Précision dans des conditions difficiles

Dans les salles de dressage, des conditions particulières prévalent.

La structure du capteur HUMICAP de Vaisala.

Matthias Lorenzen, Responsable du développement commercial, EMEA, Vaisala.

Le choix des bons appareils de mesure est d'une importance capitale pour obtenir des résultats optimaux. Un défi particulier représente la mesure de l'humidité, comme celle effectuée dans des salles blanches et des chambres climatiques. Des environnements critiques comme ceux-ci dépendent de méthodes de mesure haute performance, car des paramètres tels que l'humidité ou la température ont, par exemple dans la fabrication, une influence considérable sur la qualité des produits et la productivité. Ce n'est pas la moindre raison pour laquelle leur contrôle et leur enregistrement sont soumis à des directives strictes. Afin de maintenir une opération continue avec des spécifications définies, les appareils de mesure utilisés doivent garantir une haute précision en permanence – et ce, dans des conditions difficiles.

Le choix des appareils de mesure d'humidité appropriés pour les salles blanches et les chambres climatiques nécessite une évaluation minutieuse. Il existe peu de solutions « prêt-à-l’emploi » en raison des différentes applications et conditions dans ces environnements. Dans l'industrie des semi-conducteurs et de l'électronique, avec ses cycles de production de plus en plus courts, la surveillance de l'humidité ou du point de rosée devient, par exemple, de plus en plus importante dans le processus de fabrication. Dans les mini-environnements des sites de production, des systèmes de mesure de haute précision avec des déviations de +/-1 % d'humidité relative (HR) sont de plus en plus demandés. Lors de la surveillance de l'humidité dans des installations de fabrication d'écrans à cristaux liquides et de peintures, la précision ainsi que la durabilité des capteurs jouent un rôle crucial. C'est précisément dans de tels environnements que des polluants atmosphériques indésirables peuvent apparaître, pouvant influencer les éléments sensibles des capteurs. Lors du choix des appareils de mesure dans des chambres climatiques, la question se pose notamment de savoir si la mesure de l'humidité doit être effectuée sur toute la plage de température de fonctionnement, si la condensation peut se produire lors d'un cycle de test ou si la chambre sera exploitée sur une période prolongée avec une humidité relative proche de 100 %. Des gaz agressifs ou des environnements extrêmement secs peuvent également poser problème – tous les appareils de mesure ne conviennent pas à de telles conditions.

Les spécialistes sont ici sollicités

Les salles blanches et les chambres climatiques mettent à rude épreuve les appareils de mesure, car elles présentent souvent des conditions qui rendent les mesures précises difficiles :

Humidités élevées – Les environnements saturés en atmosphère sont problématiques pour la plupart des capteurs d'humidité électriques. Les psychromètres sont plus adaptés, car ils fournissent des valeurs précises. Cependant, ils nécessitent un entretien continu et atteignent leurs limites lorsque des valeurs d'humidité faibles ou des températures extrêmes sont présentes. Une solution optimale pour ces cas est constituée par des capteurs capacitifs avec une fonction de préchauffage intelligente : la température de la sonde est maintenue légèrement au-dessus de la température ambiante. Cela empêche la formation de buée ou le gel de la sonde et garantit la poursuite des mesures même en environnement de condensation. Les sondes chauffées peuvent également être utilisées à des températures et humidités combinées où les psychromètres ne sont pas efficaces ou ne peuvent plus être utilisés.

Gazes agressives – Les capteurs d'humidité sont généralement en contact direct avec le gaz (ou le mélange de gaz) de l'environnement. Dans certaines applications, des concentrations particulièrement élevées de produits chimiques agressifs peuvent apparaître, ce qui entraîne souvent une dérive réversible du gain du capteur d'humidité ou du point de rosée. Un capteur d'humidité simple atteint rapidement ses limites dans ce cas. Pour ces situations, des capteurs d'humidité de haute qualité sont utilisés, caractérisés par le choix du polymère du capteur et une conception optimisée. Un exemple en est le capteur capacitif HUMICAP®180R de Vaisala, fabriqué dans le propre laboratoire de l'entreprise, basé sur une longue expérience dans la fabrication de capteurs d'humidité. Une autre solution pour le problème de dérive potentielle du capteur est proposée par Vaisala avec le « nettoyage chimique du capteur ». En chauffant le capteur, les molécules étrangères responsables de la dérive sont vaporisées, et les propriétés originales du capteur sont restaurées.

Environnements extrêmement secs – Pour mesurer la teneur en eau de l'air, différents capteurs sont utilisés selon la plage d'humidité. Un capteur d'humidité standard est généralement utilisé à partir de 10 % HR. Cependant, dans les chambres climatiques, une humidité de seulement 3 % HR ou moins peut être nécessaire. La plupart des appareils de mesure d'humidité, conçus pour une plage de 0 à 100 % HR, ne fonctionnent plus de manière fiable à de telles faibles humidités. Dans ces cas, des appareils de mesure du point de rosée sont utilisés, qui, grâce à une technologie de capteur en polymère spécifique, réalisent également des mesures capacitatives du point de rosée de manière fiable. Les capteurs capacitifs utilisant cette technologie peuvent être employés dans une plage de températures très large. Avec une plage de -70 à +180 degrés Celsius, ils ne sont pas limités par les points de congélation ou d'ébullition.

La calibration joue également un rôle

Pour garantir en permanence la haute précision des appareils de mesure, il est important d'effectuer régulièrement des calibrations précises. En principe, une calibration en laboratoire est préférable à une calibration sur site. En laboratoire, il est possible de minimiser de manière significative l'impact de l'environnement et donc le nombre de facteurs influents. Cependant, les calibrations en opération sont une méthode rapide et simple pour vérifier les appareils de mesure sans devoir les retirer du processus ou de la zone. Pour les calibrations sur site, on utilise des appareils portables universels qui affichent graphiquement les résultats de mesure au cours du temps ou les transfèrent à un PC. Idéalement, ils peuvent être connectés directement aux appareils de mesure. Cette possibilité doit être prise en compte dès le choix des appareils.

Les facteurs « durs » décrits, qui s'appuient sur l'utilisation, aident à choisir les appareils de mesure. Si, en plus, on considère des facteurs « doux » tels que une installation et un entretien simples, un faible besoin de maintenance, la possibilité d'adaptation individuelle et le service du fabricant, l'équipement optimal pour la mesure de l'humidité dans les salles blanches et les chambres climatiques est ainsi trouvé.

Boîte à outils : Attention lors du choix des services de calibration

Les calibrations doivent en tout cas être effectuées par des prestataires certifiés. Il peut s'agir de fabricants proposant des calibrations pour leurs propres produits, ou de laboratoires calibrant généralement des appareils de mesure. Sans accreditation, la compétence de ces services n'est pas attestée. Il est donc essentiel de vérifier leur compétence avant de choisir un prestataire. Chaque fournisseur de services de calibration doit pouvoir démontrer une chaîne de traçabilité valide. Au minimum, une référence en laboratoire doit avoir été calibrée dans un laboratoire externe, qui sera ensuite utilisé pour la calibration interne. De plus, l'étendue des services doit être clairement définie avant la collaboration : certains fournisseurs commerciaux indiquent dans leurs certificats de calibration une incertitude de mesure uniquement si celle-ci est commandée séparément. D'autres ne sont pas du tout capables de calculer l'incertitude de mesure.