FR3142006A1 - Appareil pour mesurer un taux d’humidité dans l’air - Google Patents

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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Abstract

A ppareil pour mesurer un taux d’humidité dans l’air La présente invention se rapporte à un appareil (1) pour mesurer un taux d’humidité dans l’air comprenant : un premier capteur piézoélectrique (2) comprenant un disque de quartz (4), un deuxième capteur piézoélectrique (6) comprenant un disque de quartz (8), un dispositif de mesure (18) de fréquence de résonance configuré pour mesurer un changement de fréquence de résonance du disque de quartz (4) du premier capteur piézoélectrique (2), et un capteur de température (20) configuré pour mesurer la température du disque de quartz (8) du deuxième capteur piézoélectrique (6), ledit capteur de température (20) étant fixé à une partie centrale (80) du deuxième disque de quartz (8). Figure pour l’abrégé : Fig. 1.

Description

Appareil pour mesurer un taux d’humidité dans l’air
La présente invention se rapporte à un appareil pour mesurer un taux d’humidité dans l’air.
Il est connu de l’art antérieur divers appareils permettant de mesurer un taux d’humidité dans l’air.
On entend par taux d’humidité dans l’air, une quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air, une concentration en eau à l’état gazeux dans l’air.
Ces appareils sont généralement appelés des hygromètres.
Certains hygromètres sont particulièrement préférés pour réaliser des mesures dans des conditions de faible concentration en eau dans l’air, par exemple pour réaliser des mesures dans la stratosphère où la concentration d’eau dans l’air est très faible.
Parmi ces hygromètres, il est connu par exemple les hygromètres comprenant un capteur piézoélectrique comprenant un disque de quartz. Le principe de mesure du taux d’humidité repose sur la détection d’un changement de fréquence du disque quartz piézoélectrique refroidi lorsqu’une condensation se produit sur sa surface et par un maintien de la température du disque de quartz jusqu'à ce qu’un équilibre soit atteint et qu'une fine couche de condensation d'eau soit présente.
Généralement le disque de quartz piézoélectrique est refroidi au moyen d’un refroidisseur par exemple thermoélectrique jusqu'au point de condensation de la vapeur d'eau contenue dans l’air à sa surface. Lorsque la condensation se produit, la masse de la vapeur d'eau condensée sur la surface du disque de quartz piézoélectrique provoque une modification de la fréquence de résonance. Grâce à ce type d’hygromètre, il est possible de détecter la présence d'un dépôt d'eau en surveillant la fréquence d'oscillation du disque de quartz piézoélectrique refroidi.
La mesure est généralement réalisée au moyen d’un dispositif comprenant une unité de traitement qui mesure le changement de fréquence et envoie un signal à un régulateur de température. Le régulateur de température contrôle la température du disque de quartz piézoélectrique à la température où se produit la condensation de l'eau. On parle de température du point de rosée lorsque le dépôt se fait à des températures positives en degré Celsius, ou de température du point de givre lorsque le dépôt se fait à des températures négatives en degré Celsius.
Comme la fréquence de résonance ne dépend pas seulement de la masse de dépôt d’eau mais également de la température, il est important d’avoir une mesure précise de la température qui règne sur le disque de quartz. Cette température lors de l’équilibre du dépôt d’eau est très proche de la température de rosée ou de givre.
Le dispositif comprend généralement un capteur de température configuré pour mesurer la température qui règne à la surface du disque de quartz piézoélectrique.
La mesure de la température est généralement réalisée au moyen du capteur de température qui est fixé sur les bords du disque de quartz ou intégré dans un support. Or une mesure de la température, pour être optimale, devrait être réalisée au centre du disque de quartz où la sensibilité de mesure de masse est maximale. Cependant une fixation du dispositif de mesure de la température au centre du disque de quartz n’est pas envisageable avec des capteurs précis car celle-ci alourdirait le disque et amortirait les propriétés de résonance du disque. A ce jour, il est difficile de pouvoir déterminer la température exacte qui règne au centre du disque de quartz.
L’invention a notamment pour but de pallier au moins l’un de ces inconvénients et concerne selon un premier aspect un appareil pour mesurer un taux d’humidité dans l’air. L’appareil comprend un premier capteur piézoélectrique comprenant un disque de quartz et un deuxième capteur piézoélectrique comprenant un disque de quartz.
L’appareil comprend un dispositif de mesure de fréquence de résonance configuré pour mesurer un changement de fréquence de résonance du disque de quartz du premier capteur piézoélectrique et un capteur de température configuré pour mesurer la température du disque de quartz du deuxième capteur piézoélectrique, ledit capteur de température étant fixé à une partie centrale du deuxième disque de quartz.
L’appareil selon la présente invention comprend deux disques de quartz dont l’un est destiné à la mesure de la masse d’eau et l’autre est destiné à la mesure de la température. La séparation des deux fonctions permet d’obtenir la température exacte qui règne au centre d’un des disques de quartz grâce au capteur de température fixé au centre de ce disque. Le montage de l’appareil permet, grâce à la mesure de la température d’un des disques, de connaitre la température qui règne sur l’autre disque assurant la fonction de mesure de masse d’eau. Grâce à l’appareil selon l’invention, la précision de la mesure du taux d’humidité est améliorée.
Selon d’autres caractéristiques de l’invention, l’appareil de l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes considérées seules ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
L’appareil comprend un dispositif thermoélectrique configuré pour modifier, en simultané, la température du disque de quartz du premier capteur piézoélectrique et la température du disque de quartz du deuxième capteur piézoélectrique et/ou pour refroidir, en simultané, le disque de quartz du premier capteur piézoélectrique et le disque de quartz du deuxième capteur piézoélectrique.
L’appareil comprend un support monté sur le dispositif thermoélectrique, le premier capteur piézoélectrique et le deuxième capteur piézoélectrique étant montés sur le support de telle sorte qu’un espace est formé entre le support et au moins une partie des disques de quartz des capteurs piézoélectriques.
L’espace formé entre le support et ladite au moins une partie des disques de quartz des capteurs piézoélectriques contient une couche d’air.
L’appareil est configuré de sorte que la température du disque de quartz du premier capteur piézoélectrique et du disque de quartz du deuxième capteur piézoélectrique soit modifiée par conduction de l’air ambiant contenu dans l’espace formé entre le support et lesdites au moins une partie des disques de quartz.
L’espace formé entre le support et au moins une partie des disques de quartz des capteurs piézoélectriques comprend une épaisseur « e » comprise entre 0,02 et 0,08 mm.
Le support comprend un matériau en aluminium.
L’appareil comprend un dispositif d’alimentation en air dans lequel le taux d’humidité est à mesurer, le dispositif d’alimentation étant agencé de sorte que le disque de quartz du premier capteur piézoélectrique et le disque de quartz du deuxième capteur piézoélectrique soient exposés au même flux d’air.
L’appareil comprend un dispositif de guidage configuré pour guider le flux d’air du dispositif d’alimentation d’air vers la partie centrale de chacun des disques de quartz uniquement.
Le dispositif de guidage comprend deux moyens de guidage, chaque moyen de guidage comprenant une forme conique dans lequel une ouverture est ménagée à son sommet.
L’appareil comprend un élément de protection agencé de sorte à empêcher le flux d’air du dispositif d’alimentation d’air d’entrer au contact du reste de l’appareil en dehors des disques de quartz.
est un schéma synoptique de l’appareil selon l’invention.
est une vue du dessus d’une partie de l’appareil selon l’invention.
est une illustration des capteurs piézoélectriques montés sur un support de l’appareil selon l’invention.
est une vue en coupe transversale d’un des capteurs piézoélectriques monté sur le support de l’appareil selon l’invention.
est une vue en coupe transversale d’une partie de l’appareil selon l’invention.
illustre l’appareil selon l’invention comprenant un élément de protection.
illustre est une vue du dessus de l’appareil selon l’invention comprenant l’élément de protection.
illustre le support de l’appareil selon l’invention.
illustre un mode de réalisation d’un dispositif d’alimentation en air dans lequel le taux d’humidité est à contrôler selon l’invention.
illustre le dispositif d’alimentation en air dans lequel le taux d’humidité est à contrôler selon l’invention.
illustre le dispositif d’alimentation en air dans lequel le taux d’humidité est à contrôler selon l’invention.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description nullement limitative qui suit et des figures annexées qui illustrent de manière schématique plusieurs modes de réalisation de l’appareil selon l’invention.
Par souci de simplification, les éléments identiques sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.
La est un schéma synoptique de l’appareil 1, pouvant également être appelé système, selon l’invention.
L’appareil 1 est destiné à mesurer un taux d’humidité dans l’air. L’appareil 1 est configuré pour mesurer un taux d’humidité dans l’air.
On entend par taux d’humidité dans l’air, une quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air, une concentration en eau à l’état gazeux dans l’air.
L’appareil 1 peut également être appelé hygromètre.
L’appareil 1 comprend un premier capteur piézoélectrique 2 comprenant un disque de quartz 4 et un deuxième capteur piézoélectrique 6 comprenant un disque de quartz 8.
On entend que le premier capteur piézoélectrique 2 comprend un premier disque de quartz 4 et que le deuxième capteur piézoélectrique 6 comprend un deuxième disque de quartz 8.
On entend que l’appareil comprend deux disques de quartz 4, 8.
Par exemple, chacun des disques présente un diamètre compris entre 10 et 20 mm, par exemple entre 12 et 18 mm, par exemple 14 mm.
L’épaisseur des disques peut être choisie en fonction de la fréquence de résonance.
Par exemple, chacun des disques de quartz comprend une épaisseur comprise entre 0,2 et 0,5 mm, par exemple entre 0,3 et 0,4 mm, par exemple 0,34 mm. La fréquence de résonnance de chacun des disques de quartz 4, 8 peut être par exemple de 5 MHz.
Chacun des capteurs piézoélectriques 2,6 comprend par exemple deux électrodes métalliques montée chacune sur des faces opposées 4’, 4’’, 8’, 8’’ des disques de quartz 4, 8 (une seule 10, 12 des deux électrodes de chaque disque est visible sur la ).
Les électrodes permettent aux disques de quartz de résonner par effet piézoélectrique.
Chacun des capteurs 2,6 piézoélectriques comprend par exemple deux tiges métalliques ou deux fils à ressort 200, 202, 600, 602. Chaque tige métallique ou fil à ressort est configuré pour relier électriquement une des deux électrodes de chaque disque 4, 8 à un circuit électronique oscillateur 17, par exemple au moyen de liaisons conductrices, par exemple au moyen de fils conducteurs 50, 52.
Le circuit électronique oscillateur 17 est un dispositif configuré pour faire osciller les disques de quartz 4, 8 en entretenant une tension périodique, par exemple sinusoïdale et/ou un courant périodique par exemple sinusoïdal à la fréquence de résonance des disques de quartz. Cette tension et/ou ce courant provoque(nt) une résonance mécanique par l’effet piézoélectrique.
A cet effet, chaque tige métallique ou fil à ressort 200, 2002, 600, 602 est au contact d’une surface de contact des électrodes ( ). Dans le présent exposé, la surface de contact 101, 121 des électrodes agencées sur les faces inférieures de chacun des disques ont été déportées sur les faces supérieures de chaque disque de quartz 4, 8 ( ).
L’appareil 1 selon l’invention comprend par exemple un dispositif d’alimentation en air 14 dont le taux d’humidité est à mesurer, c’est-à-dire une disposition d’alimentation en air dans lequel le taux d’humidité est à mesurer.
Par exemple, le dispositif d’alimentation est agencé de sorte à ce que le premier capteur piézoélectrique 2 et le deuxième capteur piézoélectrique 6 soient exposés au même flux d’air (figures 2 et 9).
Par exemple, le dispositif d’alimentation en air 14 est agencé de sorte que le premier disque de quartz 4 et le deuxième disque de quartz 8 soient exposés au même flux d’air (figures 2 et 9).
Seul le deuxième disque de quartz 8 est visible sur la qui est une vue de côté de l’appareil illustré de face à la . Sur la , le premier disque de quartz 4 est agencé derrière le deuxième disque de quartz 8.
On entend que les disques de quartz 4, 8 sont agencés symétriquement par rapport à l’écoulement de l’air fourni par le dispositif d’alimentation 14.
Ceci permet de soumettre les disques de quartz 4, 8 deux capteurs piézoélectriques 2, 4 aux mêmes conditions.
La illustre un mode de réalisation du dispositif d’alimentation en air 14. Sur cette figure, les capteurs piézoélectriques 2, 6 et leurs disques de quartz 4, 8 respectifs sont vus de côté. Seul le deuxième disque de quartz 8 est visible. Le premier disque de quartz 4 étant agencé derrière le deuxième disque de quartz.
Le dispositif d’alimentation en air 14 peut comprendre un conduit de circulation d’air 140, par exemple le conduit est cylindrique. Le conduit 140 est creux et comprend deux portions d’extrémité opposées 142, 144 ouvertes.
La première portion d’extrémité 142 est une portion d’entrée d’air dont le taux d’humidité est à mesurer (la direction du flux d’air est représentée par la flèche « A »).
La deuxième portion d’extrémité 144 est une portion de sortie d’air dont le taux d’humidité est à mesurer (la direction du flux d’air est représentée par la flèche « A »). Le dispositif d’alimentation en air comprend un moyen configuré pour aspirer l’air dont le taux d’humidité est à mesurer 148. Le moyen d’aspiration d’air 148 est disposé au niveau de la deuxième portion d’extrémité 144 du conduit 140. Par exemple, le moyen d’aspiration d’air est un ventilateur.
Dans le présent exposé, une ouverture 146 est ménagée dans le conduit 140 et est configurée pour recevoir les disques de quartz 4, 8 de manière à les soumettre au flux d’air qui circule dans le conduit (figures 10, 11). L’ouverture 146 est ménagée dans la paroi du conduit 140, entre la première portion d’extrémité 142 et la deuxième portion d’extrémité 144 du conduit 140.
En fonctionnement, lorsque le moyen d’aspiration d’air 148 est mis en marche, l’air dont le taux d’humide est à mesurer est aspiré et circule dans le conduit 140 depuis la première portion d’extrémité 142 jusqu’à la deuxième portion d’extrémité 144 en passant par les disques de quartz maintenus dans l’ouverture 146 (figures 10, 11).
Lorsque les disques de quartz sont reçus dans l’ouverture 146 du conduit 140, ceux-ci sont agencés de sorte que l’axe d’alignement « B » des deux disques est perpendiculaire à la direction d’écoulement « A » du flux d’air ( ).
L’appareil 1 selon l’invention comprend un dispositif thermoélectrique 16. Le dispositif thermoélectrique 16 est configuré pour modifier la température du disque de quartz 4 du premier capteur piézoélectrique 2 et du disque de quartz 8 du deuxième capteur piézoélectrique 6.
Le dispositif thermoélectrique 16 est configuré de sorte à modifier la température, par exemple par refroidissement et/ou chauffage, du disque de quartz 4 du premier capteur piézoélectrique 2 et du disque de quartz 8 du deuxième capteur piézoélectrique 6 de manière homogène et simultanée.
Par exemple, le dispositif thermoélectrique 16 comprend un module à effet Peltier.
Par exemple, le dispositif thermoélectrique 16 est configuré pour refroidir les disques de quartz 4, 8 de sorte à ce que ces derniers atteignent la température à laquelle la vapeur d'eau contenue dans l’air qui fournit par le dispositif d’alimentation en air 14 se condense.
Lorsque la condensation se produit, la masse de la vapeur d'eau condensée sur la surface de chaque disque de quartz 4, 8 est destinée à provoquer modification de la fréquence de résonance des disques de quartz.
La modification de la fréquence de résonance des disques de quartz permet de détecter la présence d'un dépôt d'eau sur la surface de disque.
L’appareil 1 peut comprendre une interface 160 d’évacuation de la chaleur du dispositif thermoélectrique 16 ( ).
Si la fréquence d’oscillation diminue du fait d’une condensation trop importante, le dispositif thermoélectrique peut augmenter la température des disques de quartz 4, 8 pour revenir à l’équilibre.
L’appareil 1 selon l’invention peut comprendre un support 32 sur lequel sont montés le premier et le deuxième capteurs piézoélectriques 2, 6.
Le support 32 peut comprendre un matériau comprenant un alliage d’aluminium. Ce matériau est particulièrement préféré pour sa bonne conductivité thermique. Le support 32 peut également comprendre un matériau en alliage de cuivre qui présente également une bonne conductivité thermique.
Par exemple le premier disque de quartz 4 est monté adjacent au deuxième disque de quartz 8 sur le support 32.
Par exemple le support 32 est agencé entre les capteurs piézoélectriques 2, 4 et le dispositif thermoélectrique 16.
Le premier capteur piézoélectrique 2 et le deuxième capteur piézoélectrique 6 sont montés sur le support 32 de telle sorte qu’un espace 34 est formé entre le support 32 et au moins une partie de chacun des disques de quartz 4, 8 des capteurs piézoélectriques 2,6. Ladite au moins une partie de chacun des disques de quartz 4, 8 comprend une partie centrale des disques comprenant le centre des disques.
On entend par centre d’un disque, un point intérieur situé à égale distance de tous les points de la circonférence du disque.
Par exemple, le support 32 comprend une base 320 et des surépaisseurs 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328 faisant saillie de la base.
Chaque disque de quartz 4, 8 est destiné à reposer sur un ou plusieurs des surépaisseurs 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328 lorsqu’il est monté sur le support 32.
On entend que chaque disque de quartz 4, 8 est destiné à être en appui sur les surépaisseurs du support 32.
Les surépaisseurs 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328 permettent de monter les disques de quartz 4, 8 à distance de la base 320 du support lorsque les disques de quartz 4, 8 sont montés sur le support 32 ( ).
Les surépaisseurs 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328 sont disposées sur la base 320 du support de sorte à être situées sur une partie des bords des disques lorsque les disques de quartz 4, 8 reposent sur les surépaisseurs 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328.
Le premier disque de quartz 4 et le deuxième disque de quartz 8 sont ainsi montés sur le support 32 de telle sorte que l’espace 34 est formé entre le support 32 et les disques de quartz 4, 8 en dehors de certaines parties des bords des disques.
Par exemple le support 32 comprend quatre surépaisseurs 321, 322, 323, 324 sur lesquels reposent le premier disque de quartz 4, et quatre surépaisseurs 325, 326, 327, 328 sur lesquels reposent le deuxième disque de quartz 8.
Dans le présent exposé, l’espace 34 formé entre le support 32 et ladite au moins une partie des disques de quartz (comprenant la partie centrale des disques) est destiné à contenir une couche d’air, par exemple d’air ambiant.
L’appareil 1 peut ainsi être configuré de sorte à ce que la température du disque de quartz 4 du premier capteur 2 et du disque de quartz 6 du deuxième capteur 8 soit modifiée par conduction de la couche d’air contenue dans l’espace 34 formé entre le support et les disques de quartz 4, 8.
Par exemple le support 32 peut être monté sur le dispositif thermoélectrique 16, par exemple directement sur le dispositif thermoélectrique.
Le dispositif thermoélectrique 16 peut modifier la température en refroidissant ou chauffant le support 32 qui à son tour modifie ou chauffe la couche d’air contenue dans l’espace 34 formé entre le support et les disques de quartz.
La couche d’air contenue dans l’espace formé entre le support et les disques de quartz modifie alors la température des disques de quartz 4, 8 par un transfert d’énergie thermique.
L’espace 34 doit être aussi petit que possible afin de permettre de modifier la température des disques de quartz par une conduction thermique entre le support 32 et les disques de quartz 4, 8. La conduction est ainsi réalisée au moyen de la mince couche d’air contenue dans ledit espace 34. Cette configuration permet une résonnance des disques de quartz 4, 8 sans créer un amortissement et un refroidissement à une température très proche de celle du support 32.
Par exemple, l’espace 34 formé entre le support 32 et ladite au moins une partie des disques de quartz comprend par exemple une épaisseur « e » comprise entre 0,02 et 0,08 mm.
On entend que l’espace 34 formé entre le support 32 et ladite au moins une partie des disques de quartz qui comprend au moins la partie centrale de chacun des disques comprend par exemple une épaisseur « e » comprise entre 0,02 et 0,08 mm.
On entend que l’espace 34 formé entre le support 32 les disques de quartz en dehors d’une partie de leurs bords comprend par exemple une épaisseur « e » comprise entre 0,02 et 0,08 mm.
Cette configuration permet de s’affranchir d’un mécanisme de refroidissement des disques de quartz par contact sur les bords des disques de quartz qui engendre généralement un important gradient de température sur les disques de quartz.
Cette configuration permet d’obtenir un refroidissement plus homogène sur la quasi-totalité de la surface des disques et de réduire les gradients de température. Ceci permet également un meilleur fonctionnement du quartz.
En effet, lorsque l’on forme des gradients de température dans un disque de quartz il peut arriver que cela engendre des petits sauts de fréquences indésirables. Ces gradients de température (ou inhomogénéités de température) dans un disque génèrent des contraintes mécaniques qui sont la cause de ces sauts fréquentiels brutaux.
L’appareil 1 selon l’invention peut comprendre un dispositif de mesure de fréquence de résonance 18.
Le dispositif de mesure de fréquence 18 est configuré pour mesurer un changement de fréquence de résonance du disque de quartz 4 du premier capteur piézoélectrique 2.
On entend que le dispositif de mesure de fréquence de résonance est configuré pour mesurer la fréquence de résonance du disque de quartz du premier capteur piézoélectrique.
Le dispositif de mesure de fréquence 18 est configuré pour mesurer un changement de fréquence de résonance du disque de quartz 4 du premier capteur piézoélectrique 2 uniquement. Par exemple, le premier disque de quartz 4 est relié au dispositif de mesure de fréquence au moyen de liaison conductrice, par exemple de fil conducteur 54.
L’appareil 1 selon l’invention comprend un premier capteur de température 20.
Le premier capteur de température 20 est configuré pour mesurer la température du disque de quartz 8 du deuxième capteur piézoélectrique 6.
Le premier capteur de température 20 est configuré pour mesurer la température du disque de quartz 8 du deuxième capteur piézoélectrique 6 uniquement.
Le premier capteur de température 20 est fixé en partie centrale, c’est-à-dire la partie centrale, par exemple au centre 80 du deuxième disque de quartz 8.
Le premier capteur de température 20 est fixé en partie centrale 80 d’une des faces du deuxième disque de quartz uniquement.
Par exemple, le premier capteur de température 20 peut être est fixé au centre de la face 8‘’ du deuxième disque de quartz qui est tournée vers le support 32 lorsque le capteur piézoélectrique est monté sur le support 32.
Par exemple, le premier capteur de température est fixé par collage au centre du deuxième disque de quartz. Par exemple, le collage peut être réalisé au moyen de colle.
Par exemple le premier capteur de température 20 est une sonde de température, par exemple une micro-sonde de température, par exemple une sonde PT1000.
La sonde PT1000 est particulièrement préférée pour l’obtention d’une mesure précise de température.
L’agencement du premier capteur de température 20 au centre du deuxième disque de quartz permet de déterminer la température exacte qui règne au centre du deuxième disque de quartz.
L’agencement du premier capteur de température 20 amortit la résonance du deuxième disque de quartz.
Aussi, l’appareil selon l’invention utilise deux disques de quartz agencés symétriquement par rapport à l’écoulement de l’air fourni par le dispositif d’alimentation et dont le taux d’humidité est à mesurer. Le premier disque de quartz est destiné à la mesure du dépôt d’eau et le deuxième disque de quartz est destiné à la mesure de la température. Une telle configuration symétrique permet d’avoir le même équilibre des températures de surface des disques de quartz et de séparer les fonctions recherchées de dépôt d’eau et de température. La mesure de température du deuxième disque de quartz permet de connaitre la température qui règne au centre du premier disque de quartz, lui-même destiné à la mesure de dépôt d’eau. La mesure de dépôt d’eau et la mesure de température est réalisée en simultané.
L’appareil 1 selon l’invention peut comprendre un deuxième capteur de température 22. Le deuxième capteur de température 22 est configuré pour mesurer la température du support 32.
Par exemple, le deuxième capteur de température 22 peut être monté sur le support 32 ( ).
Le deuxième capteur de température 22 permet de faire une correction de la température mesurée par le premier capteur 20 afin de déterminer encore plus précisément la température de rosée ou de givre. L’appareil 1 peut comprendre un troisième capteur de température (non représenté) configuré pour mesurer la température de l’air pour le calcul du taux d’humidité relatif.
Par exemple le deuxième capteur de température 22 est une sonde de température, par exemple une micro-sonde de température, par exemple une sonde PT1000.
L’appareil 1 peut comprendre une unité de traitement 24 configurée pour recevoir des données du dispositif de mesure de fréquence 18 et des données du premier capteur de température 20 et du deuxième capteur de température 22 et du troisième capteur de température. Par exemple, l’une unité de traitement 24 peut être reliée au dispositif de mesure de fréquence 18, au premier capteur de température 20 et au deuxième capteur de température 22 et du troisième capteur de température au moyen de liaisons conductrices, par exemple de fil conducteur 56, 58, 60.
Le dispositif de mesure de fréquence 18 est configuré pour fournir une indication du changement de fréquence de résonance du premier disque de quartz 4 à l’unité de traitement 24.
La fréquence de résonance du premier disque de quartz 4 changeant lorsque la vapeur d'eau se condense sur le premier disque de quartz refroidit au moyen du le dispositif thermoélectrique 16 par exemple.
Le premier capteur de température 20 permet de mesurer quant à lui la température qui règne au centre du deuxième disque de quartz 8 lors de la condensation. Cette température est très proche du point de rosée ou de givre.
Le deuxième capteur de température 22 permet de mesurer la température du support 22. Cette mesure permet d’apporter une correction sur la mesure du premier capteur 20.
La température du point de rosée et la température du support sont enregistrées par l’unité de traitement 24 qui est configurée pour activer un régulateur de température 26. Le régulateur de température est configuré pour commander le dispositif thermoélectrique 16 afin de modifier la température des disques de quartz (baisse ou augmentation de température) jusqu’à atteindre et maintenir la température du point de rosée ou de givre. Le régulateur de température reçoit un signal de l’unité de traitement et agit sur le dispositif thermoélectrique de sorte à ce que ce dernier atteigne puis maintienne la température des disques de quartz à la température du point de rosée ou de givre. Le régulateur de température 26 peut être relié à l’unité de traitement 24 au moyen de liaison conductrice, par exemple de fil conducteur 62. Alternativement le système peut comprendre un calculateur comprenant le régulateur de température 26 et l’unité de traitement 24. Dans ce cas, le calculateur peut être configuré pour mettre en œuvre un logiciel, par exemple un même logiciel, de sorte à assurer le fonctionnement du calculateur en tant que régulateur de température et unité de traitement. Le régulateur de température 26 peut être relié au dispositif thermoélectrique au moyen de liaison conductrice, par exemple de fil conducteur 64.
L’unité de traitement 24 peut comprendre un microprocesseur avec un programme stocké dans sa mémoire. Le programme est configuré pour calculer l'humidité relative à partir des données reçues du dispositif de mesure de fréquence de résonance 18, du premier capteur de température 20 et du deuxième capteur de température 22 et du capteur de mesure de la température de l’air ambiant.
L’appareil 1 peut comprendre des moyens d’affichage 28, par exemple un écran, configurés pour afficher le taux d’humidité calculé par l’unité de traitement. Les moyens d’affichage 28 peuvent être reliés à l’unité de traitement au moyen de liaison conductrice, par exemple de fil conducteur 66.
L’appareil 1 peut comprendre un dispositif d’alimentation en énergie 30. Le dispositif d’alimentation en énergie est configuré pour fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement des composants de l’appareil.
L’appareil 1 peut comprendre un dispositif de guidage 36 configuré pour guider le flux d’air issu du dispositif d’alimentation 14 vers chacun des disques de quartz 4, 8 uniquement.
Par exemple le dispositif de guidage 36 est configuré pour guider le flux d’air du dispositif d’alimentation 14 vers la partie centrale de chacun des disques de quartz uniquement ( ).
Par exemple le dispositif de guidage 36 comprend deux moyens de guidage 38, 40. On entend par moyens de guidages, des guides par exemple.
Par exemple, chacun des moyens de guidage 38, 40 comprend, c’est-à-dire présente une forme conique, dans lequel une ouverture 38’, 40’ est ménagée à son sommet.
Par exemple chaque moyen de guidage 38, 40 est agencé au-dessus d’un des disques de quartz 4, 8 respectivement ( ).
L’appareil 1 peut comprendre une première partie comprenant les capteurs piézoélectriques 2, 6, une deuxième partie comprenant le support 32, le dispositif thermoélectrique 16 et l’interface d’évacuation de chaleur 160 et une troisième partie comprenant le reste de l’appareil 1.
L’appareil 1 peut comprendre un élément de protection 400 agencé de sorte à empêcher au flux d’air provenant du dispositif d’alimentation en air 14 d’entrer au contact de la deuxième partie de l’appareil. La troisième partie de l’appareil étant agencée à distance du dispositif d’alimentation en air.
Cette configuration permet à l’air dont le taux d’humidité est à mesurer d’être au contact des disques de quartz 4, 8 uniquement.
Ceci permet d’éviter que l’air ne s’appauvrisse en eau avant d’atteindre la surface des disques de quartz. Par exemple le support peut être plus froid que la température de rosée ou de givre, le support pourrait ainsi capter l’eau de l’air avant que les disques de quartz ne le fassent.
Par exemple l’élément de protection 400 comprend un cylindre 4000 à l’intérieur duquel la première partie et la deuxième partie de l’appareil 1 est montée.
Comme l’illustre les figures 10 et 11, le cylindre peut être reçu dans l’ouverture 146 ménagée dans le conduit 140 du dispositif d’alimentation en air 14.
Par exemple, l’élément de protection 400 comprend le dispositif de guidage 36 permettant à la première partie de l’appareil comprenant les disques de quartz 4, 8 d’être soumis au flux d’air. Le dispositif de guidage 36 permettant au flux d’air d’être dirigé vers le centre des disques de quartz.
Par exemple l’élément de protection 400 et le dispositif de guidage 36 peuvent être formés en une pièce unique.
Par exemple l’élément de protection 400 comprend un couvercle 404, par exemple un couvercle cylindrique, monté à une extrémité du cylindre 4000.
Par exemple le cylindre 4000 et le couvercle 404 sont formés en une pièce unique.
Par exemple le dispositif de guidage 36 est agencé sur le couvercle 404 de l’élément de protection 400. Le dispositif de guidage est agencé de sorte à ne pas être au contact des disques de quartz 4, 8.
L’invention offre une amélioration de la précision de mesure du taux d’humidité des hygromètres qui utilise un disque de quartz.
L’invention trouve des applications particulièrement intéressantes dans le domaine de la mesure de très faibles concentrations en eau dans l’air, par exemple la mesure du taux d’humidité de la stratosphère.

Claims (11)

  1. Appareil (1) pour mesurer un taux d’humidité dans l’air comprenant :
    • un premier capteur piézoélectrique (2) comprenant un disque de quartz (4),
    • un deuxième capteur piézoélectrique (6) comprenant un disque de quartz (8),
    • un dispositif de mesure (18) de fréquence de résonance configuré pour mesurer un changement de fréquence de résonance du disque de quartz (4) du premier capteur piézoélectrique (2), et
    • un capteur de température (20) configuré pour mesurer la température du disque de quartz (8) du deuxième capteur piézoélectrique (6), ledit capteur de température (20) étant fixé à une partie centrale (80) du deuxième disque de quartz (8).
  2. Appareil (1) selon la revendication 1, dans lequel l’appareil comprend un dispositif thermoélectrique (16) configuré pour modifier, en simultané, la température du disque de quartz (4) du premier capteur piézoélectrique (2) et la température du disque de quartz (8) du deuxième capteur piézoélectrique (6) et/ou pour refroidir, en simultané, le disque de quartz (4) du premier capteur piézoélectrique (2) et le disque de quartz (8) du deuxième capteur piézoélectrique (6).
  3. Appareil (1) selon la revendication 2 dans lequel l’appareil (1) comprend un support (32) monté sur le dispositif thermoélectrique (16), le premier capteur piézoélectrique (2) et le deuxième capteur piézoélectrique (6) étant montés sur le support (32) de telle sorte qu’un espace (34) est formé entre le support (32) et au moins une partie des disques de quartz (4, 8) des capteurs piézoélectriques (2, 6).
  4. Appareil (1) selon la revendication précédente dans lequel l’espace (34) formé entre le support (32) et ladite au moins une partie des disques de quartz des capteurs piézoélectriques contient une couche d’air.
  5. Appareil (1) selon la revendication précédente dans lequel l’appareil (1) est configuré de sorte que la température du disque de quartz (4) du premier capteur piézoélectrique (2) et du disque de quartz (8) du deuxième capteur piézoélectrique (6) soit modifiée par conduction de l’air ambiant contenu dans l’espace (34) formé entre le support (32) et lesdites au moins une partie des disques de quartz.
  6. Appareil (1) selon l’une quelconques des revendications 4 ou 5 dans lequel l’espace (34) formé entre le support et au moins une partie des disques de quartz des capteurs piézoélectriques comprend une épaisseur « e » comprise entre 0,02 et 0,08 mm.
  7. Appareil (1) selon l’une quelconques des revendications 4 à 6 dans lequel le support (32) comprend un matériau en aluminium.
  8. Appareil (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’appareil (1) comprend un dispositif d’alimentation (14) en air dans lequel le taux d’humidité est à mesurer, le dispositif d’alimentation (14) étant agencé de sorte que le disque de quartz (4) du premier capteur piézoélectrique (2) et le disque de quartz (8) du deuxième capteur piézoélectrique (6) soient exposés au même flux d’air.
  9. Appareil (1) selon la revendication précédente dans lequel l’appareil (1) comprend un dispositif de guidage (36) configuré pour guider le flux d’air du dispositif d’alimentation d’air (14) vers la partie centrale de chacun des disques de quartz (4, 8) uniquement.
  10. Appareil (1) selon la revendication précédente lequel le dispositif de guidage (36) comprend deux moyens de guidage (38, 40), chaque moyen de guidage (38, 40) comprenant une forme conique dans lequel une ouverture est ménagée à son sommet.
  11. Appareil (1) selon l’une quelconque des revendications 8 à 10 dans lequel l’appareil (1) comprend un élément de protection (40) agencé de sorte à empêcher le flux d’air du dispositif d’alimentation d’air (14) d’entrer au contact du reste de l’appareil en dehors des disques de quartz (4, 8).
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