WO2024100364A1 - Appareil pour mesurer un taux d'humidité dans l'air - Google Patents

Appareil pour mesurer un taux d'humidité dans l'air Download PDF

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WO2024100364A1
WO2024100364A1 PCT/FR2023/051760 FR2023051760W WO2024100364A1 WO 2024100364 A1 WO2024100364 A1 WO 2024100364A1 FR 2023051760 W FR2023051760 W FR 2023051760W WO 2024100364 A1 WO2024100364 A1 WO 2024100364A1
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piezoelectric sensor
air
disk
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Michel CHARTIER
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Centre National d'Études Spatiales
Centre National De La Recherche Scientifique
Universite D'orleans
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Definitions

  • the present invention relates to a device for measuring humidity in the air.
  • humidity level in the air we mean a quantity of water vapor contained in the air, a concentration of water in the gaseous state in the air.
  • Certain hygrometers are particularly preferred for carrying out measurements under conditions of low water concentration in the air, for example for carrying out measurements in the stratosphere where the concentration of water in the air is very low.
  • hygrometers comprising a piezoelectric sensor comprising a quartz disk are known, for example.
  • the principle of measuring the humidity level is based on the detection of a change in frequency of the cooled piezoelectric quartz disk when condensation occurs on its surface and by maintaining the temperature of the quartz disk until an equilibrium is reached and a thin layer of water condensation is present.
  • the piezoelectric quartz disk is cooled by means of a cooler, for example thermoelectric, up to the condensation point of the water vapor contained in the air on its surface.
  • a cooler for example thermoelectric
  • the mass of water vapor condensed on the surface of the piezoelectric quartz disk causes a change in the resonant frequency. Thanks to this type of hygrometer, it is possible to detect the presence of a water deposit by monitoring the oscillation frequency of the cooled piezoelectric quartz disk.
  • the measurement is generally carried out by means of a device comprising a processing unit which measures the change in frequency and sends a signal to a temperature regulator.
  • the temperature controller controls the temperature of the piezoelectric quartz disk to the temperature where water condensation occurs. We speak of dew point temperature when the deposition takes place at positive temperatures in degrees Celsius, or of frost point temperature when the deposition takes place at negative temperatures in degrees Celsius.
  • the resonance frequency does not depend only on the mass of water deposit but also on the temperature, it is important to have a precise measurement of the temperature which reigns on the quartz disk. This temperature during the equilibrium of the water deposit is very close to the dew or frost temperature.
  • the device generally comprises a temperature sensor configured to measure the temperature prevailing on the surface of the piezoelectric quartz disk.
  • the temperature measurement is generally carried out by means of the temperature sensor which is fixed on the edges of the quartz disk or integrated into a support.
  • a temperature measurement should be carried out at the center of the quartz disk where the mass measurement sensitivity is maximum.
  • fixing the temperature measuring device in the center of the quartz disk is not possible with precise sensors because this would make the disk heavier and dampen the resonance properties of the disk. To date, it is difficult to determine the exact temperature in the center of the quartz disk.
  • the invention aims in particular to overcome at least one of these drawbacks and according to a first aspect relates to an apparatus for measuring a humidity level in the air.
  • the apparatus includes a first piezoelectric sensor including a quartz disk and a second piezoelectric sensor including a quartz disk.
  • the apparatus comprises a resonant frequency measuring device configured to measure a change in resonant frequency of the quartz disk of the first piezoelectric sensor and a temperature sensor configured to measure the temperature of the quartz disk of the second piezoelectric sensor , said temperature sensor being fixed to a central part of the second quartz disk.
  • the apparatus according to the present invention comprises two quartz disks, one of which is intended for measuring the mass of water and the other is intended for measuring the temperature.
  • the separation of the two functions makes it possible to obtain the exact temperature prevailing in the center of one of the quartz disks thanks to the temperature sensor fixed in the center of this disk.
  • the assembly of the device allows, thanks to the measurement of the temperature of one of the disks, to know the temperature which reigns on the other disk ensuring the function of measuring the mass of water. Thanks to the device according to the invention, the precision of the humidity level measurement is improved.
  • the apparatus of the invention may comprise one or more of the following optional characteristics considered alone or in all technically possible combinations.
  • the apparatus comprises a thermoelectric device configured to modify, simultaneously, the temperature of the quartz disk of the first piezoelectric sensor and the temperature of the quartz disk of the second piezoelectric sensor and/or to cool, simultaneously, the disk of quartz of the first piezoelectric sensor and the quartz disk of the second piezoelectric sensor.
  • the apparatus comprises a support mounted on the thermoelectric device, the first piezoelectric sensor and the second piezoelectric sensor being mounted on the support such that a space is formed between the support and at least a portion of the quartz disks piezoelectric sensors.
  • the space formed between the support and said at least part of the quartz disks of the piezoelectric sensors contains a layer of air.
  • the device is configured so that the temperature of the quartz disk of the first piezoelectric sensor and of the quartz disk of the second piezoelectric sensor is modified by conduction of the ambient air contained in the space formed between the support and said at least part of the quartz disks.
  • the space formed between the support and at least part of the quartz disks of the piezoelectric sensors has a thickness “e” of between 0.02 and 0.08 mm.
  • the support comprises an aluminum material.
  • the apparatus comprises an air supply device in which the humidity level is to be measured, the supply device being arranged so that the quartz disk of the first piezoelectric sensor and the quartz disk of the second piezoelectric sensor are exposed to the same air flow.
  • the apparatus includes a guiding device configured to guide the air flow from the air supply device towards the central portion of each of the quartz disks only.
  • the guide device comprises two guide means, each guide means comprising a conical shape in which an opening is provided at its top.
  • the device comprises a protective element arranged so as to prevent the air flow from the air supply device from coming into contact with the rest of the device apart from the quartz disks.
  • FIG. 1 is a block diagram of the apparatus according to the invention.
  • FIG. 2 is a top view of part of the device according to the invention.
  • FIG. 3 is an illustration of the piezoelectric sensors mounted on a support of the device according to the invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of one of the piezoelectric sensors mounted on the support of the device according to the invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a part of the apparatus according to the invention.
  • FIG. 6 illustrates the apparatus according to the invention comprising a protective element.
  • FIG. 7 illustrates is a top view of the device according to the invention comprising the protective element.
  • FIG. 8 illustrates the support of the device according to the invention.
  • FIG. 9 illustrates an embodiment of an air supply device in which the humidity level is to be controlled according to the invention.
  • FIG. 10 illustrates the air supply device in which the humidity level is to be controlled according to the invention.
  • FIG. 11 illustrates the air supply device in which the humidity level is to be controlled according to the invention.
  • Figure 1 is a block diagram of the device 1, which can also be called a system, according to the invention.
  • the device 1 is intended to measure a humidity level in the air.
  • the device 1 is configured to measure a humidity level in the air.
  • humidity level in the air we mean a quantity of water vapor contained in the air, a concentration of water in the gaseous state in the air.
  • the device 1 can also be called a hygrometer.
  • the device 1 comprises a first piezoelectric sensor 2 comprising a quartz disk 4 and a second piezoelectric sensor 6 comprising a quartz disk 8. It is understood that the first piezoelectric sensor 2 comprises a first quartz disk 4 and that the second piezoelectric sensor 6 comprises a second quartz disk 8.
  • the device comprises two quartz disks 4, 8.
  • each of the discs has a diameter of between 10 and 20 mm, for example between 12 and 18 mm, for example 14 mm.
  • the thickness of the discs can be chosen as a function of the resonance frequency.
  • each of the quartz disks has a thickness of between 0.2 and 0.5 mm, for example between 0.3 and 0.4 mm, for example 0.34 mm.
  • the resonance frequency of each of the quartz disks 4, 8 can be for example 5 MHz.
  • Each of the piezoelectric sensors 2,6 comprises for example two metal electrodes each mounted on opposite faces 4', 4'', 8', 8'' of the quartz disks 4, 8 (only one 10, 12 of the two electrodes of each disk is visible in Figure 3).
  • the electrodes allow the quartz disks to resonate by piezoelectric effect.
  • Each of the piezoelectric sensors 2.6 comprises for example two metal rods or two spring wires 200, 202, 600, 602.
  • Each metal rod or spring wire is configured to electrically connect one of the two electrodes of each disc 4, 8 to an electronic oscillator circuit 17, for example by means of conductive connections, for example by means of conductive wires 50, 52.
  • the electronic oscillator circuit 17 is a device configured to oscillate the quartz disks 4, 8 by maintaining a periodic voltage, for example sinusoidal, and/or a periodic current, for example sinusoidal, at the resonance frequency of the quartz disks. This voltage and/or current causes a mechanical resonance through the piezoelectric effect.
  • each metal rod or spring wire 200, 2002, 600, 602 is in contact with a contact surface of the electrodes ( Figure 3).
  • the contact surface 101, 121 of the electrodes arranged on the lower faces of each of the discs have been offset onto the upper faces of each quartz disc 4, 8 ( Figure 3).
  • the apparatus 1 according to the invention comprises for example an air supply device 14 whose humidity rate is to be measured, that is to say an air supply arrangement in which the rate humidity is to be measured.
  • the power supply device is arranged so that the first piezoelectric sensor 2 and the second piezoelectric sensor 6 are exposed to the same air flow ( Figures 2 and 9).
  • the air supply device 14 is arranged so that the first quartz disk 4 and the second quartz disk 8 are exposed to the same air flow ( Figures 2 and 9).
  • Figure 9 is a side view of the device illustrated from the front in Figure 1.
  • the first quartz disk 4 is arranged behind the second quartz disk 8.
  • quartz disks 4, 8 are arranged symmetrically with respect to the flow of air supplied by the supply device 14.
  • Figure 9 illustrates an embodiment of the air supply device 14.
  • the piezoelectric sensors 2, 6 and their respective quartz disks 4, 8 are seen from the side. Only the second quartz disk 8 is visible. The first quartz disk 4 being arranged behind the second quartz disk.
  • the air supply device 14 may comprise an air circulation conduit 140, for example the conduit is cylindrical.
  • the conduit 140 is hollow and comprises two opposite open end portions 142, 144.
  • the first end portion 142 is an air inlet portion whose humidity level is to be measured (the direction of the air flow is represented by the arrow “A”).
  • the second end portion 144 is an air outlet portion whose humidity level is to be measured (the direction of the air flow is represented by the arrow “A”).
  • the air supply device comprises means configured to suck in air whose humidity level is to be measured 148.
  • the air suction means 148 is arranged at level of the second end portion 144 of the conduit 140.
  • the air suction means is a fan.
  • an opening 146 is provided in the conduit 140 and is configured to receive the quartz disks 4, 8 so as to subject them to the flow of air which circulates in the conduit ( Figures 10, 11) .
  • the opening 146 is formed in the wall of the conduit 140, between the first end portion 142 and the second end portion 144 of the conduit 140.
  • quartz disks When the quartz disks are received in the opening 146 of the conduit 140, they are arranged so that the alignment axis “B” of the two disks is perpendicular to the flow direction “A” of air flow (figure 11).
  • the apparatus 1 comprises a thermoelectric device 16.
  • the thermoelectric device 16 is configured to modify the temperature of the quartz disk 4 of the first piezoelectric sensor 2 and of the quartz disk 8 of the second piezoelectric sensor 6.
  • thermoelectric device 16 is configured so as to modify the temperature, for example by cooling and/or heating, of the quartz disk 4 of the first piezoelectric sensor 2 and of the quartz disk 8 of the second piezoelectric sensor 6 in a homogeneous and simultaneous.
  • thermoelectric device 16 comprises a Peltier effect module.
  • thermoelectric device 16 is configured to cool the quartz disks 4, 8 so that the latter reach the temperature at which the water vapor contained in the air which is supplied by the cooling device air supply 14 condenses.
  • condensation occurs, the mass of the water vapor condensed on the surface of each quartz disk 4, 8 is intended to cause modification of the resonance frequency of the quartz disks.
  • the device 1 may include an interface 160 for dissipating heat from the thermoelectric device 16 (FIG. 9).
  • thermoelectric device can increase the temperature of the quartz disks 4, 8 to return to equilibrium.
  • the device 1 may comprise a support 32 on which the first and second piezoelectric sensors 2, 6 are mounted.
  • the support 32 may comprise a material comprising an aluminum alloy. This material is particularly preferred for its good thermal conductivity.
  • the support 32 may also include a copper alloy material which also has good thermal conductivity.
  • the first quartz disk 4 is mounted adjacent to the second quartz disk 8 on the support 32.
  • the support 32 is arranged between the piezoelectric sensors 2, 4 and the thermoelectric device 16.
  • the first piezoelectric sensor 2 and the second piezoelectric sensor 6 are mounted on the support 32 such that a space 34 is formed between the support 32 and at least part of each of the quartz disks 4, 8 of the sensors piezoelectrics 2.6. Said at least part of each of the quartz disks 4, 8 comprises a central part of the disks comprising the center of the disks.
  • center of a disc we mean an interior point located equidistant from all points on the circumference of the disc.
  • the support 32 comprises a base 320 and extra thicknesses 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328 projecting from the base.
  • Each quartz disk 4, 8 is intended to rest on one or more of the extra thicknesses 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328 when it is mounted on the support 32.
  • each quartz disk 4, 8 is intended to rest on the extra thicknesses of the support 32.
  • the extra thicknesses 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328 make it possible to mount the quartz disks 4, 8 at a distance from the base 320 of the support when the quartz disks 4, 8 are mounted on the support 32 (figure 1).
  • the extra thicknesses 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328 are arranged on the base 320 of the support so as to be located on part of the edges of the discs when the quartz discs 4, 8 rest on the extra thicknesses 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328.
  • the first quartz disk 4 and the second quartz disk 8 are thus mounted on the support 32 such that the space 34 is formed between the support 32 and the quartz disks 4, 8 apart from certain parts from the edges of the discs.
  • the support 32 comprises four extra thicknesses 321, 322, 323, 324 on which the first quartz disk 4 rests, and four extra thicknesses 325, 326, 327, 328 on which the second quartz disk 8 rests.
  • the space 34 formed between the support 32 and said at least part of the quartz disks (comprising the central part of the disks) is intended to contain a layer of air, for example air ambient.
  • the device 1 can thus be configured so that the temperature of the quartz disk 4 of the first sensor 2 and of the quartz disk 6 of the second sensor 8 is modified by conduction of the layer of air contained in the space 34 formed between the support and the quartz disks 4, 8.
  • the support 32 can be mounted on the thermoelectric device 16, for example directly on the thermoelectric device.
  • the thermoelectric device 16 can modify the temperature by cooling or heating the support 32 which in turn modifies or heats the layer of air contained in the space 34 formed between the support and the quartz disks.
  • the layer of air contained in the space formed between the support and the quartz disks modifies the temperature of the quartz disks 4, 8 by a transfer of thermal energy.
  • the space 34 must be as small as possible in order to allow the temperature of the quartz disks to be modified by thermal conduction between the support 32 and the quartz disks 4, 8. The conduction is thus carried out by means of the thin layer of air contained in said space 34. This configuration allows resonance of the quartz disks 4, 8 without creating damping and cooling at a temperature very close to that of the support 32.
  • the space 34 formed between the support 32 and said at least part of the quartz disks comprises for example a thickness “e” of between 0.02 and 0.08 mm.
  • the space 34 formed between the support 32 and said at least part of the quartz disks which comprises at least the central part of each of the disks comprises for example a thickness "e" of between 0.02 and 0.08mm.
  • the space 34 formed between the support 32 and the quartz disks apart from part of their edges comprises for example a thickness “e” of between 0.02 and 0.08 mm.
  • This configuration makes it possible to avoid a mechanism for cooling the quartz disks by contact on the edges of the quartz disks which generally generates a significant temperature gradient on the quartz disks.
  • the device 1 according to the invention may comprise a resonance frequency measuring device 18.
  • the frequency measuring device 18 is configured to measure a change in resonance frequency of the quartz disk 4 of the first piezoelectric sensor 2.
  • the resonance frequency measuring device is configured to measure the resonance frequency of the quartz disk of the first piezoelectric sensor.
  • the frequency measuring device 18 is configured to measure a change in resonance frequency of the quartz disk 4 of the first piezoelectric sensor 2 only.
  • the first quartz disk 4 is connected to the frequency measuring device by means of a conductive connection, for example a conductive wire 54.
  • the device 1 comprises a first temperature sensor 20.
  • the first temperature sensor 20 is configured to measure the temperature of the quartz disk 8 of the second piezoelectric sensor 6.
  • the first temperature sensor 20 is configured to measure the temperature of the quartz disk 8 of the second piezoelectric sensor 6 only.
  • the first temperature sensor 20 is fixed in the central part, that is to say the central part, for example at the center 80 of the second quartz disk 8.
  • the first temperature sensor 20 is fixed in the central part 80 of one of the faces of the second quartz disk only.
  • the first temperature sensor 20 can be fixed to the center of the 8" face of the second quartz disk which faces towards the support 32 when the piezoelectric sensor is mounted on the support 32.
  • the first temperature sensor is fixed by gluing to the center of the second quartz disk.
  • bonding can be done using glue.
  • the first temperature sensor 20 is a temperature probe, for example a micro-temperature probe, for example a PT1000 probe.
  • the PT1000 probe is particularly preferred for obtaining a precise temperature measurement.
  • the device according to the invention uses two quartz disks arranged symmetrically with respect to the flow of air supplied by the supply device and whose humidity level is to be measured.
  • the first quartz disk is intended for measuring water deposition and the second quartz disk is intended for measuring temperature.
  • Such a symmetrical configuration makes it possible to have the same balance of surface temperatures of the quartz disks and to separate the desired functions of water deposition and temperature. Measuring the temperature of the second quartz disk makes it possible to know the temperature prevailing in the center of the first quartz disk, itself intended for measuring water deposition. The water deposit measurement and the temperature measurement are carried out simultaneously.
  • the device 1 according to the invention may comprise a second temperature sensor 22.
  • the second temperature sensor 22 is configured to measure the temperature of the support 32.
  • the second temperature sensor 22 can be mounted on the support 32 (figure 1).
  • the second temperature sensor 22 makes it possible to make a correction of the temperature measured by the first sensor 20 in order to determine the dew or frost temperature even more precisely.
  • the device 1 may include a third temperature sensor (not shown) configured to measure the air temperature for the calculation of the relative humidity level.
  • the second temperature sensor 22 is a temperature probe, for example a temperature micro-probe, for example a PT1000 probe.
  • the device 1 may comprise a processing unit 24 configured to receive data from the frequency measuring device 18 and data from the first temperature sensor 20 and the second temperature sensor 22 and the third temperature sensor.
  • the processing unit 24 can be connected to the frequency measuring device 18, to the first temperature sensor 20 and to the second temperature sensor 22 and the third temperature sensor by means of conductive connections, for example wire conductor 56, 58, 60.
  • the frequency measuring device 18 is configured to provide an indication of the change in resonance frequency of the first quartz disk 4 to the processing unit 24.
  • thermoelectric device 16 The resonance frequency of the first quartz disk 4 changing when the water vapor condenses on the first quartz disk cools by means of the thermoelectric device 16 for example.
  • the first temperature sensor 20 makes it possible to measure the temperature which prevails in the center of the second quartz disk 8 during condensation. This temperature is very close to the dew or frost point.
  • the second temperature sensor 22 makes it possible to measure the temperature of the support 22. This measurement makes it possible to make a correction to the measurement of the first sensor 20.
  • the dew point temperature and the temperature of the support are recorded by the processing unit 24 which is configured to activate a temperature regulator 26.
  • the temperature regulator is configured to control the thermoelectric device 16 in order to modify the temperature of the quartz disks (decrease or increase in temperature) until reaching and maintaining the dew point or frost point temperature.
  • the temperature controller receives a signal from the processing unit and acts on the thermoelectric device so that the latter reaches and then maintains the temperature of the quartz disks at the dew point or frost temperature.
  • the temperature regulator 26 can be connected to the control unit treatment 24 by means of a conductive connection, for example a conductive wire 62.
  • the system may comprise a computer comprising the temperature regulator 26 and the processing unit 24.
  • the computer may be configured to implement a software, for example the same software, so as to ensure the operation of the computer as a temperature regulator and processing unit.
  • the temperature regulator 26 can be connected to the thermoelectric device by means of a conductive connection, for example a conductive wire 64.
  • the processing unit 24 may include a microprocessor with a program stored in its memory.
  • the program is configured to calculate relative humidity from data received from the resonant frequency measuring device 18, the first temperature sensor 20 and the second temperature sensor 22 and the air temperature measuring sensor ambient.
  • the device 1 may include display means 28, for example a screen, configured to display the humidity level calculated by the processing unit.
  • the display means 28 can be connected to the processing unit by means of a conductive connection, for example a conductive wire 66.
  • the device 1 may include an energy supply device 30.
  • the energy supply device is configured to provide the energy necessary for the operation of the components of the device.
  • the device 1 may include a guide device 36 configured to guide the air flow coming from the supply device 14 towards each of the quartz disks 4, 8 only.
  • the guide device 36 is configured to guide the air flow from the supply device 14 towards the central part of each of the quartz disks only ( Figure 5).
  • the guide device 36 comprises two guide means 38, 40.
  • guide means we mean guides for example.
  • each of the guide means 38, 40 comprises, that is to say has a conical shape, in which an opening 38', 40' is provided at its top.
  • each guide means 38, 40 is arranged above one of the quartz disks 4, 8 respectively ( Figure 5).
  • the device 1 may comprise a first part comprising the piezoelectric sensors 2, 6, a second part comprising the support 32, the thermoelectric device 16 and the heat evacuation interface 160 and a third part comprising the rest of the device 1.
  • the device 1 may include a protective element 400 arranged so as to prevent the air flow coming from the air supply device 14 from coming into contact with the second part of the device.
  • the third part of the device being arranged at a distance from the air supply device.
  • the support can be colder than the dew or frost temperature, the support could thus capture water from the air before the quartz disks do so.
  • the protective element 400 comprises a cylinder 4000 inside which the first part and the second part of the device 1 is mounted.
  • the cylinder can be received in the opening 146 made in the conduit 140 of the air supply device 14.
  • the protective element 400 comprises the guide device 36 allowing the first part of the device comprising the quartz disks 4, 8 to be subjected to the air flow.
  • the guiding device 36 allows the air flow to be directed towards the center of the quartz disks.
  • the protective element 400 and the guide device 36 can be formed in a single piece.
  • the protective element 400 comprises a cover 404, for example a cylindrical cover, mounted at one end of the cylinder 4000.
  • the cylinder 4000 and the cover 404 are formed as a single piece.
  • the guide device 36 is arranged on the cover 404 of the protective element 400. The guide device is arranged so as not to be in contact with the quartz disks 4, 8.
  • the invention offers an improvement in the precision of measuring the humidity level of hygrometers which use a quartz disk.
  • the invention finds particularly interesting applications in the field of measuring very low concentrations of water in the air, for example measuring the humidity level of the stratosphere.

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Abstract

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).

Description

Description
Titre de l'invention : Appareil pour mesurer un taux d'humidité dans l'air
Domaine Technique
[0001] La présente invention se rapporte à un appareil pour mesurer un taux d'humidité dans l'air.
Technique antérieure
[0002] Il est connu de l'art antérieur divers appareils permettant de mesurer un taux d'humidité dans l'air.
[0003] 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.
[0004] Ces appareils sont généralement appelés des hygromètres.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] Le dispositif comprend généralement un capteur de température configuré pour mesurer la température qui règne à la surface du disque de quartz piézoélectrique.
[0011] 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.
Exposé de l'invention
[0012] 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. [0013] 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.
[0014] 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 connaître 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.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] L'espace formé entre le support et ladite au moins une partie des disques de quartz des capteurs piézoélectriques contient une couche d'air.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] Le support comprend un matériau en aluminium.
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] 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.
Brève description des dessins
[0026] [Fig. 1] est un schéma synoptique de l'appareil selon l'invention.
[0027] [Fig. 2] est une vue du dessus d'une partie de l'appareil selon l'invention.
[0028] [Fig. 3] est une illustration des capteurs piézoélectriques montés sur un support de l'appareil selon l'invention.
[0029] [Fig. 4] est une vue en coupe transversale d'un des capteurs piézoélectriques monté sur le support de l'appareil selon l'invention.
[0030] [Fig. 5] est une vue en coupe transversale d'une partie de l'appareil selon l'invention. [0031] [Fig. 6] illustre l'appareil selon l'invention comprenant un élément de protection.
[0032] [Fig. 7] illustre est une vue du dessus de l'appareil selon l'invention comprenant l'élément de protection.
[0033] [Fig. 8] illustre le support de l'appareil selon l'invention.
[0034] [Fig. 9] illustre un mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation en air dans lequel le taux d'humidité est à contrôler selon l'invention.
[0035] [Fig. 10] illustre le dispositif d'alimentation en air dans lequel le taux d'humidité est à contrôler selon l'invention.
[0036] [Fig. 11] illustre le dispositif d'alimentation en air dans lequel le taux d'humidité est à contrôler selon l'invention.
Description des modes de réalisation
[0037] 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.
[0038] Par souci de simplification, les éléments identiques sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures.
[0039] La figure 1 est un schéma synoptique de l'appareil 1, pouvant également être appelé système, selon l'invention.
[0040] 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.
[0041] 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.
[0042] L'appareil 1 peut également être appelé hygromètre.
[0043] 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. [0044] 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.
[0045] On entend que l'appareil comprend deux disques de quartz 4, 8.
[0046] 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.
[0047] L'épaisseur des disques peut être choisie en fonction de la fréquence de résonance.
[0048] 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.
[0049] 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 figure 3).
[0050] Les électrodes permettent aux disques de quartz de résonner par effet piézoélectrique.
[0051] 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.
[0052] 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.
[0053] A cet effet, chaque tige métallique ou fil à ressort 200, 2002, 600, 602 est au contact d'une surface de contact des électrodes (figure 3). 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 (figure 3). [0054] 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.
[0055] 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).
[0056] 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).
[0057] Seul le deuxième disque de quartz 8 est visible sur la figure 9 qui est une vue de côté de l'appareil illustré de face à la figure 1. Sur la figure 9, le premier disque de quartz 4 est agencé derrière le deuxième disque de quartz 8.
[0058] 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.
[0059] Ceci permet de soumettre les disques de quartz 4, 8 deux capteurs piézoélectriques 2, 4 aux mêmes conditions.
[0060] La figure 9 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.
[0061] 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.
[0062] 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 »).
[0063] 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.
[0064] 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.
[0065] 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).
[0066] 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 (figure 11).
[0067] 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.
[0068] 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.
[0069] Par exemple, le dispositif thermoélectrique 16 comprend un module à effet Peltier.
[0070] 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. [0071] 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.
[0072] 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.
[0073] L'appareil 1 peut comprendre une interface 160 d'évacuation de la chaleur du dispositif thermoélectrique 16 (figure 9).
[0074] 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.
[0075] L'appareil 1 selon l'invention peut comprendre un support 32 sur lequel sont montés le premier et le deuxième capteurs piézoélectriques 2, 6.
[0076] 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.
[0077] Par exemple le premier disque de quartz 4 est monté adjacent au deuxième disque de quartz 8 sur le support 32.
[0078] Par exemple le support 32 est agencé entre les capteurs piézoélectriques 2, 4 et le dispositif thermoélectrique 16.
[0079] 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.
[0080] On entend par centre d'un disque, un point intérieur situé à égale distance de tous les points de la circonférence du disque.
[0081] 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. [0082] 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.
[0083] On entend que chaque disque de quartz 4, 8 est destiné à être en appui sur les surépaisseurs du support 32.
[0084] 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 (figure 1).
[0085] 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.
[0086] 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.
[0087] 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.
[0088] 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.
[0089] 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.
[0090] Par exemple le support 32 peut être monté sur le dispositif thermoélectrique 16, par exemple directement sur le dispositif thermoélectrique. [0091] 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.
[0092] 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.
[0093] 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.
[0094] 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.
[0095] 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.
[0096] 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.
[0097] 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.
[0098] 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.
[0099] 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.
[0100] L'appareil 1 selon l'invention peut comprendre un dispositif de mesure de fréquence de résonance 18.
[0101] 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.
[0102] 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.
[0103] 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.
[0104] L'appareil 1 selon l'invention comprend un premier capteur de température 20.
[0105] Le premier capteur de température 20 est configuré pour mesurer la température du disque de quartz 8 du deuxième capteur piézoélectrique 6.
[0106] Le premier capteur de température 20 est configuré pour mesurer la température du disque de quartz 8 du deuxième capteur piézoélectrique 6 uniquement.
[0107] 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.
[0108] Le premier capteur de température 20 est fixé en partie centrale 80 d'une des faces du deuxième disque de quartz uniquement.
[0109] 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.
[0110] 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. [0111] 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.
[0112] La sonde PT1000 est particulièrement préférée pour l'obtention d'une mesure précise de température.
[0113] 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.
[0114] L'agencement du premier capteur de température 20 amortit la résonance du deuxième disque de quartz.
[0115] 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 connaître 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.
[0116] 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.
[0117] Par exemple, le deuxième capteur de température 22 peut être monté sur le support 32 (figure 1).
[0118] 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. [0119] 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.
[0120] 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.
[0121] 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.
[0122] 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.
[0123] 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.
[0124] 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.
[0125] 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.
[0126] 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.
[0127] 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.
[0128] 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.
[0129] 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.
[0130] 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 (figure 5).
[0131] Par exemple le dispositif de guidage 36 comprend deux moyens de guidage 38, 40. On entend par moyens de guidages, des guides par exemple.
[0132] 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. [0133] Par exemple chaque moyen de guidage 38, 40 est agencé au-dessus d'un des disques de quartz 4, 8 respectivement (figure 5).
[0134] 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.
[0135] 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.
[0136] 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.
[0137] 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.
[0138] 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.
[0139] 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.
[0140] 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.
[0141] Par exemple l'élément de protection 400 et le dispositif de guidage 36 peuvent être formés en une pièce unique.
[0142] Par exemple l'élément de protection 400 comprend un couvercle 404, par exemple un couvercle cylindrique, monté à une extrémité du cylindre 4000.
[0143] Par exemple le cylindre 4000 et le couvercle 404 sont formés en une pièce unique. [0144] 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.
[0145] L'invention offre une amélioration de la précision de mesure du taux d'humidité des hygromètres qui utilise un disque de quartz.
[0146] 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

Revendications
[Revendication 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).
[Revendication 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).
[Revendication 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).
[Revendication 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.
[Revendication 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.
[Revendication 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.
[Revendication 7] Appareil (1) selon l'une quelconques des revendications 4 à 6 dans lequel le support (32) comprend un matériau en aluminium.
[Revendication 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.
[Revendication 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.
[Revendication 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.
[Revendication 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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