Théorie de l'Académie de l'humidité 8 - Miroir refroidi et technologie de l'oxyde d'aluminium

Technologie des miroirs réfrigérés

Comment ça marche

Un miroir réfrigéré ou hygromètre à condensation est une technologie utilisée pour mesurer directement le point de rosée ou de gel d'un gaz. Si la température d'un miroir est abaissée précisément à la valeur qui fait apparaître de la rosée à sa surface, la valeur de la température du miroir est appelée point de rosée. En utilisant l'exemple précédent, le point de rosée correspondant à une condition de 50 %rh et 25 °C peut être trouvé comme suit :
P_s à 25°C = 3,17 kPa
p = 0,5 x 3,17 kPa = 1,585 kPa, correspondant à 50 %rh

S'il y a équilibre entre la rosée sur le miroir et l'environnement, il s'ensuit que ps à la température du miroir refroidi doit être égale à la pression de vapeur p. En se basant sur une simple interpolation des valeurs des tables de vapeur saturante, on trouve qu'une valeur de ps de 1,585 kPa correspond à une température de 13,8°C. Cette température est le point de rosée. L'exemple ci-dessus montre que la conversion de l'humidité relative en point de rosée et vice versa nécessite l'utilisation d'un thermomètre et de tables de vapeur saturante. Lorsque le miroir est propre et sec, l'intensité de la lumière réfléchie est maximale.

La surface du miroir se refroidit progressivement jusqu'à ce que de la condensation se produise et que de l'eau ou du givre se forme sur le miroir. Lorsque l'eau ou le givre se forme, le signal lumineux change et le changement est noté au niveau du récepteur de lumière. Lorsque le signal lumineux change, la température précise du miroir est enregistrée comme la température du point de rosée ou de givre.

Si l'on sait que le condensat est sous forme liquide, même pour une température inférieure au point de congélation, la température mesurée est considérée comme le point de rosée. Si l'on sait que le condensat est sous forme de glace ou de givre, on prend la température mesurée comme étant le point de gel.

Pros:

Très faible incertitude (aussi faible que +/- 0,1 Cdp à 95 % de confiance, k = 2)

Grande plage de mesure

Capable de mesurer des températures de point de congélation très basses (aussi basses que -95 °Cfp)

Cons:

Bien plus cher que les autres technologies

Nécessite une formation pour l'exploitation et la maintenance

Niveau élevé de maintenance

Nécessite un environnement propre

Non adapté à la mesure des processus

Technologie de l'oxyde d'aluminium

Comment ça marche

Un capteur à l'oxyde d'aluminium est un type de condensateur formé en déposant une couche d'oxyde d'aluminium poreux sur un substrat conducteur, puis en recouvrant l'oxyde d'une fine pellicule d'or.

La capacité mesurée entre le noyau en aluminium du capteur et le film d'or fluctue en fonction de la teneur en vapeur d'eau de l'air. Le nombre de molécules d'eau absorbées détermine l'impédance électrique du condensateur, qui est proportionnelle à la pression de la vapeur d'eau.

Lorsque le capteur est exposé à l'humidité, la vapeur d'eau est rapidement transportée à travers la couche d'électrode exposée (positive) où les molécules d'eau polaires forment des liaisons hydrogène faibles aux surfaces d'oxyde. L'absorption entraîne des modifications de la constante diélectrique et de la résistivité des couches d'oxyde.

La mesure de la conductance du capteur est une mesure de la charge d'humidité sur le diélectrique d'oxyde d'aluminium, et est proportionnelle à la concentration d'humidité dans l'échantillon de gaz.

Les capteurs à oxyde d'aluminium sont bons pour les conditions très sèches et propres où une mesure rapide n'est pas requise.

Pros:

Petite taille du capteur

Se prête à être utilisée en ligne

Grande plage de mesure

Bon pour la mesure des environnements très secs

(jusqu'à des températures de point de rosée de -75 °C à -100 °C)

Avantages:

Sensible à la contamination, la condensation déposée sur le capteur peut provoquer un décalage important de l'étalonnage

Les temps de réponse sont lents (jusqu'à 24 heures dans le pire des cas)

Les temps de stabilisation sont longs

Nécessitent un étalonnage fréquent

Possibilité de dérive importante dans le temps

Hysteresis considérable

Tip: Les capteurs à oxyde d'aluminium mesurent la quantité absolue de vapeur d'eau dans le gaz. Les capteurs capacitifs mesurent l'humidité relative dans le gaz (le pourcentage de vapeur d'eau présent en proportion de la quantité maximale de vapeur d'eau possible à une température donnée).

En savoir plus sur l'humidité dans la vidéo suivante : "La mesure de l'humidité relative expliquée"

Voir les articles précédents du blog :
Théorie 1 - Qu'est-ce que l'humidité ?
Théorie 2 - Humidité relative, pression et température
Théorie 3 - Humidité et pression de vapeur
Théorie 4 - Définitions de l'humidité : Concentration de vapeur
Théorie 5 - Effet de la température et de la pression sur le % rh
Théorie 6 - Théorie de l'Académie de l'humidité 6 - Le capteur capacitif

Théorie 7 - Académie de l'humidité Théorie 7 - La technologie de l'ampoule humide/ampoule sèche

Attention à la Théorie de l'Académie de l'Humidité partie 9.