Chacun sait que toute mesure a tendance à perturber la grandeur physique que l'on cherche à mesurer. Ce problème est particulièrement flagrant quand on cherche à mesurer la température avec un capteur USB. Certains types de capteurs affectent plus la température que d'autres, mais il existe des manières de limiter le problème. Voyons cela en détail...
Le problème de base est que tout circuit de mesure électronique fonctionne en faisant circuler de l'électricité dans des composants, produisant un échauffement qui va donc perturber la mesure puisqu'il chauffera l'air à proximité du circuit. Cette chaleur étant à peine perceptible au toucher, on pourrait penser qu'elle est négligeable, et ce d'autant plus que la nature tend à dissiper la chaleur un peu partout. En réalité, quelques petites expériences montrent que cet effet n'est pas anodin, et qu'il faut en tenir compte si l'on veut des mesures précises en valeur absolue.
Quelques expériences
Pour nous affranchir autant que possible des principales variations de températures dues à l'environnement, nous allons baser nos expériences sur une petite boîte de glace de 1 litre en polystyrène. A titre de référence, regardons ce qu'il se passe si nous mettons juste une sonde Pt100 dans la boîte, en gardant à l'extérieur de la boîte le module Yocto-PT100 qui mesure la température:
Evolution de la température dans la boîte avec juste une sonde Pt100
Voyons maintenant ce qu'il se passe si nous mettons un capteur Yocto-Meteo-V2 dans la boîte. Nous gardons en rouge la mesure par la sonde Pt100, mais ajoutons en bleu la mesure de température faite par le Yocto-Meteo-V2:
Evolution de la température avec un Yocto-Meteo-V2 dans la boîte
On constate que la température dans la boîte a maintenant tendance à monter de manière significative, en raison de l'échauffement produit par l'électronique. Par contre, si l'on sépare la partie de mesure du Yocto-Meteo-V2 à l'aide d'un câble Picoflex comme décrit dans le manuel, la situation se rectifie:
Evolution avec juste la partie de mesure du Yocto-Meteo-V2 dans la boîte
Ceci démontre que la source de chaleur est essentiellement la partie principale du module, qui gère la connexion USB.
Utilisation en situation réelle
Dans une utilisation réelle du Yocto-Meteo-V2, ou de tout autre capteur environnemental, on cherche en général à mesurer les paramètres ambiants, dans un volume d'air supérieur de plusieurs ordres de magnitudes. On pourrait donc penser que le problème est très différent d'ici, où le volume d'air est limité à 1 litre. Or ce n'est pas si simple: le problème existe aussi, car l'air ne circule pas forcément comme cela nous arrangerait dans la proximité immédiate du capteur, surtout s'il est dans un boîtier protecteur. La situation dépend en particulier de la position du capteur.
Cas 1: Boîtier vertical, câble USB vers le bas
Lorsque le boîtier est placé au mur avec le câble USB vers le bas, la chaleur de la partie principale monte naturellement vers le capteur avant de pouvoir s'échapper du boîtier. Il y a donc une claire perturbation de la mesure de température. C'est le cas à éviter.
Effet de l'échauffement du processeur sur un Yocto-Meteo-V2 vertical, câble en bas
Cas 2: Boîtier horizontal
Lorsque le boîtier est posé à l'horizontal, la chaleur de la partie principale s'accumule en partie dans la partie fermée du boîtier et s'échappe par les différentes ouïes du boîtier, y compris celles vers le capteur. Il y aura donc un petit effet de réchauffement qui perturbera la mesure de température, mais moindre que dans le cas précédent.
effet de l'échauffement du processeur sur un Yocto-Meteo-V2 à l'horizontal
Cas 3: Boîtier vertical, câble USB vers le haut
Lorsque le boîtier est placé au mur avec le câble USB vers le haut, la chaleur de la partie principale cherchera à s'échapper en priorité par les petites ouïes proches de la partie principale. La perturbation sera encore moindre.
Effet de l'échauffement du processeur sur un Yocto-Meteo-V2 vertical, câble en haut
Cas 4: Capteur séparé
La solution idéale est bien entendu de séparer la partie électronique de la partie de mesure, ce qui limite au maximum les perturbations. Vous pouvez pour cela soit utiliser les connecteurs Picoflex, et protéger la partie principale du capteur avec un YoctoBox-Short-Thick-Black, et protéger le capteur par un simple cache (à l'intérieur) ou une pagode (à l'extérieur):
Capteur Yocto-Meteo séparé par un câble Picoflex
Si vous disposez d'un bon fer à souder, vous pouvez aussi le souder directement au capteur, ce qui permet de le protéger par un YoctoBox-Sensor-Transp.
Capteur Yocto-Meteo séparé par un câble soudé
Autres capteurs environnementaux
Le Yocto-Meteo n'est pas le seul capteur Yoctopuce capable de mesurer la température, et des réalités similaires s'applique aussi aux autres:
- Le Yocto-Temperature est très similaire. Pour lui, le bénéfice de séparer le capteur est encore plus grand, puisqu'il mesure la température au contact du circuit imprimé, et que la conduction thermique par le circuit imprimé peut contribuer à la perturbation de la mesure.
- Les Yocto-PT100, Yocto-Thermocouple, Yocto-MaxiThermistor sont naturellement exempts de l'essentiel du problème puisqu'ils effectuent une mesure déportée au bout du fil. Pour mémoire, c'est le Yocto-PT100 qui a la meilleure précision absolue.
- Le Yocto-Temperature-IR est partiellement exempt du problème puisqu'il effectue une mesure à quelques centimètres de distance, mais peut par contre se faire influencer par l'énergie radiée par d'autres objets.
- Les Yocto-VOC-V3 et Yocto-CO2-V2 sont au contraire particulièrement susceptible de perturbation, car leur capteur de gaz principal dégage encore plus de chaleur. Sur ceux-ci, il n'est pas possible de déporter la mesure de température, donc une orientation adéquate est nécessaire pour réduire la perturbation. Une autre possibilité, souvent pertinente pour les mesures de gaz, consiste à créer une circulation d'air forcée par un petit ventilateur. Si ça n'est pas possible, et qu'une mesure de température vraiment précise est souhaitée, on peut complémenter le capteur par un Yocto-PT100 avec une petite sonde Pt100 au bout d'un fil.
Et dans tous les cas, n'oubliez pas de réfléchir à la chaleur émise par les autres objets électroniques avoisinants. Vous n'imaginez pas le nombre de personnes qui nous ont dit que leur capteur de température mesurait une température trop chaude alors qu'ils l'avaient fixé derrière leur écran ou leur PC :-)
