility of repeatability of interpolation of zero of reversibility of creep %
b b′ f f v c
c 0
00 0,05 0,025 ±0,025 ±0,012 0,07 0,025 ±0,01
0,5 0,10 0,05 ±0,05 ±0,025 0,15 0,05 ±0,02
1 0,20 0,10 ±0,10 ±0,050 0,30 0,10 ±0,05
2 0,40 0,20 ±0,20 ±0,10 0,50 0,20 ±0,10
8.3 Calibration certificate and duration of validity
8.3.1 If a force-proving instrument has satisfied the requirements of this International Standard at the time
of calibration, the calibration authority shall draw up a certificate, in accordance with ISO/IEC 17025, stating at
least the following information:
a) the identity of all elements of the force-proving instrument and loading fittings and of the calibration
machine;
b) the mode of force application (tension/compression);
c) that the instrument is in accordance with the requirements of preliminary tests;
d) the class and the range (or forces) of validity and the loading direction (incremental-only or
incremental/decremental);
e) the date and results of the calibration and, when required, the interpolation equation;
f) the temperature at which the calibration was performed;
g) the uncertainty of the calibration results (one method of determining the uncertainty is given in Annex C);
h) details of the creep measurement, if performed (see 7.4.4).
8.3.2 For the purposes of this International Standard, the maximum period of validity of the certificate shall
not exceed 26 months.
A force-proving instrument shall be recalibrated when it sustains an overload higher than the test overload
(see Clause B.1) or after repair.
9 Use of calibrated force-proving instruments
Force-proving instruments shall be loaded in accordance with the conditions under which they were calibrated.
Precautions shall be taken to prevent the instrument from being subjected to forces greater than the maximum
calibration force.
Instruments classified only for specific forces shall be used only for these forces.
Instruments classified for incremental-only loading shall be used only for increasing forces. Instruments
classified for incremental/decremental loading may also be used to measure decreasing forces.
Instruments classified for interpolation may be used for any force in the interpolation range.
If a force-proving instrument is used at a temperature other than the calibration temperature, the deflection of
the instrument shall, if necessary, be corrected for any temperature variation (see Clause B.4).
NOTE A change of zero of the unloaded force transducer indicates plastic deformation due to overloading of the
force transducer. Permanent long-term drift indicates an influence of moisture on the strain gauge base or a bonding
defect of the strain gauges.
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Annex A
(informative)
Example of dimensions of force transducers and corresponding
loading fittings
A.1 General
In order to calibrate force transducers in force standard machines and to enable easy axial installation in the
materials testing machines to be verified, the following design specifications and dimensions may be
considered.
A.2 Tensile force transducers
To aid assembly, it is recommended that the clamping heads on the face be machined down to the core
diameter over a length of about two threads. See Table A.1.
The centring bores used in the manufacture of the force transducer should be retained.
Table A.1 — Dimensions of tensile force transducers for nominal forces of not less than 10 kN
Maximum overall Size of external Minimum length Maximum width
Maximum (nominal)
b c
length thread of heads of thread or diameter
force of force-proving
a
instrument
mm mm mm
d
10 kN to 20 kN 500 M20 × 1,5 16 110
d
40 kN and 60 kN 500 M20 × 1,5 16 125
100 kN 500 M24 × 2 20 150
200 kN 500 M30 × 2 25 —
400 kN 600 M42 × 3 40 —
600 kN 650 M56 × 4 40 —
1 MN 750 M64 × 4 60 —
2 MN 950 M90 × 4 80 —
4 MN 1 300 M125 × 4 120 —
6 MN 1 500 M160 × 6 150 —
10 MN 1 700 M200 × 6 180 —
15 MN 2 000 M250 × 6 225 —
25 MN 2 500 M330 × 6 320 —
a
Dimensions of tensile force transducers for nominal forces of less than 10 kN are not standardized.
b
Length of tensile force transducer including any necessary thread adapters.
c
Of the tensile force transducer or of the thread adapters.
d
Pitch of 2 mm also permissible.
A.3 Compressive force transducers
To allow for the restricted mounting height in materials testing machines, compressive force transducers
should not exceed the overall heights given in Table A.2.
The overall height includes the height of the associated loading fittings.
Table A.2 — Overall height of compressive force transducers
a
Maximum overall height of devices for the verification of
Maximum (nominal)
materials testing machines
force of force-proving
mm
instrument
b b
class 1 class 2
≤40 kN 145 115
60 kN 170 145
100 kN 220 145
200 kN 220 190
400 kN 290 205
600 kN 310 205
1 MN 310 205
2 MN 310 205
3 MN 330 205
4 MN 410 205
5 MN 450 350
6 MN 450 400
10 MN 550 400
15 MN 670 —
a
The use of transducers having a greater overall height is permissible if the actual mounting
clearances of the materials testing machine make this possible.
b
In accordance with ISO 7500-1.
A.4 Loading fittings
A.4.1 General
Loading fittings should be designed in such a way that the line of force application is not distorted. As a rule,
tensile force transducers should be fitted with two ball nuts, two ball cups and, if necessary, with two
intermediate rings, while compressive force transducers should be fitted with one or two compression pads.
The dimensions recommended in A.4.2 to A.4.5 require the use of material with a yield strength of at least
350 N/mm .
A.4.2 Ball nuts and ball cups
Figure A.1 shows the shape of ball nuts and ball cups required for tensile force transducers. Their dimensions
should be in accordance with Table A.3.
Large ball cups and ball nuts for maximum (nominal) forces of 4 MN and greater should be provided with blind
holes distributed around the periphery as an aid to transportation and assembly. In the case of ball cups, two
pairs of opposite bores are sufficient, one of which should be made in the centre plane and the other in the
upper third of the top ball cup and in the lower third of the bottom ball cup (see Figure A.1).
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In ball nuts, two opposite blind holes offset by 60° should be made in an upper plane, a mid plane and a lower
plane.
Key
1 ball nut
2 ball cup
3 tensile force measuring rod
a
Six bores.
b
Four bores.
Figure A.1 — Ball nut, ball cup and tensile force measuring rod
Table A.3 — Dimensions of ball nuts and ball cups for tensile force transducers
with a maximum force of not less than 10 kN
d d (c11) d h h r
Maximum (nominal) force 1 2 3 1 2
of force-proving instrument
mm mm mm mm mm mm
−0,120
From 10 kN to 40 kN 32 22 16 12 30
−0,280
−0,130
60 kN 43 45 27 18 15 30
−0,290
−0,130
100 kN 47 50 32 20 15 50
−0,290
−0,140
200 kN 60 64 44 25 15 50
−0,330
−0,170
400 kN and 600 kN 86 60 40 18 80
−0,390
−0,180
1 MN 115 120 74 60 25 100
−0,400
−0,230
2 MN 160 165 100 90 30 150
−0,480
−0,280
4 MN 225 150 120 40 250
−0,570
−0,300
6 MN 260 270 170 150 45 250
−0,620
−0,360
10 MN 335 220 180 55 300
−0,720
−0,440
15 MN 410 265 225 65 350
−0,840
−0,5
25 MN 550 345 310 85 500
−1,5
A.4.3 Intermediate rings
Wherever necessary, type A or type B intermediate rings as shown in Figure A.2 or A.3, respectively, and
specified in Table A.4 should be used for the verification of multi-
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 376
Quatrième édition
2011-06-15
Matériaux métalliques — Étalonnage des
instruments de mesure de force utilisés
pour la vérification des machines
d'essais uniaxiaux
Metallic materials — Calibration of force-proving instruments used for
the verification of uniaxial testing machines
Numéro de référence
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ISO 2011
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .1
4 Symboles et leur désignation .1
5 Principe.2
6 Caractéristiques des instruments de mesure de force .3
7 Étalonnage de l'instrument de mesure de force .3
8 Classification de l'instrument de mesure de force .8
9 Utilisation des instruments de mesure de force étalonnés .10
Annexe A (informative) Exemple de dimensions de capteurs de force et de dispositifs de
chargement correspondants.11
Annexe B (informative) Informations complémentaires .18
Annexe C (informative) Incertitude de mesure de l'étalonnage et utilisation ultérieure
de l'instrument de mesure de force.21
Bibliographie.30
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 376 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux, sous-comité
SC 1, Essais uniaxiaux.
Cette quatrième édition annule et remplace la troisième édition (ISO 376:2004), qui a fait l'objet d'une révision
technique (pour plus de détails, voir l'Introduction).
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Introduction
Un groupe de travail ISO/TC 164/SC 1 a développé des modes opératoires pour la détermination de
l'incertitude de mesure des instruments de mesure de force; ces modes opératoires ont été ajoutés à cette
quatrième édition, en tant que nouvelle annexe (Annexe C).
En outre, cette quatrième édition permet la réalisation de l'étalonnage de deux manières:
⎯ avec un mesurage réversible pour les instruments de mesure de force destinés à être utilisés avec des
forces croissantes et décroissantes;
⎯ sans mesurage réversible pour les instruments de mesure de force destinés à être utilisés uniquement
pour des forces croissantes.
Dans le premier cas, c'est-à-dire lorsque les instruments de mesure de force sont destinés à être utilisés pour
des mesurages réversibles, l'étalonnage doit être réalisé avec des forces croissantes et des forces
décroissantes, pour déterminer l'hystérésis de l'instrument de mesure de force. Dans ce cas, il n'est pas
nécessaire de réaliser un essai de fluage.
Dans le second cas, c'est-à-dire lorsque les instruments de mesure de force ne sont pas destinés à être
utilisés pour des mesures réversibles, l'étalonnage est effectué uniquement avec des forces croissantes, mais,
en complément, un essai de fluage doit être réalisé. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de déterminer
l'hystérésis.
NORME INTERNATIONALE ISO 376:2011(F)
Matériaux métalliques — Étalonnage des instruments de
mesure de force utilisés pour la vérification des machines
d'essais uniaxiaux
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie une méthode d'étalonnage des instruments de mesure de force
utilisés pour la vérification statique des machines d'essais uniaxiaux (par exemple machines d'essai de
traction/compression) et décrit une procédure de classification de ces instruments.
La présente Norme internationale s'applique aux instruments de mesure de force dans lesquels la force est
déterminée par la mesure de la déformation élastique d'un élément chargé ou d'une grandeur proportionnelle
à celle-ci.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO/CEI 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d'étalonnages et d'essais
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
instrument de mesure de force
ensemble complet allant du capteur de force jusqu'à, et y compris, l'appareil indicateur
4 Symboles et leur désignation
Les symboles et leur désignation sont donnés dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Symboles et leur désignation
Symbole Unité Désignation
b % Erreur relative de reproductibilité avec rotation
b′ % Erreur relative de répétabilité sans rotation
c % Erreur relative de fluage
F N Capacité maximale du capteur
f
F N Force maximale d'étalonnage
N
f % Erreur relative d'interpolation
c
f % Erreur relative du zéro
a
i — Indication lue sur l'appareil indicateur après suppression de la force
f
a
i — Indication lue sur l'appareil indicateur avant application de la force
o
a
Indication lue sur l'appareil indicateur 30 s après application ou retrait de la force maximale
i —
d'étalonnage
a
Indication lue sur l'appareil indicateur 300 s après application ou retrait de la force
i —
maximale d'étalonnage
r N Résolution de l'appareil indicateur
v % Erreur relative de réversibilité de l'instrument de mesure de force
X — Déformation sous force d'essai croissante
X — Valeur calculée de la déformation
a
X ′ — Déformation sous force d'essai décroissante
X — Déformation maximale pour les séries de mesures 1, 3 et 5
max
X — Déformation minimale pour les séries de mesures 1, 3 et 5
min
X — Déformation correspondant à la force maximale d'étalonnage
N
X — Valeur moyenne des déformations avec rotation
r
X — Valeur moyenne des déformations sans rotation
wr
a
Valeur de l'indication correspondant à la déformation.
5 Principe
L'étalonnage consiste à appliquer des forces connues avec précision au capteur de force et à enregistrer les
indications de l'appareil indicateur, qui est considéré comme une partie intégrante de l'instrument de mesure
de force.
Dans le cas d'une mesure électrique, l'appareil indicateur peut être remplacé par un autre indicateur, et il n'est
pas nécessaire de réétalonner l'instrument de mesure de force si les conditions suivantes sont remplies.
a) L'appareil indicateur initial et l'appareil indicateur de remplacement possèdent des certificats d'étalonnage,
raccordables aux étalons nationaux, et qui donnent les résultats de l'étalonnage en termes d'unités
électriques de base (volt, ampère). L'appareil indicateur de remplacement doit être étalonné pour un
intervalle identique à, ou plus grand que, l'intervalle pour lequel il est utilisé avec l'instrument de mesure
de force et la résolution de l'appareil indicateur de remplacement doit être au moins égale à la résolution
de l'appareil indicateur initial lorsqu'il est utilisé avec l'instrument de mesure de force.
b) Il convient que les unités et la source d'alimentation de l'appareil indicateur de remplacement soient
respectivement de la même quantité (par exemple 5 V, 10 V) et du même type (par exemple fréquence
porteuse en courant alternatif ou en courant continu).
c) L'incertitude de chaque appareil indicateur (appareils indicateurs initial et de remplacement) ne doit pas
influencer significativement l'incertitude de l'ensemble complet de l'instrument de mesure de force. Il est
recommandé que l'incertitude de l'appareil indicateur de remplacement ne soit pas supérieure au 1/3 de
l'incertitude du système complet (voir C.2.11).
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6 Caractéristiques des instruments de mesure de force
6.1 Identification de l'instrument de mesure de force
Tous les éléments de l'instrument de mesure de force (y compris les câbles de liaison électrique) doivent être
identifiés de façon individuelle et unique, par exemple par le nom du constructeur, le type et le numéro de
série. Pour le capteur de force, la force maximale d'utilisation doit être mentionnée.
6.2 Application de la force
Le capteur de force et ses dispositifs de chargement doivent être conçus de façon à permettre une application
axiale de la force, que ce soit en traction ou en compression.
Des exemples de dispositifs de chargement sont donnés dans l'Annexe A.
6.3 Mesurage de la déformation
Le mesurage de la déformation de l'élément chargé du capteur de force peut être fait par des moyens
mécaniques, électriques, optiques ou autres, d'une exactitude et d'une stabilité appropriées.
Le type et la qualité du système de mesure de la déformation déterminent si l'instrument de mesure de force
est classé uniquement pour des forces d'étalonnage spécifiques ou pour l'interpolation (voir Article 7).
En général, l'utilisation des instruments de mesure de force à comparateurs pour la mesure de la déformation
est limitée aux forces pour lesquelles les instruments ont été étalonnés. Le comparateur, s'il est utilisé sur une
grande course, peut comporter de grandes erreurs périodiques localisées qui engendrent une incertitude trop
grande pour permettre une interpolation entre les forces d'étalonnage. Le comparateur peut être utilisé pour
l'interpolation à condition que son erreur périodique ait une influence négligeable sur l'erreur d'interpolation de
l'instrument de mesure de force.
7 Étalonnage de l'instrument de mesure de force
7.1 Généralités
7.1.1 Mesures préliminaires
Avant d'entreprendre l'étalonnage de l'instrument de mesure de force, s'assurer que cet instrument est apte à
être étalonné. Cela peut être fait à l'aide d'essais préliminaires tels que ceux définis ci-après et donnés à titre
d'exemples.
7.1.2 Essai de surcharge
Cet essai facultatif est décrit en B.1.
7.1.3 Vérification relative à l'application des forces
S'assurer
⎯ que le système de couplage de l'instrument de mesure de force permet une application axiale de la force
dans le cas où l'instrument est utilisé pour des essais de traction;
⎯ qu'il n'y a pas d'interaction entre le capteur de force et son appui sur le banc d'étalonnage dans le cas où
l'instrument est utilisé pour des essais de compression.
Un exemple de méthode pouvant être utilisée est donné en B.2.
NOTE D'autres essais peuvent être utilisés, par exemple un essai utilisant un capteur à embase plane avec une
rotule ou une surface supérieure d'appui sphérique.
7.1.4 Essai sous tension variable
Cet essai est laissé au choix du service d'étalonnage. Pour les instruments de mesure de force nécessitant
une source d'alimentation électrique, vérifier qu'une variation de ±10 % de la tension nominale du secteur n'a
pas d'effet significatif. Cette vérification peut être faite au moyen d'un simulateur du capteur de force ou par
une autre méthode appropriée.
7.2 Résolution de l'appareil indicateur
7.2.1 Échelle analogique
L'épaisseur des traits de graduation de l'échelle doit être uniforme et la largeur de l'aiguille doit être
approximativement égale à la largeur d'un trait de graduation.
La résolution, r, de l'appareil indicateur doit être obtenue à partir du rapport entre la largeur de l'aiguille et la
distance entre les centres de deux graduations adjacentes de l'échelle (intervalle de l'échelle), les rapports
recommandés étant 1:2, 1:5 ou 1:10, un espacement supérieur ou égal à 1,25 mm étant nécessaire pour
l'estimation d'un dixième de division de l'échelle.
Un vernier de dimensions appropriées à l'échelle analogique peut être utilisé pour permettre une lecture
directe d'une fraction de division de l'échelle de l'instrument.
7.2.2 Échelle numérique
La résolution est considérée être un incrément du dernier chiffre qui varie sur l'indicateur numérique.
7.2.3 Fluctuation des indications
Lorsque les indications fluctuent de plus de la valeur de la résolution précédemment calculée (avec aucune
force appliquée à l'instrument), la résolution doit être jugée égale à la moitié de l'étendue de la fluctuation.
7.2.4 Unités
La résolution, r, doit être convertie en unités de force.
7.3 Force minimale
En tenant compte de l'exactitude avec laquelle la déformation de l'instrument peut être lue pendant
l'étalonnage ou pendant son utilisation ultérieure lors de la vérification des machines, la force minimale
appliquée à un instrument de mesure de force doit satisfaire les deux conditions suivantes:
a) la force minimale doit être supérieure ou égale à
⎯ 4 000 × r pour la classe 00;
⎯ 2 000 × r pour la classe 0,5;
⎯ 1 000 × r pour la classe 1;
⎯ 500 × r pour la classe 2;
b) la force minimale doit être supérieure ou égale à 0,02 F .
f
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7.4 Mode opératoire d'étalonnage
7.4.1 Chargement préalable
Avant l'application des forces d'étalonnage, dans un mode donné (traction ou compression), la force
maximale doit être appliquée trois fois à l'instrument. La durée d'application de chaque chargement préalable
doit être comprise entre 60 s et 90 s.
7.4.2 Mode opératoire
Effectuer l'étalonnage en appliquant à l'instrument de mesure de force deux séries de forces d'étalonnage par
valeurs croissantes uniquement, sans perturbation du dispositif.
Ensuite, appliquer au moins deux autres séries avec des valeurs croissantes et, si l'instrument de mesure de
force doit être étalonné pour un chargement croissant/décroissant, avec des valeurs décroissantes. Entre
chacune des séries complémentaires de forces, l'instrument de mesure de force doit être tourné
symétriquement autour de son axe en des positions réparties d'une manière uniforme sur 360° (c'est-à-dire 0°,
120°, 240°). Dans le cas où cela n'est pas possible, il est permis d'adopter les positions suivantes: 0°, 180° et
360° (voir Figure 1).
Figure 1 — Positions de l'instrument de mesure de force
Pour la détermination de la courbe d'interpolation, le nombre de forces ne doit pas être inférieur à huit, et ces
forces doivent être réparties aussi uniformément que possible sur le domaine d'étalonnage. La courbe
d'interpolation doit être déterminée à partir des valeurs moyennes des déformations avec rotation, X ,
r
comme défini en 7.5.1.
Si l'on soupçonne une erreur périodique, il est recommandé d'éviter que les intervalles entre les forces
correspondent à la périodicité de cette erreur.
Ce mode opératoire détermine seulement une valeur combinée de l'hystérésis du dispositif et du banc
d'étalonnage. Une détermination précise de l'hystérésis du dispositif peut être réalisée sur des machines à
poids morts. Pour les autres types de banc d'étalonnage, il convient de considérer leur hystérésis.
L'instrument de mesure de force doit être soumis à un chargement préalable, trois fois à la force maximale
dans la direction selon laquelle les forces ultérieures doivent être appliquées. Lorsque la direction
d'application des forces est modifiée, la force maximale doit être appliquée trois fois dans la nouvelle direction.
Les indications correspondant à une force nulle doivent être notées après un temps d'attente d'au moins 30 s
après suppression totale de la force.
Entre deux séries successives de mesures, il convient d'attendre au moins 3 min.
Les instruments avec des parties amovibles doivent être démontés, comme cela est fait pour l'emballage et le
transport, une fois au moins au cours de l'étalonnage. En général, ce démontage doit être effectué entre la
deuxième série et la troisième série de forces d'étalonnage. La force maximale doit être appliquée à
l'instrument de mesure de force au moins trois fois avant d'appliquer la série suivante de forces.
Avant de commencer l'étalonnage d'un instrument électrique de mesure de force, le signal du zéro peut être
noté (voir B.3).
7.4.3 Conditions de chargement
L'intervalle de temps entre deux chargements successifs doit être aussi uniforme que possible, et aucune
lecture ne doit être faite moins de 30 s après le début de la modification de force. L'étalonnage doit être
réalisé à une température stable à ±1 °C. Cette température doit être comprise entre 18 °C et 28 °C et doit
être enregistrée. Il faut laisser un temps suffisant pour permettre à l'instrument de mesure de force d'atteindre
une température stable.
Lorsqu'on sait que l'instrument de mesure de force n'est pas compensé thermiquement, il convient de prendre
soin de s'assurer que les variations de température n'affectent pas l'étalonnage.
La mise sous tension des capteurs à jauges de déformation doit être effectuée au moins 30 min avant
l'étalonnage.
7.4.4 Essai de fluage
Si l'instrument de mesure de force doit être étalonné uniquement pour un chargement croissant, enregistrer
sa sortie 30 s et 300 s après l'application ou la suppression de la force maximale d'étalonnage, dans chaque
mode d'application de force, pour permettre la détermination de ses caractéristiques de fluage. Si un fluage
est mesuré pour une force nulle, la force maximale d'étalonnage doit être maintenue pendant au moins 60 s
avant sa suppression. L'essai de fluage peut être réalisé à tout moment après le chargement préalable
pendant la procédure d'étalonnage.
Le certificat d'étalonnage doit comporter les informations suivantes:
⎯ la méthode de mesure du fluage (fluage à la force maximale ou après suppression de la force);
⎯ à quel moment a été effectuée la mesure du fluage (après chargement préalable, après la dernière série
de mesurages, etc.);
⎯ le temps pendant lequel la force a été appliquée avant suppression (pour le fluage déterminé à force
nulle).
7.4.5 Détermination de la déformation
Une déformation est définie comme la différence entre la lecture sous force et la lecture sans force. Cette
définition de la déformation s'applique aux lectures de sorties exprimées aussi bien en unités électriques
qu'en unités de longueur.
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7.5 Caractérisation de l'instrument de mesure de force
7.5.1 Erreurs relatives de reproductibilité, b, et de répétabilité, b′
Ces erreurs sont calculées pour chaque force d'étalonnage et dans les deux cas, c'est-à-dire avec rotation de
l'instrument de mesure de force (b) et sans rotation (b′), en utilisant les équations suivantes:
XX−
max min
b=×100 (1)
X
r
XX++X
13 5
où X = (2)
r
et
XX−
b′=×100 (3)
X
wr
XX+
où X = (4)
wr
7.5.2 Erreur relative d'interpolation, f
c
Cette erreur est déterminée à partir d'une équation du premier, second ou troisième degré donnant la
déformation X en fonction de la force d'étalonnage.
r
L'équation utilisée doit être indiquée dans le rapport d'étalonnage. L'erreur relative d'interpolation doit être
calculée à partir de l'équation:
XX−
ra
f=×100 (5)
c
X
a
7.5.3 Erreur relative du zéro, f
La lecture du zéro doit être enregistrée avant et après chaque série d'essais. La lecture du zéro doit être
effectuée environ 30 s après déchargement total.
L'erreur relative du zéro est calculée à partir de l'équation:
ii−
fo
f=×100 (6)
X
N
Il convient de considérer l'erreur relative du zéro maximale évaluée.
7.5.4 Erreur relative de réversibilité, v
L'erreur relative de réversibilité est déterminée à chaque étalonnage, en faisant une vérification avec des
forces croissantes, puis avec des forces décroissantes.
La différence entre les valeurs obtenues pour les deux séries avec forces croissantes et avec forces
décroissantes permet de calculer l'erreur relative de réversibilité au moyen des équations suivantes:
′
XX−
v=×100 (7)
X
′
XX−
v=×100 (8)
X
v est calculé comme la valeur moyenne de v et v :
1 2
vv+
v = (9)
7.5.5 Erreur relative de fluage, c
Calculer la différence entre les sorties i , obtenue à 30 s, et i , obtenue 300 s, après l'application ou la
30 300
suppression de la force d'étalonnage maximale et exprimer la différence sous forme d'un pourcentage de la
déformation maximale.
ii−
300 30
c=×100 (10)
X
N
8 Classification de l'instrument de mesure de force
8.1 Principe de classification
L'intervalle pour lequel l'instrument de mesure de force est classé est déterminé en considérant chaque force
d'étalonnage, l'une après l'autre, en commençant par la force maximale et en descendant jusqu'à la plus
faible force d'étalonnage. Le domaine de classification cesse à la dernière force pour laquelle les exigences
de classification sont satisfaites.
L'instrument de mesure de force peut être classé pour des forces spécifiques ou pour l'interpolation, et pour
un chargement uniquement croissant ou croissant/décroissant.
8.2 Critères de classification
8.2.1 Le domaine de classification d'un instrument de mesure de force doit au moins couvrir l'intervalle de
50 % à 100 % de F .
N
8.2.2 Cas A: pour les instruments classés uniquement pour des forces spécifiques et un chargement
uniquement croissant, les critères qui doivent être pris en considération sont:
⎯ les erreurs relatives de reproductibilité, de répétabilité et du zéro;
⎯ l'erreur relative de fluage.
8.2.3 Cas B: pour les instruments classés uniquement pour des forces spécifiques et un chargement
croissant/décroissant, les critères qui doivent être pris en considération sont:
⎯ les erreurs relatives de reproductibilité, de répétabilité et du zéro;
⎯ l'erreur relative de réversibilité.
8.2.4 Cas C: pour les instruments classés pour l'interpolation et un chargement uniquement croissant, les
critères qui doivent être pris en considération sont:
⎯ les erreurs relatives de reproductibilité, de répétabilité et du zéro;
⎯ l'erreur relative d'interpolation;
⎯ l'erreur relative de fluage.
8 © ISO 2011 – Tous droits réservés
8.2.5 Cas D: pour les instruments classés pour l'interpolation et un chargement croissant/décroissant, les
critères qui doivent être pris en considération sont:
⎯ les erreurs relatives de reproductibilité, de répétabilité et du zéro;
⎯ l'erreur relative d'interpolation;
⎯ l'erreur relative de réversibilité.
Le Tableau 2 donne les valeurs maximales admissibles de ces paramètres pour chaque classe d'instrument
de mesure de force et l'incertitude des forces d'étalonnage.
Tableau 2 — Caractéristiques des instruments de mesure de force
Incertitude étendue de
la force d'étalonnage
Erreur relative de l'instrument de mesure de force appliquée
(niveau de confiance
Classe
% de 95 %)
de reproductibilité de répétabilité d'interpolation du zéro de réversibilité de fluage %
b b′ f f v c
c 0
00 0,05 0,025 ±0,025 ±0,012 0,07 0,025 ±0,01
0,5 0,10 0,05 ±0,05 ±0,025 0,15 0,05 ±0,02
1 0,20 0,10 ±0,10 ±0,050 0,30 0,10 ±0,05
2 0,40 0,20 ±0,20 ±0,10 0,50 0,20 ±0,10
8.3 Certificat d'étalonnage et durée de validité
8.3.1 Lorsqu'un instrument de mesure de force a satisfait aux exigences de la présente Norme
internationale au moment de l'étalonnage, l'organisme d'étalonnage doit établir un certificat, conformément à
l'ISO/CEI 17025, donnant au moins les informations suivantes:
a) l'identification de tous les éléments constitutifs de l'instrument de mesure de force et des dispositifs de
chargement, et du banc d'étalonnage;
b) le mode d'application de la force (traction/compression);
c) que l'instrument satisfait aux exigences des essais préliminaires;
d) la classe et le domaine (ou les forces) de validité et le mode de chargement (uniquement croissant ou
croissant/décroissant);
e) la date et les résultats de l'étalonnage et, lorsque cela est exigé, l'équation d'interpolation;
f) la température à laquelle l'étalonnage a été effectué;
g) l'incertitude des résultats de l'étalonnage (une méthode de détermination de l'incertitude est donnée à
l'Annexe C);
h) les détails de la mesure du fluage, s'il a été réalisé (voir 7.4.4).
8.3.2 Pour les besoins de la présente Norme internationale, la durée maximale de validité du certificat ne
doit pas dépasser 26 mois.
Un instrument de mesure de force doit être de nouveau étalonné lorsqu'il a été soumis à une surcharge
supérieure à la surcharge d'essai (voir B.1) ou après une réparation.
9 Utilisation des instruments de mesure de force étalonnés
Les instruments de mesure de force doivent être chargés conformément aux conditions dans lesquelles ils ont
été étalonnés. Des précautions doivent être prises pour éviter que l'instrument ne soit soumis à des forces
supérieures à la force maximale d'étalonnage.
Les instruments classés uniquement pour des forces spécifiques doivent être utilisés seulement pour ces
forces.
Les instruments classés pour un chargement uniquement croissant doivent être utilisés seulement pour des
forces croissantes. Les instruments classés pour un chargement croissant/décroissant peuvent également
être utilisés pour mesurer des forces décroissantes.
Les instruments classés pour l'interpolation peuvent être utilisés pour toute force appartenant à l'intervalle
d'interpolation.
Lorsqu'un instrument de mesure de force est utilisé à une température autre que la température d'étalonnage,
la déformation de l'instrument doit être, si nécessaire, corrigée pour tout écart de température (voir B.4).
NOTE Une modification du zéro du capteur de force non chargé indique des déformations plastiques dues à une
surcharge du capteur de force. Une dérive permanente à long terme indique une influence de l'humidité sur la base des
jauges de déformation ou un défaut de collage des jauges de déformation.
10 © ISO 2011 – Tous droits réservés
Annexe A
(informative)
Exemple de dimensions de capteurs de force et de dispositifs de
chargement correspondants
A.1 Généralités
Afin d'étalonner les capteurs de force sur des machines de force de référence et de faciliter une mise en place
dans l'axe sur les machines d'essai des matériaux à vérifier, les spécifications suivantes concernant la
conception et les dimensions suivantes peuvent être prises en considération.
A.2 Capteurs de force de traction
Afin de faciliter l'assemblage, il est recommandé que les têtes de serrage sur la face soient usinées au
diamètre du noyau sur une longueur d'environ deux filets. Voir Tableau A.1.
Il convient que les trous de centrage utilisés pour la fabrication du capteur de force soient conservés.
Tableau A.1 — Dimensions des capteurs de force de traction pour des forces nominales supérieures
ou égales à 10 kN
Dimension du Largeur
Force (nominale)
Longueur totale Longueur minimale
filetage extérieur ou
maximale b
maximale du filetage
c
des têtes diamètre maximal
de l'instrument
a
de mesure de force
mm mm mm
d
10 kN à 20 kN 500 M20 × 1,5 16 110
d
40 kN et 60 kN 500 M20 × 1,5 16 125
100 kN 500 M24 × 2 20 150
200 kN 500 M30 × 2 25 —
400 kN 600 M42 × 3 40 —
600 kN 650 M56 × 4 40 —
1 MN 750 M64 × 4 60 —
2 MN 950 M90 × 4 80 —
4 MN 1 300 M125 × 4 120 —
6 MN 1 500 M160 × 6 150 —
10 MN 1 700 M200 × 6 180 —
15 MN 2 000 M250 × 6 225 —
25 MN 2 500 M330 × 6 320 —
a
Les dimensions des capteurs de force de traction pour des forces nominales inférieures à 10 kN ne sont pas normalisées.
b
Longueur du capteur de force de traction, y compris les adaptateurs de filetages nécessaires.
c
Du capteur de force de traction ou des adaptateurs de filetages.
d
Un pas de 2 mm est également permis.
A.3 Capteurs de force de compression
Afin de permettre une hauteur de montage réduite dans les machines d'essai des matériaux, il convient que
les capteurs de force de compression ne dépassent pas les hauteurs totales données dans le Tableau A.2.
La hauteur totale comprend la hauteur des dispositifs de chargement associés.
Tableau A.2 — Hauteur totale des capteurs de force de compression
a
Hauteur totale maximale des dispositifs pour la
Force (nominale) maximale
vérification des machines d'essais des matériaux
de l'instrument de mesure
mm
de force
b b
Classe 1 Classe 2
≤40 kN 145 115
60 kN 170 145
100 kN 220 145
200 kN 220 190
400 kN 290 205
600 kN 310 205
1 MN 310 205
2 MN 310 205
3 MN 330 205
4 MN 410 205
5 MN 450 350
6 MN 450 400
10 MN 550 400
15 MN 670 —
a
L'utilisation de capteurs ayant une hauteur totale supérieure est permise si les jeux effectifs de
montage des machines d'essai des matériaux le permettent.
b
Conformément à l'ISO 7500-1.
A.4 Dispositifs de chargement
A.4.1 Généralités
Il convient que les dispositifs de chargement soient conçus de façon que la ligne d'application de la force ne
soit pas distordue. Comme règle, il convient de fixer les capteurs de force de traction avec deux écrous
sphériques, deux coupelles sphériques et, si nécessaire, avec deux anneaux intermédiaires, alors qu'il
convient de le faire à l'aide d'une ou deux cales de compression pour les capteurs de force de compression.
Les dimensions recommandées en A.4.2 à A.4.5 nécessitent l'utilisation d'un matériau ayant une limite
d'élasticité d'au moins 350 N/mm .
A.4.2 Écrous et coupelles sphériques
La Figure A.1 montre la forme des écrous et coupelles sphériques requise pour les capteurs de force de
traction. Il convient que leurs dimensions soient conformes au Tableau A.3.
Il convient que les grandes coupelles et écrous sphériques pour des forces (nominales) maximales égales ou
supérieures à 4 MN soient pourvus de trous borgnes répartis autour de la périphérie afin de faciliter le
transport et l'assemblage. Dans le cas des coupelles sphériques, deux paires de trous opposés sont
suffisantes, l'une devant être faite dans le plan central et l'autre dans le tiers supérieur de la coupelle
sphérique du haut et dans le tiers inférieur de la coupelle sphérique du bas (voir Figure A.1).
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Pour les écrous sphériques, il convient que les deux trous borgnes opposés, décalés de 60°, soient réalisés
dans un plan supérieur, un plan médian et un plan inférieur.
Légende
1 écrou sphérique
2 coupelle sphérique
3 tige de mesure de la force de traction
a
Six trous.
b
Quatre trous.
Figure A.1 — Écrou, coupelle sphérique et tige de mesure de force de traction
Tableau A.3 — Dimensions des écrous et coupelles sphériques pour des capteurs de force
de traction de force maximale supérieure ou égale à 10 kN
d d (c11) d h h r
Force (nominale) maximale de 1 2 3 1 2
l'instrument de mesure de force
mm mm mm mm mm mm
−0,120
De 10 kN à 40 kN 32 35 22 16 12 30
−0,280
−0,130
60 kN 43 27 18 15 30
−0,290
−0,130
100 kN 47 32 20 15 50
−0,290
−0,140
200 kN 60 44 25 15 50
−0,330
−0,170
400 kN et 600 kN 86 90 60 40 18 80
−0,390
−0,180
1 MN 115 74 60 25 100
−0,400
−0,230
2 MN 160 100 90 30 150
−0,480
−0,280
4 MN 225 150 120 40 250
−0,570
−0,300
6 MN 260 270 170 150 45 250
−0,620
−0,360
10 MN 335 220 180 55 300
−0,720
−0,440
15 MN 410 265 225 65 350
−0,840
−0,5
25 MN 550 345 310 85 500
−1,5
A.4.3 Anneaux intermédiaires
Si nécessaire, il convient d'utiliser des anneaux intermédiaires de type A ou B, comme illustrés
respectivement à la Figure A.2 ou à la Figure A.3 et spécifiés dans le Tableau A.4, pour la vérification de
machines d'essais de matériaux à plusieurs échelles.
Il convient que les anneaux intermédiaires soient munis d'un dispositif de fixation (par exemple goujons
filetés) pour assujettir les autres parties du montage.
a
Chanfrein.
b
Dégagement (dimensions: 1,6 mm × 0,3 mm).
Figure A.2 — Anneau intermédiaire de type A
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a
Chanfrein.
b
Dégagement (dimensions: 1,6 mm × 0,3 mm).
Figure A.3 — Anneau intermédiaire de type B
A.4.4 Adaptateurs (rallonges, réducteurs, etc.)
Si, du fait de la conception de la machine d'essai des matériaux, des adaptateurs sont nécessaires pour le
montage du capteur de force, il convient que ceux-ci soient conçus de façon à assurer un chargement central
du capteur de force.
A.4.5 Cales de chargement
Des cales de chargement sont utilisées comme éléments des capteurs de force de compression pour
transmettre la force. Si une cale de chargement est pourvue de deux surfaces planes pour la transmission de
la force, il convient que celles-ci soient rectifiées de façon à être planes et parallèles.
Lors de la vérification des instruments de mesure de force utilisés dans une machine d'étalonnage de la force
ou dans une machine de référence, il convient que la pression sur les plateaux de compression de la machine
ne soit pas supérieure à 100 N/mm ; si nécessaire, il convient de choisir et de mettre en place des plaques
intermédiaires supplémentaires (voir Figure A.4) avec un diamètre, d , suffisamment grand pour assurer que
cette condition est remplie.
La Figure A.4 a) montre, à titre d'exemple, la forme d'une cale de chargement pour les capteurs de force de
compression ayant une surface convexe pour la transmission de la force; il convient que sa hauteur, h , soit
supérieure ou égale à d /2.
Il convient cependant que la hauteur, h , et le diamètre, d , de toutes les cales de chargement soient adaptés
8 10
aux éléments transmettant la force de façon que la cale de chargement puisse être positionnée à la fois de
façon centrée et sans contact latéral avec l'élément transmettant la force. Il convient, en conséquence, que le
diamètre, d , soit supérieur de 0,1 mm à 0,2 mm au diamètre de l'élément transmettant la force.
La Figure A.4 b) montre, à titre d'exemple, la forme d'une cale de chargement pour les capteurs de force de
compression ayant une surface plane pour la transmission de la force. Il convient que le diamètre, d , soit
supérieur ou égal au diamètre de l'élément transmettant la force.
Dimensions en millimètres
a) Cale de chargement conçue pour réduire la pression de surface dans le cas de capteurs de force
ayant une surface convexe pour la transmission de la force
b) Cale de chargement conçue pour réduire la pression de surface dans le cas de capteurs de force
ayant une surface plane pour la transmission de la force
Figure A.4 — Cales de chargement
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Tableau A.4 — Dimensions des anneaux intermédiaires
Force d d d d d h h h h
4 5 6 7 8 3 4 5 6
Force (nominale)
Type
maximale de
maximale de la
d'anneau
l'instrument
machine d'essais
intermédiaire
de mesure H7 c11
a
des matériaux
de force mm mm mm mm mm mm mm mm mm
−0,130
+ 0,025
60 kN 40 kN A 35 24 — — 5 10 — —
0 −0,290
+ 0,025
40 kN A 35 24 — — 7 15 — —
−0,130
100 kN 50
−0,290
+ 0,025
60 kN A 45 29 — — 7 15 — —
+ 0,025
40 kN B 35 24 36 46 5 34 22 12
+ 0,025 −0,140
200 kN 45 64
60 kN A 29 — — 7 15 — —
0 −0,330
+ 0,025
100 kN A 50 34 — — 7 15 — —
+ 0,025
40 kN B 35 24 36 61 5 57 42 12
+ 0,025
60 kN B 29 46 61 7 57 42 12
−0,170
400 kN et 600 kN
−0,390
+ 0,025
100 kN B 34 51 61 7 57 42 15
+ 0,030
200 kN A 64 47 — — 12 20 — —
+ 0,025
60 kN B 45 29 46 77 7 60 45 15
+ 0,025
100 kN B 50 34 51 77 7 60 45 15
−0,180
1 MN 120
−0,400
+ 0,030
200 kN B 47 65 77 12 60 45 15
400 kN et + 0,035
A 65 — — 18 32 — —
600 kN
+ 0,030
200 kN B 64 47 67 103 12 87 60 15
400 kN et −0,230
+ 0,035
2 MN A 90 65 — — 18 48 — —
−0,480
600 kN
+ 0,035
1 MN A 78 — — 25 50 — —
400 kN et
+ 0,035
B 65 92 158 18 130 95 35
600 kN
−0,280
+ 0,035
4 MN
1 MN B 120 78 122 158 25 130 95 45
−0,570
+ 0,040
2 MN A 105 — — 27 62 — —
400 kN et
+ 0,035
B 90 65 92 173 18 155 115 35
600 kN
+ 0,035
1 MN B 120 78 122 173 25 155 11545
−0,300
6 MN
−0,620
+ 0,040
2 MN A 165 105 — — 27 77 — —
+ 0,046
4 MN A 235 160 — — 35 60 — —
+ 0,035
1 MN B 78 122 223 25 200 15040
+ 0,040
2 MN B 165 105 167 223 27 200 15060
−0,360
10 MN 345
−0,720
+ 0,046
4 MN A 235 160 — — 35 90 — —
+ 0,052
6 MN A 270 185 — — 40 75 — —
a
Les machines d'essais de traction ayant des forces nominales supérieures à 10 MN sont des versions spéciales pour lesquelles il
convient que tous les anneaux intermédiaires nécessaires soient définis par accord.
Annexe B
(informative)
Informations complémentaires
B.1 Essai de surcharge
L'instrument de mesure de force est soumis quatre fois de suite à une surcharge dont il convient qu'elle
dépasse la force maximale d'au moins 8 % et au plus 12 %. La surcharge est maintenue pendant une durée
de 60 s à 90 s.
Il convient que le fabricant de l'équipement effectue au moins un essai de surcharge avant sa livraison pour
étalonnage ou mise en service.
B.2 Exemple de méthode de vérification de l'absence d'interaction entre le capteur
de force d'un instrument utilisé en compression et son appui sur le banc
d'étalonnage
L'instrument de mesure de force est chargé à l'aide de cales intermédiaires de forme cylindrique ayant des
surfaces planes, convexes ou concaves et qui sont en contact avec l'embase du dispositif.
Les surfaces concaves et convexes sont considérées comme représentant les limites de manque de planéité
et des variations de dureté des cales de chargement pour lesquelles l'instrument peut être utilisé en service.
Les cales intermédiaires sont en acier de dureté comprise entre 400 HV 30 et 650 HV 30. Les courbures
convexes et concaves des surfaces sont de 1,0 ± 0,1 pour 1 000 du rayon [(0,1 ± 0,01) % du rayon].
Si un instrument de mesure de force est soumis à l'étalonnage, associé avec des cales de chargement qui
seront toujours utilisées avec l'instrument de mesure de force, le dispositif d'essai est considéré comme la
combinaison de l'instrument de mesure de force et des cales de chargement associées. Cette combinaison
est chargée successivement à l'aide des cales planes et à surfaces convexe et concave.
Deux forces d'essai sont appliquées à l'instrument de mesure de force, la première étant la force maximale de
l'instrument et la seconde, la force minimale d'étalonnage pour laquelle la déformation de l'instrument est
suffisante du point de vue de la répétabilité.
Les essais sont répétés de façon à avoir trois applications de force pour chacun des trois types de cales
intermédiaires. Pour chaque force, il convient que la différence entre la déformation moyenne en utilisant les
cales concaves et les cales planes et la différence entre la déformation moyenne en utilisant les cales
convexes et les cales planes ne dépassent pas les limites données dans le Tableau B.1, selon la classe de
l'instrument de mesure de force.
Tableau B.1 — Différence maximale admissible pour la déformation moyenne
Différence maximale admissible, %
Classe
à force maximale à force minimale
0,05 0,1
0,5
0,1 0,2
1 0,2 0,4
2 0,4 0,8
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Si l'instrument de mesure de force satisfait aux exigences relatives à la force maximale mais ne répond pas à
celles de la force minimale, la plus petite force pour laquelle l'instrument répond à la condition est déterminée.
Le plus petit accroissement de la force utilisé pour déterminer la force la plus faible satisfaisant à la condition
est laissé à la discrétion de l'organisme qualifié pour réaliser l'étalonnage.
En général, il n'y a pas lieu de refaire ces essais avec cales intermédiaires à chaque nouvel étalonnage de
l'instrument, mais seulement après une remise en état de l'instrument de mesure de force.
B.3 Commentaires sur l'enregistrement du signal de zéro du capteur de force non
chargé
Une modification du zéro du capteur de force non chargé indique une déformation plastique due à la
surcharge du capteur de force. Une dérive permanente à long terme indique une influence de l'humidité sur la
ba
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
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