Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013 1 SAWfPHY (Surface Acoustic Wave frost Point...

Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013

1

SAWfPHY(Surface Acoustic Wave frost Point HYgrometer)


• Introduction

• Hygrométrie par point de givre

• Objectif : hygrométrie strato longue durée

• Contraintes vols strato longue durée

• Principes instrumentaux

• Architecture

• Premiers résultats

• Vers un prototype longue durée

• Moyens d’étalonnage et validation

Plan de la présentation


Hygromètrie par point de givre

pression partielle de vapeur d’eau pression totale de l’air humide

• Température de point de givre : température d’équilibre entre condensation et sublimation au-dessus d’une surface plane de givre

• Hygrométrie par point de givre :

1. mesure température point de givre

2. pression partielle de vapeur d’eau

3. rapport de mélange volumique =

Pression

Température

Diagramme de phases de l’eau

1 atm

0°C 100°C

Solide

Liquide

Gaz

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• Introduction





• Architecture






3

Objectif : hygrométrie strato L.D.

• 1 à 10 ppmv @ 50 hPa

=> -95°C < Tgivre < -80°C

• 5 à 10% sur le rapport de mélange

=> < 0.5°C sur Tgivre

• - 85°C < T ambiante < -70°C • Phénomènes « lents »

=> ~ 4 mesures / heure


• Introduction





• Architecture






4

Contraintes vols strato longue durée

• Longue durée => pas de refroidissement par azote liquide

• Vent relatif quasi-nul=> faible dissipation par convection

• Limitation de masse (5 kg)=> interdit solutions complexes (refroidissement liquide,

…)

• Puissance électrique limitée (5 Watts)=> limitation refroidissement actif=> réduction temps de mesure

• qques ppmv => détection faibles quantités de givre

• Vols ballon LD : basses P et T, sauvegarde, interfaces nacelle, …


• Introduction





• Architecture






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SAWfPHY : principes instrumentaux

• Refroidissement capteur ? => Peltier + radiateur passif

(dissipation par échange radiatif avec le fond de ciel, de

nuit)

• Détection faible humidité ? => Résonateur SAW (Femto)

(détection de quelques centaines de nanogrammes de

glace)

SAW

Peltier

Radiateur

rayonnement

Ondes acoustiquesde surface

Peignes interdigités


• Introduction





• Architecture






SAWfPHY: architecture

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Architecture simplifiéeSAWfPHY


• Introduction





• Architecture






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SAWfPHY : premiers résultats

• Essais prototypes sous BSO (Kiruna, 04/2010 et 02-03/2011) :

• Tradiateur = Tambiante – [10 ; 15] °C

• Tgivre = [ -81 ; -82 ] °C

Principes validés => « Peltier +

radiateur »« détection SAW »

Rap

po

rt d

e m

élan

ge

volu

miq

ue

(pp

mv)

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SAWfPHY : premiers résultats

• Essais en labo : point de rosée, algo détection automatique


• Introduction





• Architecture






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Vers un prototype longue durée

• Réduction conso & masse :

•Aujourd’hui : masse ~ 7 kg -> 5.5 kg conso ~ 6.5 W (peltier : 2.5/0.3 - RF : 3 – pompe : 0.2 – elec :

0.6)

•Algorithme de détection automatique=> compromis temps de mesure / conso max Peltier

• Evolutions cartes électroniques :=> choix composants, modes de fonctionnement, …

• Réduction masse=> compromis masse / optimisat° thermique, élec, câbles,

…

• Essais labo : point de rosée -> point de givre (pollution?)

• Etalonnages


• Introduction





• Architecture






Moyens d’étalonnage / validation

10

• Banc LMD / LPC2E : générateur d’air humide

• CETIAT (Lyon) : référence nationale génération d’air humide

• Campagnes d’intercomparaisons : en labo, en vol


Questions

11


SAWfPHY : résonateur SAW


Vol SAWfPHY/SAWfPHY : 14/03/2011


SAWfPHY : nacelle

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