Pour bien comprendre comment utiliser votre hygromètre, il est utile de savoir comment il fonctionne. En d'autres termes, vous savez que l'objectif principal de l'hygromètre est de mesurer le taux de vapeur d'eau ou l'humidité dans l'air (et plus rarement dans d'autres gaz).
Mais comment fonctionne un hygromètre ? Voici la réponse simplifiée : tout comme les autres instruments utilisés pour mesurer l'humidité (notamment dans les matériaux), les hygromètres passent par un certain nombre de valeurs (température, masse, pression…) pour évaluer l'humidité.
Comprendre la science qui sous-tend les hygromètres
Les hygromètres mesurent l'humidité dans les environnements intérieurs et extérieurs ainsi que certains appareils qui nécessitent la mesure de l'humidité pour fonctionner (humidificateurs, déshumidificateurs et certains climatiseurs). Les musée, les caves, les salles de musiques contenant des instruments de musique en bois, les lieux de vente et de stockage des cigares et bien sûr les maisons.
La température et l'humidité sont des mesures clés pour les projets scientifiques, industriels et de maintenance. Les processus scientifiques utilisés comprennent la mécanique simple, la capacité et la résistance électriques, la condensation de rosée et de givre sur les miroirs réfrigérés et les mélanges de certains sels comme le chlorure de magnésium, le carbonate de potassium et le chlorure de lithium.
Les changements de résistance dans la conduction électrique aident à mesurer les changements d'humidité ambiante. Les hygromètres électriques utilisent un semi-conducteur qui est généralement composé d'une fine couche de chlorure de lithium. Ainsi, les humidificateurs et les zones de stockage utilisent fréquemment des hygromètres électriques pour contrôler les taux d'humidité.
La technologie des miroirs réfrigérés, qui est utilisée dans de nombreux processus scientifiques, nécessite souvent l'utilisation d'un microscope pour fournir une observation directe des états de phase de l'humidité qui s'accumule sur les surfaces des miroirs. Les hygromètres à point de gel utilisent le cryogène et la chaleur pour maintenir une température de gel stable.
Les résonateurs quasi sphériques avancés utilisés dans les hygromètres à point de gel détectent le début de la condensation avec une précision quasiment irréprochable. De nouvelles découvertes scientifiques comme les hygromètres contrôlés par laser élargissent continuellement les choix de technologie d'hygromètre pour les entreprises industrielles, notamment dans la recherche et l'innovation.
La détermination du meilleur hygromètre dépend de la précision dont vous avez besoin pour vos lectures. Par exemple, dans le cadre d'un environnement industriel, si vous souhaitez lancer des corrections d'humidité automatiques lorsque l'humidité tombe sous les limites prédéfinies et la plage de températures des gaz mesurés, vous aurez besoin d'un hygromètre à très haute précision. Sinon, un simple hygromètre électrique ou électronique fera largement l'affaire pour d'autre types d'usages, notamment domestiques. Ces derniers affichent un taux d'erreur compris entre 5 et 12 %, le plus souvent.
Les premiers hygromètres utilisaient les cheveux et la tension pour déterminer les changements d'humidité. Aujourd'hui, les technologies des miroirs réfrigérés mesurent les points de rosée, les points de gel et les changements isothermes. La plupart des hygromètres actuels combinent une résistance électrique et un thermomètre pour mesurer l'humidité dans l'air ou dans d'autres gaz.
L'humidité affecte tout dans l'environnement, y compris la croissance bactérienne, la corrosion, l'usure des matériaux de construction et le confort personnel. L'humidité affecte aussi la sensation de chaleur ou de froid par les individus. Par exemple, vous pourriez vous sentir à l'aise à 22° C avec la bonne humidité relative, mais ressentir le froid à 26° C si l'air est trop sec, ce qui se produit généralement avec certains types de chauffage.
Hygromètre : comment ça marche ?
Il existe différents types d'hygromètres et leur fonctionnement dépendra de leur conception. Faisons le tour de la question.
Comment fonctionnent les hygromètres capacitifs ?
Les hygromètres capacitifs sont des appareils qui prennent en compte les contraintes de prix, de fragilité ou d'espace. Ils mettent moins l'accent sur la précision de la lecture du taux d'humidité pour réduire le coût, et donc le prix de l'hygromètre. Les hygromètres capacitifs mesurent l'effet de l'humidité sur un matériau d'oxyde métallique.
Ils sont également utilisés pour quantifier l'impact de l'humidité sur la constante diélectrique (ou la permittivité relative) d'un polymère, comme les plastiques synthétiques. Une fois calibrés, ces appareils ont une précision de ± 2% d'humidité relative dans une plage de 5 à 95%.
Quand ils ne sont pas bien calibrés, les hygromètres capacitifs ont une précision toute relative. Ces appareils peuvent cependant résister à des températures élevées et aux effets de la condensation, et ils conviennent à diverses applications. A noter qu'en raison de leur prix abordables, les hygromètres capacitifs montrent rapidement des signes de vieillissement.
Comment fonctionnent les hygromètres résistifs ?
Les hygromètres résistifs sont moins sensibles que les hygromètres capacitifs. Ces appareils mesurent les modifications de la résistance électrique d'un matériau, provoquées par l'humidité de l'environnement. Comme ils ne sont pas aussi sensibles que les capacitifs, les hygromètres résistifs nécessitent une carte de circuit imprimé plus complexe.
La précision dépend du matériau résistif utilisé mais va généralement jusqu'à ± 3% d'humidité relative. Le matériau dicte également la robustesse de l'hygromètre contre la condensation.
Comment fonctionnent les psychromètres ?
Le psychromètre (également connu sous le nom de thermomètre à bulbe humide et sèche) utilise une paire de thermomètres mis côte à côte. L'un a une ampoule exposée l'air, tandis que l'autre a une ampoule recouverte d'un chiffon humide.
L'eau sur le tissu provoque l'évaporation et la perte de chaleur de l'ampoule, ce qui rend sa lecture inférieure à celle du thermomètre à bulbe sèche. La quantité d'évaporation (et l'abaissement de la température) dépend de la quantité de vapeur d'eau déjà présente dans l'atmosphère. La mesure de la différence de température entre les deux thermomètres vous permet de mesurer l'humidité relative. Le psychomètre est souvent utilisé comme référence pour évaluer la précision des autres types d'hygromètres.
