Fidélité ; réalisation d’une balance de grande précision

La fidélité est la qualité d’une balance qui conduirait, au cours des déterminations successives d’une même masse, à des résultats identiques, abstraction faite des erreurs d’observation.

Comme le défaut de justesse n’influe pas sur l’exactitude du résultat et que la sensibilité peut être accrue à volonté, la précision ultime que l’on peut obtenir est toujours limitée par le manque de fidélité.

En étudiant les divers facteurs qui peuvent affecter la fidélité, on peut obtenir les principes de réalisation d’une balance de grande précision.

Déformations permanentes du fléau, des couteaux et des plans

On les évite en donnant au fléau une structure très rigide, en construisant les couteaux et les plans en matériaux très durs (acier ou bronze chromé pour les couteaux, agate pour les plans).

Irrégularités des plans et défauts des couteaux

Les arêtes des couteaux sont toujours plus ou moins arrondies, et les plans imparfaits. La longueur effective des bras du fléau est fonction de l’endroit où les couteaux reposent sur leur plan. Le mécanisme d’arrêt et de libération doit être très précis afin que les couteaux reprennent toujours la même position. Un effet analogue est dû à l’inclinaison des plans des étriers, consécutif à un décentrage des masses. Le défaut de parallélisme des couteaux latéraux et du couteau central produit un effet du même type lorsque le point d’application de la charge se déplace le long de l’arête ; de plus, si le couteau est incliné, on observe une variation de la sensibilité. On remédie à ces défauts par un réglage aussi parfait que possible de l’orientation des couteaux. En outre, au moyen de suspensions complexes possédant au moins deux articulations à couteaux, on astreint le point d’application du poids du plateau chargé à être pratiquement invariable sur l’arête du couteau, même si le plateau s’incline en raison du décentrage de la charge. De plus, on s’efforce de toujours bien centrer les masses, ce qui exige un mécanisme de substitution ou de transposition très bien réglé.

Les courants d’air et les variations irrégulières de température ont leurs effets minimisés grâce à une cage étanche protégeant aussi la balance du rayonnement thermique extérieur.

Perfectionnements possibles

L’observation visuelle des oscillations de la balance, même au moyen d’une lunette avec laquelle on vise l’image d’une graduation fixe donnée par un miroir solidaire du fléau, pourrait être avantageusement remplacée par un enregistrement automatique. L’automatisation des diverses opérations nécessaires à une pesée éviterait les perturbations dues à la présence de l’observateur.

Les difficultés rencontrées pour replacer toujours les couteaux au même endroit sur leurs plans peuvent être surmontées en effectuant les échanges de masses sans rompre le contact des couteaux et des plans. Dans une première réalisation, le fléau est simplement immobilisé par un mécanisme d’arrêt très soigné, et seule l’articulation de forme conique est disjointe au moment de la transposition. Ce principe a permis d’obtenir une précision de 1 µg sur 1 kg.

Il est possible de remplacer un plateau par un contrepoids solidaire du fléau. On obtient une balance à deux couteaux, fonctionnant à charge constante et utilisant la double pesée de Borda. Des balances de laboratoire fonctionnent selon ce principe ; les masses marquées sont souvent remplacées par des cavaliers manipulés de l’extérieur. Une réalisation intéressante pour la métrologie met en œuvre le principe du plateau unique associé non seulement à la conservation du contact des couteaux et des plans, mais encore à la conservation d’une charge constante sur tous les couteaux, lors de la substitution des masses. Cette balance devrait fournir une précision de 10^–9.

P. C.

 A. Machabey, Mémoire sur l’histoire de la balance et de la balancerie (Impr. nat., 1949).