Brevet FR2311298A1 — publié le 19761210

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif de mesure de l'humidité relative d'un milieu gazeux. Les mesures d'humidité relative qui sont nécessaires dans de nombreuses applications industrielles sont en général basées sur le principe de la variation de propriétés physiques de certains corps, notamment des sels, possédant une aptitude à absorber de l'eau. Toutefois, la plupart des appareils basés sur ce principe ne présentent pas un fonctionnement satisfaisant comptetenu de leur temps de réponse relativement élevé, de leur précision souvent insuffisante et de leur manque de fiabilité. Une application importante dans la pratique des mesures d'humidité relative concerne l'étude et la mesure du phénomène de la perspiration cutanée qui se traduit par une très lente perté d'eau à travers la peau (environ 1 mg/cm2/heure). Pour la mesure de ce phénomène on utilise en général des procédés de mesures pon dérales dont l'un par exemple consiste à envoyer un courant d'azote sec sur une capsule fixée sur la peau d'un individu, par exemple au bras. Après son passage sur la peau, l'azote chargé d'humidité passe à travers des sels avides d'eau constituant des pièges. La pesée des sels avant et après le passage du courant d'azote permet de mesurer la quantité d'eau perdue par la peau.Pour mesurer l'hydratation du courant d'azote sec on peut également utiliser des techniques de spectrométrie infrarouge ou des techniques hygrométriques conventionnelles. Ces mesures sont longues et peu précises et offrent en outre le désavantage d'utiliser au contact de la peau un courant d'azote à O % d'humidité relative produisant un déssèchement local de la peau. La présente invention se propose de fournir un procédé et un dispositif de mesure de l'humidité relative d'un milieu gazeux, se prêtant à de nombreuses applications industrielles et évitant les inconvénients des procédés et dispositifs connus jus qu'à présent et offrant en outre une grande simplicité tout en assurant une grande précision de mesure. La présente invention a notamment pour objet un procédé de mesure de l'humidité relative d'un milieu gazeux, caractérisé par le fait que l'on mesure la différence des fréquences de résonnance de deux cavités résonnantes placées dans un milieu de référence et reliées en parallèle à une même source d'énergie hyperfréquence, que l'on introduit dans l'une desdites cavités en milieu gazeux chargé d'humidité par rapport au milieu de référence, que l'on mesure la différence des fréquences des résonnances desdites cavités contenant l'une le milieu de référence, l'autre le milieu gazeux chargé d'humidité, la différence desdites différences de fréquences de résonnances ainsi mesurées étant proportionnelle à l'humidité relative dudit milieu gazeux chargé d'humidité. On sait en ffet que la fréquence de résonnance d'une cavité est directement reliée à la permittivité relative du milieu remplissant la cavité. Pour des faibles variations d'humidité la permittivité du milieu reste proportionnelle à la variation d'humidité relative du milieu. Le milieu de référence peut avantageusement être l'air ambiant, mais en variante on peut utiliser une atmosphère gazeuse quelconque. Dans une forme particulière de mise en oeuvre de l'invention, le milieu de référence est le vide, le milieu gazeux chargé d'humidité étant alors l'air ambiant, le procédé selon l'invention permettant de réaliser une mesure hygrométrique de l'air ambiant. La présente invention est également relative à titre de produit industriel nouveau à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit, ledit dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comprend deux cavités résonnantes cylindriques identiques reliées en parallèle à un générateur d'énergie hyperfréquence, notamment un klystron, au moins un organe de prélève- ment relié à l'une desdites cavités pour recevoir ledit milieu gazeux chargé d'humidité, et un spectromètre électronique relié à des détecteurs associés chacun à l'une desdites cavités, ledit spectromètre comportant des moyens d'affichage desdites différences de fréquencesde résonnances des cavités. Les moyens d'affichage du spectromètre peuvent être selon l'invention par exemple de type numérique ou analogique. L'organe de prélèvement est de préférence constitué d'une chambre comportant un panneau mobile entre une position d'ouverture mettant l'intérieur de la chambre en communication avec le milieu gazeux chargé d'humidité et une position de fermeture isolant ladite chambre dudit milieu, des moyens étant prévus pour envoyer le milieu gazeux chargé d'humidité enfermé dans ladite chambre vers ladite cavité qui lui est reliée. L'otgane de prélèvement peut avantageusement comporter un conduit d'entrée et un conduit de sortie reliant ladite chambre respectivement à une pompe et à l'une des cavités, ladite pompe étant en outre reliée à l'autre desdites cavités, le cas échéant à travers un autre organe de prélèvement permettant ainsi la réalisation d'un montage symétrique. Le dispositif peut en outre comprendre des isolateurs et des atténuateurs disposés entre les cavités et le générateur, de façon d'une part à annuler les cndes réflectives et d'autre part, à permettre un réglage des niveaux. La présente invention est également relative à une application du dispositif et du procédé précédemment décrits à la mesure de perspiraticn cutanée par perte d'eau à travers la peau, le milieu gazeux chargé d'humidité étant l'air ambiant prélevé au contact ou au voisinage de la peau. Selon l'invention on peut également appliquer au prêa- labile sur a peau un produit, par exemple à usage cosmétique, notamment une émulsion, dont on désire étudier les propriétés sur la peau. La présente invention est également relative à une application du dispositif et du procédé précédemment décrits à la mesure de la déshydratation d'un produit, notamment une émulsion étalée en quantité déterminée sur une surface de support convenable, le milieu gazeux chargé d'humidité étant également l'air ambiant prélevé au contact ou au voisinage dudit produit. On peut ainsi orace à la présente invention étudier quantitativement la déshydratation dans le temps de différents produits. On peut également appliquer le procédé et le dispositif selon la présente invention à la mesure de la perwéabilité d'une membrane naturelle ou synthétique par perte d'eau à travers cette membrane, le milieu chargé d'humidité étant également l'air ar- bisant prélevé au contact ou au voisinage de la membrane. On peut ainsi mesurer la perméabilité de différents types de membranes, par exemple des polymères utilisables dans les techniques usuelles d'emballage ou d'autres membranes dont on désire utiliser les propriétés, par exemple le stratum corneum de l'épiderme humain ou animal. On va maintenant décrire à titre d'exemple nullement limitatif un mode de réalisation du dispositif selon l'invention en se référant au dessin annexé, dans lequel : - la figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisatin du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue de dessus d'un mode de réali sation d'organe d'application utilisable pour le dispositif selon l'invention, - la figure 3 est une vue en élévation latérale de l'or gane de prélèvement de la figure 2, - la figure 4 est une vue en coupe selon 4-4 de l'organe de prélèvement de la figure 3. Le dispositif selon l'invention comporte un klystron 1 relié à une source d'alimentation stabilisée 2. Le klystron 1 est par exemple de type X 13 et fonctionne dans une bande de fréquence située dans le domaine de 0,1 à 100 GHz. La haute tension du klys tron est modulée en fréquence à l'aide d'une tension en dents de scie. Le dispositif selon l'invention comprend de plus deux cavités résonnantes identiques 3a et 3b reliées au klystron 1 au travers d'éléments de canalisation de l'énergie et de réglage, notamment des isolateurs 4 et des atténuateurs 5. On a représenté sur le schéma trois isolateurs 4 et deux atténuateurs 5 disposés entre le klystron 1 et les cavités résonnantes 3a et 3b. Les cavités résonnantes 3a et 3b sont de type conventionnel et sont constituées chacune d'un cylindre de cuivre de 6,1 cm de longueur et de 6,35 cm de diamètre. Suivant la bande de fréquence utilisée on peut également employer d'autres types de résonateurs, notamment des résonateurs hélicoidaux ou des résonateurs de type FABRY-PEROT. A chacune des cavités 3a et 3b est associé un détecteur, par exemple à cristal, permettant de relever la fréquence de résonnance de la cavité 3a et respectivement 3b à laquelle il est associé. Les signaux fournis par les détecteurs 6a et 6b sont envoyés dans un spectromètre électronique 7 comportant un dispositif d'affichage numérique ou analogique 8. Le spectromètre 7 peut avantageusement être un spectromètre à traitement numérique statistique tel que celui décrit dans la thèse présentée à la Faculté des Sciences de l'Université de Grenoble par Mr. Floréal GABALDA le 23 Octobre 1971. Le dispositif suivant l'invention comprend, dans la forme de réalisation représentée, une pompe 9 reliée par une conduite en plastique 10, se divisant en deux conduites lOa et lOb, à chacune des cavités résonnantes 3a et 3b par l'intermédiaire de deux organes de prélèvement identiques 11a et llb. On a représenté aux figures 2 à 4 un exemple de mode de réalisation d'organe de prélèvement. L'organe de prélèvement désigné globablement par 11 présente à sa partie inférieure une chambre de forme sensiblement parallélépipédique 12. La chambre 12 comporte une paroi de fond mobile sous l'effet d'un élément d'actionnement, représenté sous la forme d'un bouton moleté 14 pour permettre d'introduire dans l'organe de prélèvement une quantité déterminée du milieu gazeux chargé d'humidité dans lequel est placé l'organe de prélèvement, ce milieu gazeux chargé d'humidité pouvant, dans une application particulière de la présente invention être l'air ambiant prélevé au contact de la peau d'un individu, l'organe de prélèvement 11 devant alors être appliqué ou placé au voisinage de la peau. L'organe de prélèvement 11 présente à la partie supérieure de la chambre 12 des movens permettant sa mise en place rparn sur un support. Dans le mode de réalisati6n4 ces moyens comprennent des colonnes 15 réunies à leur partie supérieure par une pièce transversale 16 comportant des organes de fixation tels que vis 17 à un support non représenté. Enfin, la chambre 12 comporte des tubulures montées sur des faces opposées, 10' et 10" destinées à relier la cavité d'une part à la pompe 9 par l'intermédiaire des conduites 10, îOa et respectivement lOb et d'autre part à l'une des cavités résonnantes 3a et respectivement 3b. On va maintenant décrire à titre d'exemple nullement limitatif un exemple de mise en oeuvre du dispositif selon l'in- vention dans le cadre de son application à la mesure de la perspiration cutanée. On met en marche la pompe 9 qui aspire l'air ambiant et l'envoie à travers les conduites 10, lova, lOb et les organes de prélèvement îîa et llb qui sont alors fermés, vers les cavités résonnantes 3a et 3b. Les deux cavités 3a et 3b se trouvent remplies du même gaz dans les mêmes conditions de température, de pression et de degré hygrométrique, et présentent des fréquences de résonnance voisines mais non identiques. La différence df entre les fréquences des cavités est détectée grâce aux détecteurs 6a, 6b et enregistrée et affichée grâce au spectromètre électronique 7 et le dispositif d'affichage 8. La valeur affichée peut l'être sous forme d'une valeur numérique ou d'un pic sur un traceur de courbe.Le flux d'air envoyé par la pompe 9 est très petit et par exemple de l'ordre de 0,1 1/heure. On applique ensuite l'un des organes de prélèvement par exemple îîa sur une partie de la peau d'un individu, par exemple le bras en soulevant la partie de fond 13 de l'organe îîa, ce qui sous l'effet du flux d'air envoyé par la pompe 9 permet d'envoyer dans la cavité 3a de l'air chargé de l'humidité provenant de la perspiration naturelle à travers la peau et vers la cavité 3b de l'air ambiant. La fréquence de résonnance de la cavité 3a est modifiée et l'on détecte et affiche alors une différence de fréquence df'. La différence df' - df est, dans le cas d'une faible perte d'eau, proportionnelle à cette perte, et par un étalonnage convenable du dispositif d'affichage 8 on obtient directement la valeur de la perte d'eau. La précision du dispositif permet de mesurer des pertes de l'ordre de 1 pg/cm2/heure. On peut de la même manière mesurer l'effet d'un produit cosmétique sur la perte en eau de la peau, et il suffit alors d'appliquer avant de faire la seconde mesure de différence de fréquences le produit à étudier sur un fragment de la peau. L'invention n'est bien entendu pas limitée à l'application indiquée précédemment et peut par exemple etre utilisée pour mesurer la déshydratation d'un corps quelconque, par exemple une émulsion étalée sur une surface en quantité fixée. On peut par exemple également mesurer de la même manière la perméabilité d'une membrane naturelle ou synthétique et dans ce cas on peut placer la membrane au-dessus d'un récipient rempli d'eau et procéder à la mesure comme indiqué ci-dessus en plaçant l'un des organes de prélèvement sur la membrane. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec une forme de réalisation particulière il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter toutes modifications souhaitables sans pour autant sortir ni de son cadre ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de l'humidité relative d'un milieu gazeux, caractérisé par le fait que l'on mesure la différence des fréquences de résonnance de deux cavités résonnantes placées dans un milieu de référence et reliées en parallèle à une même source d1énergie hyper-fréquence, que l'on introduit dans l'une desdites cavités un milieu gazeux chargé d'humidité par rapport au milieu de référence, que l'on mesure la différence des fréquences de résonnance desdites cavités contenant l'une le milieu de référence, l'autre le milieu gazeux chargé d'humidité, la différence desdites différences de fréquence de résonnance ainsi mesurées étant proportionnelle à l'humidité relative dudit milieu gazeux chargé d'humi dité. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit milieu de référence est l'air ambiant. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit milieu de référence est le vide. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend deux cavités résonnantes cylindriques identiques reliées en parallèle à un générateur d'énergie hyper-fréquence, notamment un klystron, au moins un organe de prélèvement relié à l'une desdites cavités pour recevoir ledit milieu gazeux chargé d'humidité et un spectromètre électronique relié à des détecteurs associés chacun à l'une desdites cavités, ledit spectromètre comportant des moyens d'affichage desdites différences de fréquences de résonnance des cavités. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens d'affichage sont de type numérique. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens d'affichage sont de type analogique. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des dispositifs isolateurs et atténuateurs disposés entre lesdites cavités et ledit générateur. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que l'organe de prélèvement est constitue d'une chambre comportant un panneau mobile entre une position d'ouverture mettant l'intérieur de la chambre en'communi- cation avec le milieu gazeux chargé d'humidité et une position de fermeture isolant ladite chambre dudit milieu, des moyens étant prévus pour envoyer le milieu gazeux chargé d'humidité enfermé dans ladite chambre vers ladite cavité qui lui est reliée. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'organe de prélèvement comporte un conduit d'entrée et un conduit de sortie reliant ladite chambre respectivement à une pompe et à l'une des cavités, ladite pompe Etant en outre reliée à l'autre desdites cavités. 10.Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il comporte un second organe de prélèvement relié entre ladite pompe et ladite autre cavité. 11.Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10 à la mesure de la perspiration cutanée par perte d'eau à travers la peau, caractérisée par le fait que ledit milieu gazeux chargé d'humidité est l'air ambiant prélevé au contact ou au voisinage de la peau. 12.Application selon la revendication 11, caractérisée par le fait que l'on applique au préalable sur la peau un produit, notamment une émulsion, par exemple à usage cosmétique. 13.Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10 à la mesure de la perméabilité d'une membrane naturelle ou synthétique par perte d'eau à travers la membrane, caractérisée par le fait que le milieu gazeux chargé d'humidité est l'air ambiant prélevé au contact ou au voisinage de la membrane. 14.Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10 à la mesure de la déshydratation d'un produit, notamment une émulsion étalée en quantité déterminée sur une surface, caractérisée par le fait que ledit milieu gazeux chargé d'humidité est l'air ambiant prélevé au contact ou au voisinage dudit produit.