Sonde d'humidité capacitive

Principe de fonctionnement

Le capteur d'humidité capacitif est un petit condensateur composé d'un matériau diélectrique hygroscopique placé entre une paire d'électrodes. La plupart des capteurs capacitifs utilisent un plastique ou un polymère comme matériau diélectrique, avec une constante diélectrique typique allant de 2 à 15. Cette constante et la géométrie du capteur déterminent la valeur de la capacité .

À température ambiante normale, la constante diélectrique de la vapeur d'eau a une valeur d'environ 80, une valeur beaucoup plus grande que la constante du matériau diélectrique du capteur. Par conséquent, l'absorption d'humidité par le capteur entraîne une augmentation de la capacité du capteur. Dans des conditions d'équilibre, la quantité d'humidité présente dans un matériau dépend à la fois de la température ambiante et de la pression de vapeur d'eau ambiante. Cela vaut également pour le matériau diélectrique hygroscopique utilisé dans le capteur.

Par définition, humidité relative est fonction à la fois de la température ambiante et de la pression de vapeur d'eau. Il existe une relation directe entre l'humidité relative, la quantité d'humidité présente dans le capteur et la capacité du capteur. Cette relation est à la base du fonctionnement d'un instrument d'humidité capacitif.

Nous savons que l'humidité relative est le rapport de la pression de vapeur d'eau réelle par rapport à la pression de vapeur d'eau maximale (pression de vapeur saturante) possible à une température donnée. Le matériau diélectrique varie à un rythme lié à la variation de l'humidité relative.


Chaîne de mesure et performance

Dans un hygromètre utilisant un capteur capacitif, l'humidité est mesurée par un processus en chaîne au lieu d'être détectée directement. La chaîne est composée des composants suivants:

1. Capteur capacitif

2. Sonde

3. Câble

4. Électronique

5. Signal de sortie


Les performances de l'instrument sont déterminées par tous les éléments de la chaîne et non par le capteur seul. Le capteur et l'électronique associée ne peuvent pas être considérés séparément. Tout facteur pouvant perturber le processus de mesure en chaîne est susceptible d'avoir un effet sur les performances de l'instrument.


Erreurs et incertitudes

Classification des erreurs affectant l'incertitude finale d'un hygromètre à capteur capacitif. Les erreurs de mesure peuvent être divisées en deux grandes catégories:

Les erreurs systématiques sont prévisibles et reproductibles. Les erreurs résultant d'une non-linéarité de l'instrument ou d'effets de température entrent dans cette catégorie. Les erreurs systématiques sont spécifiques à l'instrument.

Les erreurs aléatoires ne sont pas entièrement prévisibles car elles dépendent essentiellement de facteurs externes à l'instrument. Erreurs résultant de l'hystérésis du capteur, ainsi que celles résultant de l'étalonnage, sont des erreurs aléatoires. Habituellement, les erreurs aléatoires sont estimées sur la base de données statistiques ou sur la base de l'expérience et du jugement.

Parce qu'elles sont prévisibles, les erreurs systématiques peuvent potentiellement être éliminées. Cependant, les erreurs aléatoire ne peuvent pas être entièrement éliminées.

Erreurs de linéarité. La réponse typique d'un capteur capacitif d'humidité relative (entre 0 et 100% HR) n'est pas linéaire. Selon la correction effectuée par les circuits électroniques, l'instrument peut avoir une erreur de linéarité. En supposant que le capteur et l'électronique associée présentent des caractéristiques reproductibles, l'erreur de linéarité est une erreur systématique.

En règle générale, les points de mesure recommandés par le fabricant de l'instrument pour l'étalonnage sont déterminés afin de minimiser l'erreur de linéarité. L'étalonnage à ces points devrait produire une distribution plus et moins égale de l'erreur de linéarité.

Erreurs de température. La température peut avoir un effet majeur sur plusieurs éléments du processus de mesure en chaîne décrit précédemment. Les propriétés hygroscopiques du capteur varient avec la température. Un instrument d'humidité relative fonctionne correctement sur la base de l'hypothèse que la relation entre la quantité d'humidité présente dans le diélectrique du capteur et l'humidité relative est constante. Cependant, dans la plupart des matériaux hygroscopiques, cette relation varie avec la température.


Propriétés diélectriques

Les propriétés diélectriques de la molécule d'eau sont affectées par la température. A 20 ° C, la constante diélectrique de l'eau a une valeur de environ 80. Cette constante augmente de plus de 8% à 0 ° C et diminue de 30% à 100 ° C. Des effets similaires peuvent être notés en ce qui concerne les autres propriétés physiques de l'eau telles que la conductivité électrique.


Les propriétés diélectriques du capteur varient également avec la température. La constante diélectrique de la plupart des matériaux diélectriques diminue à mesure que la température augmente. L'effet de la température sur les propriétés diélectriques de la plupart des plastiques et des polymères est généralement plus limité.

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