Techniques de mesure de l humidité

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1 Introduction La mesure de l'humidité de l'air prend toujours plus d'importance. Le progrès sans cesse croissant des techniques et des processus, les demandes au point de vue qualité et les économies d'énergie, demandent des appareils de mesure précis, stables dans le temps, à prix attractif, afin de mesurer l'humidité relative et absolue ainsi que le point de rosée. Différents procédés de mesures Hygromètre à cheveux Psychromètre Point de rosée Capteur d'humidité capacitif L'hygromètre à cheveux est une des plus anciennes méthodes de mesure de l'humidité. La longueur d'un cheveu varie en fonction de l'humidité ambiante. La variation de la longueur nous donne une indication sur l'humidité relative. Il s'agit d'un capteur de température recouvert d'une chaussette humide en coton. L'humidité autour du capteur, à cause de la chaussette, engendre un refroidissement. Un deuxième capteur prend la température ambiante. L'intégration de ces deux valeurs détermine l'humidité absolue de l'air. Un miroir est refroidi jusqu'à ce qu'il arrive à la température du point de rosée. La condensation sur le miroir va être contrôlée et ainsi on pourra calculer l'humidité relative. Un condensateur voit sa valeur de capacité varier en fonction de l'humidité. Avantage - simple dans l'acquisition technique de mesure - peu onéreux - une mesure très précise peut ainsi être effectuée si la manipulation est méticuleuse (2 3%HR). - grande étendue de mesure - haute précision - peu onéreux, rapide et précis (±1 %HR) - plage de mesure importante ( %HR, C) - stabilité dans le temps - petit et portatif Inconvénients Inconvénients Inconvénients Inconvénients - frais d'entretien important - fréquente régénération du cheveu - plage de mesure variant seulement de 15% à 85 %HR, jusqu'à 50 C maxi. - précision de l'ordre de ± 5 %HR - mesures lentes. - pas pour des mesures ponctuelles - manipulation contraignante (utilisation d'eau distillée) - il faut effectuer un comparatif par rapport à l'air ambiant avant chaque mesure et remplacer la chaussette - procédé de mesure coûteux - non autonome - mesure de température très précise requise - temps de réponse long - manipulation contraignante Avant le capteur capacitif était considéré comme non robuste et instable Aujourd'hui Les capteurs d'humidité capacitifs sont à la pointe de la technique et sont bien implantés dans les techniques de mesures industrielles.

2 Humidité absolue, g/m 3 L humidité absolue indique le poids d eau se trouvant dans un mètre cube d air ou de gaz Humidité relative, %HR L'indication d'humidité relative est un pourcentage de la valeur maximale de vapeur d'eau contenue, à un temps donné, dans l'air. Les informations sur l'humidité relative sont toujours fonction d'une température. Température humide, C L évaporation entraîne un refroidissement. Avec un thermomètre enveloppé dans un tissu humide, la température chute suite à la chaleur de l évaporation. L évaporation est dépendante de l humidité relative environnante et du flux d air. Avec un deuxième thermomètre au sec, la différence de température peut être déterminée. Unité: [ C, F] Degré d humidité X Le degré d humidité X est défini comme une proportion de la masse d eau sur la masse d air (gaz sec). Unité: [g/kg] Point de rosée, td Le point de rosée est une valeur exprimée en C td et correspond à la température à laquelle il y a condensation ou saturation. Pression de vapeur saturante, pas Partie de l ensemble de la pression dans une pièce, qui est déterminée à partir de la vapeur d eau. Unité: [mbar, hpa] Enthalpie, capacité calorique, i La capacité calorique est l énergie calorique que l air humide a emmagasiné. A 0 C, l énergie est ramenée à 0. L enthalpie est importante pour le calcul de la puissance frigorifique et de réchauffement. Les différences de mesure, par exemple avant et des échangeurs de chaleur, sont particulièrement intéressantes. Diagramme de Mollier Capacité calorique de l air en kcal/kg air sec > / température de l humidité de l air en C > Degré d humidité X en g/kg de l air sec > A = Refroidissement et deshumidification B = Refroidissement C = Refroidissement et humidification D = Humidification E = Chauffe et humidification F = Chauffage G = Chauffe et humidification H = Deshumidification Wärmeinhalt in der Luft in kcal/kg tr. Luft Pression de la vapeur d eau en Torr Feuchtegrad X in g/kg trockene Luft > Le testo 650 indique automatiquement toutes les grandeurs du diagramme de Mollier Capteur d humidité testo Capteur d humidité testo Testo, grâce au développement de son propre capteur, a réussi à élargir les applications pour les capteurs capacitifs sensibles: - mesures jusqu'à +180 C - plage du point de rosée de -50 à +100 C - stabilité des mesures en-dessous des conditions (extrêmes) limites - haute précision dans les zones proches de la saturation (> 95 %HR). Les qualités prépondérantes des capteurs d'humidité Testo sont : - la précision - la stabilité dans le temps - la résistance thermique - la robustesse

3 Test en charge (essais en charge) Plus de 100 capteurs furent soumis aux différentes conditions énumérées ci-dessous. Ils ont été contrôlés avant et chaque exposition dans une enceinte climatique h. dans du gaz de combustion refroidi à 20 C avant les 90 %HR: Le gaz de combustion d'un brûleur fioul (O 2 = 5,9 %, CO = 45 ppm, NO x = 50 ppm, SO 2 = 70 ppm) a été prélevé de la cheminée dans un récipient avec les capteurs et refroidi automatiquement h. dans la fumée de 3000 cigarettes/m minutes dans de l'eau potable mois dans un abri météo, 07/90-07/91 5. plongé 5 minutes dans de l'acool Isopropyl 6. 3 mois dans du Silicagel à 20 C/0,1 % HR 7. 3 mois à -25 C/95 %HR 8. 3 mois à 92 %HR (à 20 C) 9. Test de choc: test de résistance au choc 16 h. à - 20 C 10 min. dans de l eau bouillante encore humide à -20 C pour 1 h. étuve à circulation d'air par C pour 3 h. plongé dans de l'eau glacée à + 4 C pendant 5 min. chauffé pendant 5 min. à 125 C mois dans une fromagerie: 7 C/70 %HR mois dans un poulailler: 15 C/80 %HR mois dans une porcherie: 17 C/70 % HR h. dans une gazinière: 150 C/10 %HR jours dans de l'air saturé: 20 C/98 %HR jours dans un procédé de séchage du bois: C/ %HR La constance de l'afficheur a été testée à la résistance et il n'y a pas d'influence au delà de ±1 %HR. Applications Plus de capteurs d'humidité testo sont utilisés dans des appareils portatifs, des enregistreurs et appareils stationnaires dans les divers secteurs tels: - l industrie du tabac - le contrôle du climat d'espace clos - le stockage des marchandises sensibles - les garderies, les laveries Caractéristiques techniques Etendue de mesure: Etendue de température: Hystérésis (cycle de 3 h %HR): Temps de réponse t90: Sensibilité à la temp.: Point de rosée td Reproductibilité: - la branche alimentaire - la production de bois - l industrie pharmaceutique - les procédés de séchage etc... Détermination du point de rosée td: - dans de l'air comprimé - dans le dioxyde de carbone CO 2 - dans le gaz - dans l'oxygène (O 2 ) %HR C < 1,0 %HR < 15 sec. 0,03 %HR/ C -50 C +100 C < 0,3 %HR Sondes d humidité de référence pour une précision optimale - Précision ±1%HR - Fiabilité dans le temps garantie 2 ans avec des conditions normales d utilisation Ecart pour chaque référence en %HR La stabilité dans le temps des capteurs d humidité testo PTB; JQA; C

4 Essais comparatifs Trois sondes de précision ont été testées lors d essais comparatifs par le PTB à Berlin, le NIST aux USA, par l institut national français CETIAT, l institut italien IMGC, le NPL en Grande-Bretagne, par l institut national espagnol INTA, par le JQA au Japon, par le KRISS en Corée, par le NRCCRM à Pékin et par le laboratoire d étalonnage accrédité DKD Testo. Ceux-ci confirment tous les résultats de mesure effectués par Testo sur la précision des sondes. 12/00 09/00 KRISS NRCCRM 08/01 04/00 PTB 10/00 05/00 JQA 03/01 03/99 08/96 PTB 04/96 10/98 INTA 10/98 10/96 09/98 10/96 CETIAT 12/96 07/97 09/98 NPL NIST IMGC 05/97 10/97 PTB: CETIAT: NIST: IMGC: NPL: INTA: JQA: KRISS: Physikalisch Technische Bundesanstalt, Berlin, Dr. G. Scholz, Test Nr. PTB Centre Technique des Industries Aérauliques et Thermiques, Villeurbanne, B. Cretinon, Test n A National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Dr. P. Huang, Test Nr. H-4608 Istituto Di Metrologia G. Colonetti, Torino, Antonio Actis, Test Nr. 556/97 National Physical Laboratory UK, M. Stevens, Test Nr. 08C043/98020 Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial, Madrid, Dr. R. Benyon, Test Nr. 0048/0049 Japan Quality Assurance Organization, Tokyo, Takashi Sugiyama, Test Nr Korea Research Institute of Standards and Science, Seoul, Dr. H. Nham, Test Nr NRCCRM: National Research Center for Certified Reference Materials, Peking, Yi Hong, Test Nr Extrait du rapport du NIST (National Institute of Standards & Technology, Test N 4608) 2 sondes d humidité en test: Val. Val. Humidité réelle Température réelle nom. nom. %HR C Sonde 1 Sonde 2 Sonde 1 Sonde 2 10,19 25,06 9,8 10,1 25,1 25,0 30,08 25,01 30,0 30,3 25,1 25,0 49,90 25,03 49,9 50,2 25,1 25,0 69,82 25,01 69,7 70,1 25,1 25,0 89,68 25,03 89,8 90,3 25,1 25,0 Quatre sondes d humidité haute température en test à +80 C et 90% HR Résultats des tests 10 jours d utilisation continue: écart maximal <1%HR! Ecart en %HR 1,5 1 0,5 0-0,5-1 -1,5 Départ 10 jours 20 jours 30 jours 40 jours

5 Techniques de mesure de la valeur aw Activité de l eau: valeur aw Humidité d équilibre La valeur aw donne des informations sur l eau non liée chimiquement. La mesure se base sur l humidité d équilibre. Dans un local fermé avec une quantité proportionnellement faible d air l eau libre contenue dans la substance Viande Poisson Pain Jus de fruits Salami Fruits secs solide définit l humidité relative de l air ambiant. L activité de l eau (valeur aw) est pratiquement égale à l humidité d équilibre dans un local fermé. Elle n est pas indiquée dans la plage de 0 à 100 %HR mais entre 0 et 1 aw. Ainsi aw = 0 s applique aux substances sans eau et aw = 1 s applique à l eau pure. Etant donné que l activité de l eau dépend de la température, il faut toujours indiquer la température de référence. Les matériaux qui absorbent, retiennent ou dégagent de l humidité sont hygroscopiques. Ces matériaux s efforcent en permanence d obtenir un équilibre avec l humidité de l air ambiant. L eau libre dans un matériau hygroscopique entraîne une augmentation de la pression de vapeur sur la surface du matériau. Lorsque la pression de vapeur de l eau à la surface du matériau et celle de l atmosphère environnante est égale, on parle d humidité d équilibre. Toute différence entre ces deux pressions entraîne un échange d eau. Chocolat Farine, amidon Noisette Teneur en eau Lait en poudre Miel Viande séchée Poisson séché Pâtes Biscuits non fourrés Crackers, gaufres plates La teneur en eau est la quantité d eau d un matériau par rapport à sa substance sèche. L unité est exprimée en pourcentage du poids (% poids). La teneur en eau est seulement intéressante lorsqu un matériau est vendu au poids. Comprimés pharmaceutiques 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Activité de l eau Activité de l eau des différents aliments Le système de mesure de référence fixe de nouvelles normes dans la mesure de la valeur aw. Exactitude de la mesure ± 0,01 aw. Reproductibilité de la mesure ± 0,003 aw. L exactitude du capteur de précision est prouvée dans des essais comparatifs interlabos! - Stabilité de la mesure pendant des années, autrement dit, les règlages ultérieurs fréquents et laborieux disparaissent. - Système de mesure raccordé à des standards nationaux! Livraison sur demande avec certificat d étalonnage DKD. Ce dernier est une garantie, également lors des expertises juridiques. - Documentation simple et sûre des résultats de mesure avec imprimante connectable ou par PC.