De quel équipement avez-vous besoin pour des étalonnages d'humidité fiables ?

Illustration des Étalonnages fiables de l'humidité

Faire le premier pas vers la mise en place d'une installation d'Étalonnage peut être décourageant, qu'il s'agisse d'un laboratoire d'étalonnage accrédité pour l'humidité relative/le point de rosée ou d'un service d'étalonnage interne, mais cela n'a pas besoin d'être trop compliqué, en particulier avec les conseils d'un expert.

Cet article détaillé couvre tout ce que vous devez prendre en compte lors de la conception ou du choix d'un système d'Étalonnage de l'humidité et donne des exemples d'équipements et de composants nécessaires.

Notre glossaire des termes d'étalonnage des termes d'étalonnage donne des définitions et des explications utiles.

Quels sont les paramètres mesurés lors des étalonnages de l'humidité relative et du point de rosée ?

  • Humidité relative
  • Température
  • Point de rosée


  • Quel est l'équipement dont vous avez besoin pour les étalonnages internes de l'humidité relative et du point de rosée ?

  • Sources d'air
  • Générateurs d'humidité / de point de rosée
  • Chambre d'Étalonnage
  • Instrument de référence


  • Les sources d'air

    Une fois que vous avez décidé que la réalisation d'Étalonnages en interne est l'option la plus appropriée pour votre entreprise, il est important de vous assurer que vous choisissez un équipement adapté à vos besoins.

    Ce guide est conçu pour vous aider à mieux comprendre les options disponibles ; toutefois, les conseils d'un expert en la matière sont également fortement recommandés. Nous offrons un service d'assistance complet pour garantir que l'installation fonctionne pour vous.

    Les éléments clés à prendre en compte avant de choisir un système sont :

  • Les paramètres mesurés de votre système sont les suivants
  • Les paramètres mesurés par vos appareils
  • La plage de mesure de vos appareils
  • Le degré d'automatisation requis


  • Paramètre mesuré

    Il est important de comprendre vos besoins en matière d'Étalonnage.

    L'humidité relative, la température et le point de rosée sont généralement les paramètres sur lesquels vous vous concentrerez lors de l'étalonnage des instruments d'humidité relative ou de point de rosée.

    Ces paramètres sont essentiels dans divers secteurs, notamment l'industrie pharmaceutique, la fabrication et la surveillance de l'environnement, où un contrôle et une mesure précis peuvent avoir un impact significatif sur la qualité et la Sécurité des produits, ainsi que sur le respect des réglementations.

    Point de rosée

    La mise en place d'un banc d'étalonnage du point de rosée nécessite un équipement spécialisé et une planification minutieuse pour garantir un étalonnage précis des instruments. Cela est particulièrement important pour les points de rosée extrêmement bas (-100 oCdp).

    L'équipement requis dépend, bien entendu, du niveau du point de rosée auquel vous devez étalonner l'instrument et du fait que l'étalonnage doit être effectué à la température ambiante ou à une température spécifiée.

    L'Étalonnage est généralement réalisé en montant les capteurs dans un collecteur (parfois placé à l'intérieur d'une chambre à température contrôlée) relié à un générateur de point de rosée ; il s'agira parfois d'un séchoir.

    Pour un point de rosée extrêmement bas, un générateur de point de rosée, un collecteur et une référence Miroir refroidi plus sophistiqués seront nécessaires.

    Humidité relative et température

    Il existe quelques approches différentes pour l'Étalonnage des capteurs d'humidité relative. Dans chaque cas, il est important que l'équipement soit utilisé dans un environnement à température stable ; idéalement, une pièce à température contrôlée.

    L'approche la plus courante consiste à étalonner à la fois les circuits d'humidité relative et de température de l'appareil. Pour ce faire, les capteurs sont placés directement dans une chambre d'étalonnage, qui génère les conditions d'humidité et de température requises. La chambre fournit des conditions stables, ce qui conduit à un étalonnage plus fiable et à des incertitudes plus faibles.

    Les capteurs d'humidité relative peuvent également être étalonnés à température ambiante ; dans ce cas, seul le circuit d'humidité du capteur est étalonné. Pour ce faire, on peut utiliser des solutions salines saturées ou non saturées ou des validateurs d'humidité qui utilisent des réservoirs de saturation et de dessiccation.

    Plage de mesure

    Le facteur décisif suivant est l'Échelle de mesure. Les questions à poser ici sont les suivantes :

  • Quelle est la plage de fonctionnement complète des appareils faisant l'objet d'un étalonnage ? (Tenez également compte de la plage de température si les sondes en question mesurent l'humidité relative).
  • Avez-vous besoin d'étalonner sur l'ensemble de l'Échelle, ou avez-vous un ou plusieurs domaines d'intérêt spécifiques ?


  • Étalonnage de l'humidité relative dans une chambre à température contrôlée

    Les chambres à température contrôlée constituent la solution la plus courante lors de l'étalonnage d'instruments d'humidité relative. Elles génèrent un environnement stable à une Échelle de niveaux d'humidité et de températures et, lorsqu'elles sont associées à un hygromètre à miroir refroidi comme instrument de référence, contribuent à accroître la confiance dans la mesure.

    Chez PST, nous proposons une sélection variée de chambres d'étalonnage, notamment l' HygroGen2 de Rotronic avec des plages étendues de-5...60 °C et 2...99 %rh ou l' OptiCal de Miroir refroidi intégré en tant qu'instrument de référence.

    Une autre option de la gamme PST est le HG10 de Michell Instruments. Ce système d'Étalonnage complet utilise un générateur d'humidité externe pour alimenter un flux d'air, avec une humidité contrôlée avec précision, directement dans un collecteur à l'intérieur d'une chambre à température contrôlée et d'une référence de miroir refroidi. Le générateur d'humidité est alimenté par de l'air frais et sec provenant d'un sécheur à oscillation de pression et peut atteindre des humidités très faibles à une température spécifique, avec une plage totale de 1...95 %rh.

    Étalonnage du point de rosée

    L'Étalonnage des capteurs de point de rosée, en particulier à de faibles niveaux de point de rosée, nécessite l'utilisation de générateurs et de sécheurs de point de rosée plus sophistiqués.

    Un air comprimé propre passe par un sécheur pour fournir une source d'air sec régulée en permanence, puis l'air sec passe par un générateur de point de rosée pour produire un flux de gaz chargé d'humidité, qui est ensuite mélangé - dans des proportions variables, en plusieurs étapes - pour créer des échantillons d'air avec différentes concentrations d'humidité. Celui-ci est ensuite acheminé dans un collecteur ou une chambre, puis à la fois vers l'appareil testé et vers le miroir refroidi de référence.

    Nous proposons une large sélection de sécheurs à oscillation de pression, de générateurs et d'hygromètres à miroir refroidi ; les options sont décrites ci-dessous.

    Quel équipement faut-il pour les étalonnages du point de rosée?

    Sources d'air

    Les systèmes d'Étalonnage du Point de rosée ont besoin d'air comprimé propre et sec pour fonctionner correctement. La spécification requise de cet air varie en fonction du modèle de sécheur à oscillation de pression choisi, mais il doit généralement être à une pression d'environ 7 barg (100 psig). Pour les systèmes d'étalonnage conçus pour générer un point de rosée <-80 °C (<-112 °F) (généralement ceux qui utilisent le PSD4), l'air d'alimentation devra être pré-séché à un point de rosée <-40 °C (<-40 °F) afin de maximiser l'efficacité du sécheur à oscillation de pression.

    Pour les utilisateurs qui ne disposent pas d'une source d'air comprimé ou d'air pour instruments sur place, Michell Instruments peut fournir des compresseurs adaptés à chaque type de système, ainsi qu'un pré-sécheur à utiliser avec les systèmes conçus pour une capacité <-80 °Cdp (-112 oFdp).

    Sécheurs à oscillation de pression

    Nos sécheurs d'air fonctionnent selon le principe de l'"oscillation de pression". Deux colonnes de dessiccation sont connectées l'une à l'autre en parallèle. L'air comprimé provenant de l'entrée du sécheur passe par la première colonne de dessiccation pour éliminer pratiquement toute l'humidité présente. La majeure partie de l'air sec provenant de cette colonne est partiellement détendue, afin de réduire davantage le point de rosée, puis dirigée vers la sortie du sécheur. L'air sec restant est utilisé pour purger la deuxième colonne de dessiccation, hors ligne, afin d'évacuer dans l'atmosphère l'humidité collectée au cours de son cycle en ligne.

    Après une période prédéterminée, la fonction des deux colonnes est permutée - la première colonne est réalimentée tandis que la seconde est en ligne, produisant un flux d'air sec. Dans le cadre de ce changement, la colonne hors ligne est rapidement dépressurisée, ce qui entraîne la libération et la purge de l'humidité adsorbée par le dessiccant. Un cycle de ce fonctionnement est représenté schématiquement à la figure 1.

    Les sécheurs nécessitent un entretien & Service minimal et, dans des conditions de fonctionnement normales, ne requièrent un changement de déshydratant qu'une fois tous les 5 ans environ. Le système de purge/régénération très efficace permet au sécheur de fonctionner aux mêmes niveaux de performance élevés tout au long de la durée de vie du dessiccant.

    Nous proposons deux modèles de déshydrateurs :

  • Le Michell PSD-2 donne une Sorties d'air au point de rosée de -80 °C (-112 °F) ou mieux
  • Le Michell PSD-4 donne une sortie de -100 °Cdp (-148 °Fdp) ou mieux
  • Illustration d'Étalonnages fiables de l'humidité

    Générateurs de points de rosée

    Le générateur est alimenté par une source de gaz sec provenant d'un sécheur à oscillation de pression et divisé en deux flux. L'un des flux est soumis à des bulles d'eau liquide via une buse en verre fritté, ce qui garantit qu'il est complètement saturé en vapeur d'eau, tandis que l'autre flux reste sec. Les deux flux de gaz sont ensuite mélangés à la pression atmosphérique, en une ou plusieurs étapes, afin de générer le niveau d'humidité cible. L'ensemble du Boîtier est isolé et sa température est contrôlée, ce qui permet de garantir que la saturation, et donc la Sorties, est toujours constante.

    Étalonnages fiables de l'humidité Illustration

    Une seule étape de mélange permet un ajustement grossier, limité à environ -40 °Cdp (-40 °Fdp). Pour générer des points de rosée plus secs, la sortie de cette première étape est mélangée une seconde fois avec la source de gaz sec, ce qui permet des ajustements plus fins pour les faibles concentrations d'humidité, jusqu'à -75 °Cdp (-103 °Fdp). Pour les niveaux d'humidité à l'état de traces, un troisième étage peut être ajouté, où la sortie du deuxième étage est à nouveau mélangée à la source de gaz sec, donnant la possibilité de générer des points de rosée aussi bas que -90 °Cdp (-130 °Fdp). Le point de rosée de -100 °C (-148 °F) est prélevé directement à la sortie du sécheur.

    Les générateurs de point de rosée de la série DG de Michell sont basés sur le mélange volumétrique des gaz secs et humides. Cela donne la réponse la plus rapide lors du changement entre les points de consigne, par rapport à d'autres technologies de génération de point de rosée (telles que deux températures, deux pressions, ou la combinaison des deux). Le mélange est soit contrôlé par des vannes d'arrêt du débit, pour un contrôle manuel du point de rosée cible, soit automatisé à l'aide d'une banque de vannes de dosage préréglées, sélectionnées en actionnant des combinaisons de solénoïdes pour passer d'un rapport de mélange sec-humide à l'autre.

    Mélange manuel - DG2 & DG3

    Le DG3, avec un mélange manuel à un étage, génère des points de rosée allant de -40 à +20 °Cdp (-40 à +68 °Fdp). Des points de rosée plus secs, jusqu'à -75 °Cdp (-103 °Fdp), peuvent être atteints par le DG2 qui dispose d'un deuxième étage de mélange de flux de gaz. Les grands atouts des DG2 et DG3 sont leur facilité d'utilisation et leur souplesse pour générer manuellement un point de rosée cible précis en ajustant finement le mélange de gaz via les vannes de mesure de débit. Un tableau des débits nominaux est fourni avec le générateur pour guider l'utilisateur dans le réglage approprié des vannes de dosage pour chaque point de consigne souhaité.

    Mélange automatique - ADG400

    L'ADG400 utilise un système de mélange de débit à deux étages avec des régulateurs de débit massique pour mélanger l'air sec et l'air saturé dans des proportions précisément prédéterminées. Cela permet à l'opérateur de générer une gamme de niveaux de points de rosée allant de -80 à +20 °C (-112 à +68 °F). Le générateur est programmé en usine avec 11 points d'Étalonnage à 10 °Cdp d'intervalle sur toute sa gamme, avec la possibilité de stocker 13 points d'Étalonnage supplémentaires pour l'utilisateur. Le générateur peut être piloté par l'IHM avec une commande manuelle ou des profils d'Étalonnage temporisés, un logiciel PC ou via des commandes série utilisant l'interface USB.

    Mélange automatique - VDS

    Pour générer des points de rosée jusqu'à -100 °C (-148 °F), un système plus sophistiqué est nécessaire. Le générateur VDS (Vapor Delivery System) commandé par logiciel permet un contrôle précis, répétable et flexible du point de rosée généré. Des régulateurs de débit massique individuels à trois étages sélectionnent des proportions précises d'air humide et d'air prémélangé.

    L'injection d'humidité est réalisée par un régulateur de débit massique de liquide et un système d'évaporation contrôlée. L'ensemble du système est contrôlé par un logiciel PC dédié, permettant de créer des programmes d'Étalonnage automatique ou de déclencher manuellement des points de consigne.

    Contrôle

    Il existe quatre options de contrôle du point de consigne, qui varient selon les modèles de générateurs. Il s'agit d'un facteur important à prendre en compte, car certains systèmes peuvent avoir une plus grande exigence en matière d'automatisation. Ceci est particulièrement applicable si le système est conçu pour étalonner de nombreux capteurs :

  • Mélange manuel des flux (Michell's DG3 et DG2) - Les flux humides et secs sont modifiés manuellement par des vannes de dosage situées sur le panneau avant du générateur. Sur le DG2, ils sont surveillés au moyen d'un débitmètre pour chaque vanne. Un tableau des valeurs nominales de débit pour chaque point de consigne est fourni, et un réglage analogique complet est possible sur toute la plage du dispositif.
  • Mélangeur de débit automatique à commande locale (Michell's ADG400) - Les points de consigne d'humidité peuvent être sélectionnés à partir des tableaux d'Étalonnage de l'usine ou de l'utilisateur, à l'aide de l'IHM sur le panneau avant.
  • Mode profil d'étalonnage temporisé (Michell's ADG400 et VDS3) - L'utilisateur peut définir une séquence de points de consigne qui sont activés sur une base temporisée pour un étalonnage sans surveillance.
  • Mélange automatique de débit télécommandé (Michell's ADG400 et VDS3) - Le contrôle est mis en œuvre en envoyant des commandes en série au générateur via RS232, ou USB, soit par le biais d'un logiciel de contrôle dédié (qui peut exécuter des séquences définies par l'utilisateur), soit par le biais du propre système du client.
  • Instruments de référence

    Les hygromètres à miroir refroidi sont des instruments de précision destinés aux applications de mesure et de contrôle critiques. Les capteurs à miroir refroidi mesurent une caractéristique principale de l'humidité, à savoir la température à laquelle la condensation se forme sur une surface. Cela signifie que les hygromètres à miroir refroidi :

  • ont une très faible dérive : la température à laquelle la condensation se forme est mesurée directement.
  • Il n'y a pas de variables calculées qui pourraient se déplacer dans le temps.
  • Sont intrinsèquement répétables, donnant des résultats fiables à chaque fois.
  • Fonctionnement du miroir refroidi

    Le capteur à miroir refroidi se compose d'un miroir à température contrôlée et d'un système de détection optique avancé. Un faisceau de lumière provenant d'une LED est focalisé sur la surface du miroir avec une intensité fixe. Lorsque le miroir est refroidi, la lumière est moins réfléchie en raison de l'effet de diffusion du condensat formé sur la surface du miroir. Les niveaux de lumière réfléchie et diffusée sont mesurés par deux photo-détecteurs et comparés à un troisième détecteur de référence mesurant l'intensité de la lumière provenant de la LED.

    Les signaux de ce système optique sont utilisés pour contrôler avec précision l'entraînement d'un refroidisseur thermoélectrique (TEC) à semi-conducteurs, qui chauffe ou refroidit la surface du miroir. La surface du miroir est alors contrôlée dans un état d'équilibre, où l'évaporation et la condensation se produisent au même rythme. Dans cet état, la température du miroir, mesurée par un thermomètre à résistance de platine, est égale à la température du point de rosée du gaz.

    Choix d'un instrument de référence

    La gamme d'hygromètres de référence à miroir refroidi de Miroir refroidi Instruments possède des capacités de mesure adaptées aux performances de chacune des différentes options de générateur de rh et de point de rosée. Pour les raisons expliquées plus haut dans ce guide, une référence de haute précision est une nécessité pour effectuer des étalonnages traçables et crédibles.

    La précision de mesure de la température ambiante de la plupart des produits Miroir refroidi de Michell Instruments est de ±0,1 °C (±0,18 °F). Lorsque le paramètre d'Étalonnage est l'humidité relative, une mesure de la température ambiante est également nécessaire en tant qu'autre entrée de l'équation qui détermine celle-ci à partir du point de rosée : La pression de vapeur (e) est déterminée en résolvant la formule de Point de rosée (1990) pour la température actuelle du point de rosée. La pression de vapeur saturante (es) est déterminée en répétant le processus pour la température ambiante. On obtient ainsi l'humidité relative en %HR.

    Ce calcul est reconnu et publié dans la publication de 1996 du National Physical Laboratory, 'A Guide to the Measurement of Humidity' . Son utilisation permettra, dans la plupart des cas, d'obtenir des incertitudes de mesure inférieures à celles que l'on peut obtenir avec les hygromètres qui mesurent directement l'humidité relative.

    Étalonnage

    Bien que les hygromètres à miroir refroidi de Miroir refroidi soient fondamentaux et présentent une très faible dérive, afin de maintenir la traçabilité de votre référence, nous vous suggérons de nous la renvoyer pour qu'elle soit étalonnée régulièrement par rapport à l'un de nos étalons de transfert.

    Manifold

    Des conceptions normalisées ou personnalisées de collecteurs sont disponibles pour les capteurs de point de rosée de Michell Instruments, en fonction du nombre de capteurs destinés à être étalonnés sur le système à un moment donné. Nous pouvons également concevoir des collecteurs personnalisés pour accepter des capteurs ou des instruments autres que ceux de Michell ; la configuration optimale est conçue à partir des dimensions de l'appareil et de son dispositif de montage.

    Intégration

    Nous pouvons intégrer divers composants et fonctions du système, tels que l'enregistrement des capteurs testés, l'instrument de référence et d'autres améliorations. Veuillez nous contacter pour plus de détails.

    Nous sommes particulièrement qualifiés pour conseiller nos clients qui souhaitent effectuer leurs propres étalonnages d'humidité. Nous fabriquons une large gamme d'équipements d'Étalonnage de l'humidité (des étalonneurs de table entièrement intégrés aux composants séparés nécessaires pour un système personnalisé) que nous utilisons quotidiennement dans nos propres laboratoires d'étalonnage de l'humidité et de la température dans le monde entier.

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