Mesurer l'humidité de l'air

Sommaire

Mesure de l’humidité d’une ambiance

Les psychromètres ne sont plus utilisés que pour les mesures instantanées. Pour les mesures continues, on utilise des hygromètres.

Les hygrostats utilisés en climatisation sont des régulateurs tout ou rien, utilisant des hygromètres électroniques à cellule hygroscopique (mesure de l’humidité absolue) ou à cellule capacitive (mesure de l’humidité relative). Le différentiel enclenchement – déclenchement est de l’ordre de 3 à 5 % d’humidité relative.

Les sondes délivrent généralement un signal analogique standard (0 – 10 V ou 4 – 20 mA). Elles sont alimentées par une tension continue de l’ordre de 24 V.

Certains modèles ont leur élément sensible disposé au bout d’une canne. Ils sont utilisés dans les locaux spécifiques : salles blanches, locaux de stockage, par exemple. L’étalonnage de l’élément sensible est facilité et le placement d’un filtre spécifique est possible, en présence de poussières, par exemple.

Pour effectuer une mesure correcte, il faut que l’air soit en contact réel avec le capteur : il faut donc garantir un libre écoulement vers l’organe de mesure. Toutes les précautions de placement applicables aux sondes de température sont valables ici (température et humidité sont parfois dans le même boîtier). Elles ne devront pas être situées à proximité des climatiseurs, par exemple.

De la précision de la mesure d’humidité dépend la qualité de la régulation et le montant de la facture énergétique, puisque l’influence du taux d’humidité sur la consommation de l’installation est non négligeable ! À ce titre, on privilégiera les sondes à mesure continue par rapport aux sondes à dépassement de seuil (basées sur l’allongement d’un fil synthétique), dont l’hystérésis peut être important (près de 15 %).

Mesure de l’humidité dans les conduits

On utilise généralement des hygromètres électroniques à cellule capacitive. Ces sondes délivrent généralement un signal analogique standard (0 – 10 V ou 4 – 20 mA). Elles sont alimentées par une tension continue de l’ordre de 24 V.

Quelques recommandations pour une mesure de qualité :

Une distance minimale entre l’humidificateur et la sonde, d’une part pour s’assurer que toutes les gouttelettes sont bien évaporées (les gouttelettes ne sont pas prises en considération dans la mesure !), mais d’autre part parce que ces gouttelettes mènent à la destruction de la sonde, tout particulièrement celles au chlorure de lithium. On se renseignera auprès du constructeur.

Exemple.

vitesse de l’air = 3,5 m/s

augmentation d’humidité Δx = 4,5 g_eau/kg air sec.

Distance minimale = 6,4 m

Une distance minimale entre les batteries chaudes ou froides et la sonde : même si, faute de place, il n’est pas toujours facile de respecter la distance théorique, il y a lieu d’éloigner les sondes des batteries pour éviter l’effet de stratification (l’air humide a tendance à s’élever). Distance théorique minimale = 5 à 10 D, où D est le diamètre équivalent de la gaine. De plus, on placera les sondes à mi-hauteur du conduit aéraulique, et au centre de l’écoulement.

Une protection de l’élément sensible, soit par une grille si air propre, soit par un filtre en métal fritté si air avec poussières.
Une ouverture dans la gaine, à proximité de la sonde, pour pouvoir faire périodiquement une mesure de contrôle avec un appareil indépendant de l’indication de la sonde de régulation.
Une mesure dans la gaine de reprise située, si possible, en aval du ventilateur d’extraction si un risque de stratification de l’humidité est présent.
Un câble de raccordement électrique de la sonde suffisamment long pour permettre un entretien aisé.

Maintenance des sondes

Principales mesures d’entretien

Dépoussiérage de l’élément sensible au pinceau doux, si l’air est chargé en poussières.
Remplacement des filtres en métal fritté.
Pas de nettoyage des sondes à capacité par un solvant organique, du type chloré par exemple.
Régénération des sondes à chlorure de lithium, par l’utilisateur.
Étalonnage des éléments sensibles tous les ans (ou tous les deux ans si la sensibilité à la variation de la consigne est faible). Un tel étalonnage peut être fait facilement grâce à l’existence de cartouches contenant des solutions salines. L’humidité relative au-dessus de la solution est pratiquement indépendante de la température.

Exemple.

Solution de chlorure de sodium (76 % HR), ou de carbonate de potassium (44 % HR).

Il est donc facile de recalibrer l’appareil (consulter le fournisseur pour connaître les solutions salines adéquates, certaines étant agressives pour les éléments sensibles).

Une autre possibilité d’étalonnage consiste à comparer la mesure à celle d’un autre appareil plus précis (de la l’intérêt de prévoir une petite ouverture dans la gaine, à proximité de la sonde).

Hygromètre et psychromètre

Hygromètre à cheveu

La longueur d’un cheveu varie sous l’effet de la vapeur d’eau, tout particulièrement le cheveu des femmes !

L’appareil enregistre la variation de longueur d’un faisceau de cheveux suite à la variation de l’humidité.

La précision est de l’ordre de 5 %, si l’appareil est régulièrement étalonné. Autrement, la lecture n’est pas fiable;

Le temps de réponse est de l’ordre de 20 minutes.
Le cheveu peut être remplacé par un fil de soie ou de coton, voire par une fibre synthétique.

La plage normale de mesure s’étale entre 30 et 90 % et entre – 10 °C et + 50 °C de température sèche.

Il existe également des appareils électroniques qui convertissent la variation de longueur en signal de tension (mesure de résistance électrique ou magnéto-inductive).

Hygromètre à cellule hygroscopique

Le plus connu est l’hygromètre à cellule hygroscopique au chlorure de lithium. Le chlorure de lithium est une solution saline (LiCl). Ses propriétés hygroscopiques lui font absorber constamment de la vapeur d’eau contenue dans l’air.

L’appareil comprend deux électrodes entourant une couche de fibre de verre imbibée de LiCl Le tout est monté sur un capteur de température.

Lorsque les électrodes sont sous tension, le courant circulant au travers du tissu imbibé de LiCl produit de la chaleur qui évapore une partie de l’eau. Par évaporation, la résistance électrique du tissu augmente (la conductivité du tissu diminue), la puissance calorifique diminue, donc aussi la température sur la sonde intérieure. Une température d’équilibre s’établit finalement sur la sonde.

Cette température est utilisée pour mesurer la pression partielle de vapeur d’eau de l’air et de là le niveau d’humidité absolue de l’air.

Cette technique réclame un entretien important, la solution de chlorure de lithium devant être régénérée régulièrement.

Hygromètre à variation de capacité

Les hygromètres électroniques à cellule capacitive sont basés sur la modification de la valeur d’un condensateur en fonction de l’humidité. Plus précisément, c’est le diélectrique du condensateur qui est sensible à l’humidité relative de l’air ambiant.

La variation de la capacité (et donc de son impédance) entraîne une variation d’un signal de tension.

L’appareil est fiable et ne demande un étalonnage que tous les 2 ans. La précision est de 3 %. Le temps de réponse est court (de l’ordre de la dizaine de secondes). Et la plage de mesure est large. Que demander de plus ? !

Si, ils ont un petit défaut : être sensible aux polluants chimiques ! On sera dès lors attentif à ne pas les nettoyer avec des solvants organiques (chlore,…).

Leur durée de vie est estimée à une dizaine d’années.

Psychromètre

Le fonctionnement du psychromètre mécanique est basé sur la lecture de deux températures : la température sèche ordinaire et la température dite “bulbe humide “.

Pour connaître cette dernière, on enrobe la base du thermomètre d’ouate humide. On force l’air à passer au travers de cette ouate (par un ventilateur ou par déplacement rapide dans l’air au moyen d’une fronde). L’air qui passe au travers de l’ouate s’humidifie L’évaporation de l’eau refroidit l’air. Plus il se refroidit, plus il était sec au départ !

En comparant les deux mesures, on peut déduire le taux d’humidité de l’ambiance. Par exemple, supposons que le thermomètre sec mesure une température ambiante de 20 °C, tandis que la température lue au bulbe humide soit de 16°C. En prenant l’intersection entre l’isenthalpe passant par le point 16 °C – 100 % HR, et la droite des points à 20°C, on trouve une humidité relative de 67 %.

Autrement dit, l’air ambiant à 20 °C et 67 % HR, lorsqu’il est humidifié se refroidit jusque 16 °C 100 % HR, ce que lit le thermomètre “bulbe humide”.

La précision sur cette mesure est de 0,3 °C sur la température bulbe humide et de 2 % sur l’humidité relative qui s’en déduit.

Un entretien périodique est nécessaire, mais la fiabilité est bonne.

La plage normale de mesure s’étale entre – 10 °C et + 60 °C de température sèche.

Dans le psychromètre électronique, la mesure des températures est réalisée sur base des valeurs données par des thermistances à Coefficient de Température Négatif (CTN).