**Revue française de métrologie


n° 24, Vol. 2010-4, 35-51, DOI : 10.1051/rfm/2010010

Réalisation d’une référence primaire pour la mesure de flux gazeux entre 4 × 10-12 mol·s-1 et 4 × 10-7 mol·s-1.

Design of a primary reference for gas flow measurements in the range 4 × 10-12 mol·s-1 to 4 × 10-7 mol·s-1.

 

Frédéric BOINEAU et Pierre OTAL

Laboratoire commun de métrologie LNE-CNAM (LCM), Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE), 1 Rue Gaston Boissier, 75724 Paris Cedex 15, France, frederic.boineau@lne.fr.

Résumé : La traçabilité des mesures en basses pressions absolues est réalisée dans les laboratoires nationaux de métrologie par la méthode dite de l’expansion continue. Cette méthode nécessite la mesure et la génération d’un flux gazeux entre 4 × 10-12 mol·s-1 et 4 × 10-7 mol·s-1. Afin d’améliorer ses incertitudes de mesure dans le domaine des pressions absolues inférieures à 10-3 Pa, le Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE) a développé dans un premier temps une référence primaire pour la mesure de flux gazeux dans la gamme précitée avec une incertitude élargie inférieure à 1%. Par extension, le fluxmètre gazeux permet également l’étalonnage des fuites de gaz, activité traditionnelle du département pression-vide du LNE, pour les fuites référencées au vide entre 4 × 10-12 mol·s-1 et 4 × 10-7 mol·s-1 (1 × 10-8 Pa·m3·s-1 à 1 × 10-3 Pa·m3·s-1) et les fuites de gaz frigorigènes au fréon R-134a, référencées à la pression atmosphérique, entre 3 × 10-9 mol·s-1 et 2 × 10-8 mol·s-1 (10 g par an à 60 g par an). Les résultats d’étalonnage d’une fuite capillaire sont présentés et comparés aux résultats obtenus par la méthode de remontée de pression, habituellement utilisée pour ce type d’instrument. Un bilan d’incertitude exhaustif sur le flux gazeux mesuré est établi et appliqué à l’utilisation du fluxmètre gazeux dans le cadre de l’expansion continue.

Abstract: Some national laboratories of metrology carry out the continuous expansion method to ensure measurements traceability for low absolute pressure. This method implies to generate a reference molar gas flow rate ranging from 4 × 10-12 mol·s-1 to 4 × 10-7 mol·s-1. To improve calibrations uncertainties for pressures below 10-3 Pa, Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE) had to initially design a primary reference for gas flow measurement in the aforementioned range, with an expected expanded uncertainty better than 1%. With the gas flowmeter, it will also be possible to calibrate reference leaks, which is an usual activity of the pressure department of the LNE, for the leaks with reference to vacuum between 4 × 10-12 mol·s-1 and 4 × 10-7 mol·s-1 (from 1×10-8 Pa·m3·s-1 to 1×10-3 Pa·m3·s-1) and leaks of the cooling agent R-134a with reference to atmospheric pressure between 3×10-9 mol·s-1 and 2 × 10-8 mol·s-1 (from 10 g per year to 60 g·per year). The calibration results of a capillary leak are compared with the pressure rise calibration method, usually performed for this kind of instrument. An uncertainty budget on the gas flow measurement is established for this calibration and applied to the continuous expansion method.

Mots clés : fluxmètre à pression constante, flux gazeux, méthode d’expansion continue, basse pression absolue, fuite de référence.

Key words: constant pressure flowmeter, gas flow rate, continuous expansion method, low absolute pressure, reference leak.


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