Présentation des éléments à couche mince en platine (anglais)

Introduction :

Bienvenue dans Smarter with sensors. Notre série de vidéos qui présente les dernières technologies de capteurs de TE Connectivity.

Aujourd’hui, dans SMARTER WITH SENSORS, nous allons découvrir le capteur de température et d’humidité HTU31.

1. Qu’est-ce que l’humidité et pourquoi est-elle importante ?

L’humidité est définie comme étant une mesure de la teneur en vapeur d’eau dans l’air (ou dans tout autre gaz).

Le mot « humidité » est un terme général permettant de mesurer la quantité de vapeur d’eau présente dans le gaz ou l’atmosphère.

La vapeur d’eau joue un rôle essentiel dans le maintien de la qualité et de l’efficacité des produits et technologies utilisés au quotidien, en plus d’être essentielle à la vie humaine.

Il est fondamental pour les fabricants de divers secteurs de bien comprendre comment fonctionnent les outils de mesure précise de l’humidité et les rôles que jouent les capteurs.

2. Comment l’humidité se mesure-t-elle ?

L’humidité est la quantité de vapeur d’eau présente dans l’air. Elle peut être mesurée de manière absolue et relative. L’humidité absolue correspond à la masse d’eau présente dans un volume d’air donné et s’exprime généralement en g/m3. La plupart des gens connaissent mieux l’humidité relative, qui est définie comme étant la quantité de vapeur d’eau présente dans l’air par rapport à la quantité maximale de vapeur d’eau que l’air peut contenir à une température donnée. Celle-ci s’exprime sous la forme d’un pourcentage simple allant de 0 à 100 %.

3. Qu’est-ce que le point de rosée ?

Un autre terme bien connu, car fréquemment entendu dans les émissions météorologiques, est le point de rosée. Le point de rosée correspond à la température atmosphérique (variant en fonction de la pression et de l’humidité) en dessous de laquelle les gouttelettes d’eau commencent à se condenser pour former de la rosée.

4. Pourquoi l’humidité est-elle importante ?

L’humidité dans les environnements industriels et résidentiels est essentielle à la santé et au bien-être à long terme des individus, qu’ils se trouvent au travail ou chez eux. La détection et le contrôle de l’humidité sont également importants pour de nombreux matériaux et processus dans les environnements de fabrication, mais aussi pour la sécurité des équipements et des employés.

5. Quels problèmes peuvent survenir si l’humidité est trop élevée ?

La plupart des gens connaissent au moins assez bien les problèmes liés à des niveaux d’humidité intérieure trop élevés. Ces problèmes sont de diverses natures : mauvaise qualité de l’air intérieur, développement de moisissures et de mildiou, plus faible productivité dans les environnements industriels, moins bonne qualité de sommeil dans les environnements résidentiels, augmentation des symptômes d’asthme et d’allergies, déformation des panneaux de bois franc et des meubles, systèmes de CVC sous tension et augmentation des charges (gaz, électricité...), etc.

D’autre part, il existe de nombreux problèmes associés à un air trop sec ou à des taux d’humidité trop bas. Ceux-ci sont généralement moins bien connus et compris. Ces problèmes peuvent avoir des conséquences négatives lors du traitement et de la manipulation de nombreux matériaux dans des usines ou environnements industriels, mais aussi causer des risques de décharges électrostatiques et nuire à la santé et au confort des individus.

6. Description du produit

Les capteurs de température et d’humidité de la série HTU31 de TE Connectivity (TE) sont conçus pour fournir des mesures d’humidité et de température très précises dans un boîtier de montage en surface DFN miniature à 6 broches avec de très faibles besoins en énergie.  Ces capteurs sont calibrés en usine et sont disponibles avec une sortie numérique I²C ou une sortie analogique de 0,5 V à 4,5 V. Ils fonctionnent sur une large plage de température allant de -40 °C à +125 °C.  Ils fonctionnent également sur une large plage de tension. De plus, une adresse I²C programmable permet à plusieurs capteurs HTU31 de fonctionner sur le même bus I²C.  Résolution de 16 bits et précision de ±2 % pour l’humidité et ±0,2 °C pour la température.  Avec sa taille miniature de seulement 2,5 x 2,5 x 0,9 mm, le HTU31 est l’un des capteurs de température et d’humidité les plus petits et les plus précis sur le marché actuel.

7. Fonctionnement

Le HTU31 se compose d’une couche diélectrique de détection d’humidité, d’une électrode supérieure poreuse, d’une couche de polymère ultramince et d’une électrode inférieure qui convertit l’humidité en signal capacitif.

Ce signal capacitif est traité par un ASIC personnalisé qui génère les informations d’humidité dans un format numérique.  La température est également lue par le HTU31 et les informations relatives à celle-ci sont disponibles dans un format numérique ou analogique.  Pour les températures autres que 25 degrés Celsius, les informations de température peuvent être utilisées pour fournir une valeur d’humidité plus précise.

Voici les composants qui constituent le capteur HTU31

-L’électrode inférieure en or est conçue pour être très robuste et protéger l’élément de détection des environnements difficiles

-La couche de polyimide ultramince est utilisée pour améliorer l’intégrité entre le polymère et le substrat

-La couche de polymère a été optimisée pour une sensibilité maximale à l’humidité

-Le matériau poreux et épais de l’électrode supérieure est conçu pour fournir une réponse temporelle rapide, ainsi qu’un temps de récupération après condensation le plus bref possible

Voici comment cela fonctionne : 1) de l’air contenant des molécules d’eau enveloppe le capteur HTU31

2) Cet air humide passe dans l’électrode poreuse conductrice

3) Les molécules d’eau présentes dans l’air imprègnent le diélectrique de détection d’humidité

4) La constante diélectrique évolue proportionnellement à la concentration en eau

5) Cela modifie la capacité de l’élément de détection

6) L’ASIC mesure alors la capacité de l’élément de détection, puis convertit cette  valeur de capacité en données numériques

7) L’ASIC mesure également la température du diélectrique de détection HTU31 et émet les informations de température ainsi que les données sur l’humidité en I²C ou en tension de sortie analogique

8. Santé et confort impactés par l’humidité

Du côté de la santé, le corps humain est composé d’environ 65 % d’eau. La prévention contre la déshydratation est d’une importance capitale. De nombreux mécanismes humains existent pour maintenir l’équilibre hydrique global dans le corps. La santé et le confort sont considérablement affectés par l’humidité de l’air intérieur. Notre peau, nos yeux et notre système respiratoire ont tous besoin d’une humidité adéquate pour une santé et une fonctionnalité optimales. Des recherches ont montré un lien entre un faible taux d’humidité et une probabilité plus élevée de transmettre la grippe. Certaines études ont même prouvé que des niveaux d’humidité plus élevés réduisaient l’infectiosité du virus de la grippe.  Nos défenses corporelles sont plus compétentes à des niveaux d’humidité relative supérieurs à 30 %. Ainsi, à des taux plus élevés, il y a moins de virus de la grippe infectieuse présents dans l’air et la probabilité d’être infecté est réduite.

9. Applications

Il existe une gamme d’applications où le HTU31 est bien adapté, y compris les systèmes de CVCR.  Ces systèmes nécessitent des données précises sur l’humidité et la température, afin de fournir un environnement confortable aux personnes dans les maisons et les lieux de travail.  Le HTU31 est idéal, car il fournit des données précises sur l’humidité et la température sans étalonnage nécessaire. De plus, il présente une véritable configuration plug-and-play, car il se connecte directement à un bus I²C avec un jeu de commandes simple qui rationalise la programmation. Une version analogique en option est également disponible, fournissant une sortie de 0,5 à +4,5 volts.

Le HTU31 permet un contrôle précis et fiable des environnements intérieurs, ce qui est important non seulement du point de vue du confort, mais aussi pour surveiller la propagation des bactéries et des virus dans l’air. Les capteurs de température et d’humidité comme le HTU31 peuvent également jouer un rôle central dans une gamme d’applications de soins de santé, comme avec les dispositifs CPAP et autres équipements respiratoires.  Sa petite taille et sa grande précision fournissent des informations précises et fiables sur l’humidité et la température dans une variété d’applications médicales.  Le HTU31 fournit des données dans un format numérique direct ou via une sortie de 0,5 V à 4,5 V. Il combine un élément de détection d’humidité, ainsi qu’un capteur de température intégré pour fournir deux ensembles de données environnementales dans une large gamme d’applications.

La plupart des systèmes respiratoires médicaux les plus sophistiqués incluent la capacité d’ajouter de l’humidité au flux d’air régulé du patient.  Cet ajout d’humidité peut rendre les traitements non seulement plus confortables, mais aussi plus efficaces.

Une autre application qui convient bien au HTU31 est celle des réfrigérateurs, des humidificateurs ou des déshumidificateurs.  La taille miniature du HTU31 minimise l’espace nécessaire à son stockage. De plus, sa faible consommation d’énergie et son option de fonctionnement en mode veille le rendent tout à fait adapté aux applications avec alimentation par batterie et aux situations où la consommation d’énergie est importante.  En outre, sa large plage de tension de fonctionnement, allant de 3,0 V à 5,5 V, le rend compatible avec la plupart des circuits de commande d’appareils classiques.

Les imprimantes et les photocopieuses sont une autre application qui convient parfaitement au HTU31. L’humidité et la température sont des paramètres cruciaux dans la manipulation du papier, dans la distribution d’encres et de toners, et, par conséquent, pour garantir l’efficacité du processus et le professionnalisme des résultats. Sa grande fiabilité et sa robustesse environnementale confirment que le HTU31 convient à une large gamme d’applications d’impression commerciales, industrielles et grand public.

Les stations météorologiques, commerciales et résidentielles sont un autre domaine où le HTU31 peut être utilisé.  Sa large plage de températures de fonctionnement allant de -40 à +125 degrés Celsius et sa grande précision le rendent bien adapté aux applications extérieures et potentiellement coûteuses.

Le confort automobile et les systèmes de contrôle sont un autre domaine d’application où le HTU31 fait des merveilles.  Sa plage de températures de fonctionnement répond aux besoins de l’industrie automobile et sa petite taille lui permet d’être intégré dans des espaces restreints et de réagir rapidement aux changements de température. L’humidité est importante non seulement pour le confort des passagers, mais aussi pour la surveillance et le contrôle du désembuage des fenêtres et des rétroviseurs.

10. Récapitulatif

TE Connectivity a lancé un nouveau capteur combiné d’humidité et de température montable en surface à sortie numérique, le HTU31, dans un boîtier de 2,5 x 2,5 x 0,9 mm. Ces capteurs de haute précision calibrés individuellement sont sérialisés pour garantir la traçabilité et fournissent une précision typique de ±2 % pour l’humidité relative et de ±0,2 °C pour la température.  Ils sont fournis dans un boîtier DFN compact à 6 broches, offrent un temps de réponse rapide et ont une consommation d’énergie typique de seulement 3,78 μW. Les capteurs sont disponibles dans un format numérique I²C avec des adresses configurables, ainsi qu’en version analogique avec une sortie 0,5 - 4,5 V.

Nous venons de vous présenter notre dernière technologie en matière de capteurs. À votre tour désormais d’intégrer nos capteurs dans les produits du futur. Visitez TE.com pour en savoir plus sur ce capteur et la large gamme de solutions de capteurs de TE.