Mesure de traces H2O dans les gaz par puce Silicium
Un capteur semi-conducteur régulé en température pour l’analyse de traces d’humidité
Mesure de traces H2O par puce Silicium
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
La molécule d’eau est une molécule particulière et par ce fait ne doit pas être mesurée comme n’importe quelle autre molécule. Comme avec des techniques usuelles optiques ou des analyseurs ayant beaucoup d’éléments en contact avec l’échantillon sans détérioration de la qualité de mesure. La molécule d’eau est polaire et donc a tendance à s’accrocher aux parois du système fluide de l’analyse.
Taille molécule H2O
Sonde Silicium avec punaise
Donc plus la surface au contact de l’échantillon est petite et plus l’équilibre du gaz à mesurer dans la chambre de mesure sera rapide et aura moins d’hystérésis que dans un système de mesure ayant une chambre de mesure importante.
Le volume de la cellule de mesure des analyseurs type MicroView n’est que de 1 cm3 en inox électropoli.
La physique nous dicte que plus le volume est petit et plus l’équilibre est atteint rapidement.
Comme la cellule de mesure est très petite, un faible débit est nécessaire et donc moins de contamination à traiter sur l’échantillonnage et moins de rejet atmosphérique. De plus cette technologie n’est pas dépendante du débit entre 50cc/min et 1000 cc/min.
La sélectivité de la mesure d’eau s’effectue par la taille de la molécule de l’eau qui fait 2 Angstrom grâce à un revêtement en or qui agit comme un tamis. Ainsi uniquement une molécule de 2 Angstrom et polaire (H2O) pourra réagir avec la puce au Silicium située en dessous du revêtement en or et génèrera un changement électrique du capteur avec une amplification intégrée.
Autre propriété de l’humidité est que plus une surface est froide et plus l’humidité sera fixée dessus et inversement lorsque cette surface est chauffée. Donc pour avoir un hygromètre stable il doit avoir une température régulée et stable. Ce qui est le cas pour le MicroView qui est maintenu à une température de 45°C.
Lorsque l’on cherche à faire des mesure d’hygrométrie en très faible teneur il est important que le calibrage du point zéro soit fait de façon optimum. Pour effectuer cela, le Microview effectue périodiquement son re calage du point zéro en faisant circuler du gaz échantillon dans la cellule de mesure qui elle-même est chauffée au-delà du point d’ébullition de l’eau pour chaque 20°C (environs) de plus, la concentration en eau chute du double). Grace à cette méthodologie et au chauffage jusqu’à 135°C durant l’auto-zéro, le calibrage du point zéro est effectué correctement et de plus si des contaminants étaient présents en surface du capteur ceux-ci seraient aussi évacués. De surcroît aucun consommable (comme du tamis moléculaire pour les autres technologies) n’est nécessaire.
Cette technique de mesure de traces d’eau en ligne et en continu avec un rafraichissement de la lecture tous les ¼ de seconde n’est pas sensible à la matrice du gaz contrairement à d’autres techniques. Vous pouvez ainsi passer de l’azote, hydrogène, propylène ou autre sans que cela affecte la qualité de la mesure. Ceci est très appréciable pour valider l’analyseur ou la permutation du transmetteur avec d’autres analyseurs du même type sur d’autres applications.
Lorsque l’on mesure une concentration il est impératif métrologiquement que l’unité de mesure soit reliée à un étalon primaire. Si l’on mesure en ppmV alors on peut en déduire sans erreur la valeur en mg / Nm3 en le multipliant par 0.804 (Masse molaire de l’eau 18 / volume molaire gaz parfait 22.4). Donc on a bien une masse en mg qui doit être reliée à un étalon primaire en masse.
Ceci est le cas pour l’analyseur Microview qui est étalonné en masse par diffusion gazeuse selon la norme ISO 6145-8. Aucun autre constructeur ne vous donnera ce niveau de certification.
La fonction Push Purge®
Un moyen efficace de vérification
• Lors du premier échantillonnage de gaz, ou si des anomalies surviennent qui peuvent vous préoccuper, la possibilité de vérifier les résultats est inestimable. Cette vérification est possible avec la particularité de la fonction Push Purge ®. Lorsque celle ci est utilisée, la surface du capteur est chauffée rapidement, évaporant l’humidité superficielle et toute contamination par hydrocarbures qui pouvaient être présents. Lorsque la température du capteur augmente, l’humidité est déplacée et l’affichage des valeurs chute en conséquence. Lorsque le capteur se refroidit, et l’équilibre est rétabli, la lecture de l’humidité retrouve sa valeur précédente si la contamination en surface est négligeable, confirmant la valeur de la vapeur d’eau présente dans le gaz échantillon. De plus, la fonction Push purge ® fournit des informations précieuses sur le risque de contamination du capteur, les conditions du gaz et le fonctionnement de l’électronique de l’analyseur.
Rapide, mesure répétable par l’élimination de l’hystérésis
• Les effets de l’hystérésis sont minimisés en utilisant la fonction Push Purge®, parce que chaque mesure est commencée avec le capteur dans une condition sèche répétable. De plus, le temps requis pour chaque stabilisation de mesure peut être largement réduit en utilisant la fonction de séchage du capteur Push Purge® pour accélérer le process d’équilibre. Le temps que prend l’équilibre de la vapeur d’eau à être rétabli depuis son état sec confirmera la sensibilité de l’analyseur pour l’humidité et établira le temps de réponse dans les conditions du terrain
Diagnostics inestimables
Tout analyseur qui a la capacité de confirmer sa sensibilité ou son temps de réponse au changement de niveau d’humidité, sans déranger les conditions de l’échantillon est un outil précieux pour tout utilisateur en terme de confiance sur les données produites qui sont collectées. La fonction Push Purge® est donc un outil de diagnostic inestimable qui aide à la productivité et au contrôle qualité.