Comment améliorer les mesures d'humidité dans des environnements extrêmement secs
Expériences
Pour démontrer le problème et étudier ses impacts, nous avons élaboré une configuration de test (démontrée dans la figure 1). L'idée de base de l'installation était d'avoir une humidité constante, qui était ensuite perturbée en modifiant la température des tubes sur une plage de 20 °C à 27 °C. En théorie, cela entraînerait un effet d'adsorption/désorption, qui influencerait la quantité totale de vapeur d'eau sortant de la chambre thermique. De même, un tube de prélèvement allant du terrain au laboratoire de mesure pourrait être exposé à des intempéries extérieures et donc à des variations de température. À plus petite échelle, les variations de températures intérieures pourraient avoir un impact similaire. Au cours des expériences, la pression du gaz a été maintenue dans une plage de 1 bar(a) à 2 bar(a) et le débit était toujours inférieur à 1 l/min, ce qui correspond aux débits des analyseurs.

L'installation comprenait un générateur d'humidité, deux instruments de point de rosée Vaisala DMT152, une chambre thermique avec un tube en acier électropoli de 6,7 m et un analyseur CRDS. Un instrument de point de rosée DMT152 a été placé avant et après la chambre thermique (figure 1). Les tubes reliant le deuxième instrument DMT152 à l'analyseur ont été maintenus aussi courts que possible afin de minimiser les effets ambiants entre le DMT152 et l'analyseur. La température de la chambre thermique a été surveillée à l'aide de deux capteurs de température.
Résultats
Plusieurs mesures ont été effectuées avec différents débits, pressions et humidités. La chambre thermique a été contrôlée de la même manière à chaque expérience. (Voir la figure 2.)

Sur la figure 2, plus la température (en noir) est perturbée, plus le DMT152 en sortie détecte une humidité bruyante alors que l'humidité en entrée est constante tout au long de la mesure. À la fin de la mesure, la température est stabilisée à la température du laboratoire et les deux instruments DMT152 sont à nouveau stables et indiquent la même température de point de givre. Cette image démontre clairement l'effet de la stabilité de la température du tube d'échantillonnage sur l'humidité de sortie - et donc sur les mesures d'humidité.
Une autre mesure est représentée sur la figure 3. Ici, l'humidité à l'entrée n'était pas aussi stable que sur la figure 2, mais les instruments DMT152 et l'analyseur CRDS indiquent une tendance similaire. Cependant, sur la figure 3, l'humidité à l'entrée est beaucoup moins bruyante que celle de l'analyseur CRDS ou du DMT152 à la sortie. En fait, l'humidité à la sortie change tellement que ni le DMT152 ni l'analyseur CRDS n'indiquent l'humidité d'entrée correcte, et en fait, les deux sont hors de leurs spécifications. Cependant, ici, les instruments sont entièrement fonctionnels et leurs performances sont connues pour respecter leurs spécifications ; le problème vient du tube de prélèvement. Le changement de température provoque un phénomène d'adsorption/désorption qui se traduit par une humidité variable à la sortie du tube de prélèvement.

Les résultats de la campagne de mesures ont révélé les faits suivants :
- La variation maximale de la température du point de givre provoquée par l'adsorption/désorption était supérieure à 4 °C.
- Impacts sur le débit : plus de débit est élevé, plus le bruit est important.
- Plus la température change, plus l'effet d'adsorption/désorption dans le tube est important.
- Plus l'humidité est faible, plus l'effet relatif est important.
Points clés à retenir
Dans cet article, les effets de l'environnement sur l'échantillonnage ont été testés. Si l'environnement de mesure ou l'échantillonnage n'est pas idéal, cela peut avoir un impact significatif sur les résultats de mesure. Comme le montrent les figures 2 et 3, le DMT152, plus abordable, situé à l'entrée, surpasse l'analyseur plus cher grâce à la meilleure représentativité de la mesure du processus en ligne. Par conséquent, il est recommandé d'effectuer des mesures directement sur le point d'intérêt et de minimiser autant que possible le recours à l'échantillonnage. Cette approche est aussi nettement plus rentable, grâce à la configuration et au principe de mesure plus simples.