Comment mesurer la température ?
Les premiers thermomètres étaient des thermomètres au mercure et fonctionnaient sur le principe de la dilatation de la matière. En effet, toutes les matières (l'eau l'air, les métaux, etc...) prennent un volume différent selon la température à laquelle ils sont. Plus ils sont chauds, plus ils ont un volume important, et inversement. Ainsi, en mettant du mercure dans un fin tube de verre, le mercure se dilate ou se rétracte selon la température, et selon son niveau dans le tube, on peut déterminer plus ou moins précisément la température.
Un thermomètre médical au mercure (titre original : Советский термометр, auteur : Дмитрий Шипуля, domaine public, source)
Joint de dilatation entre deux sections d'un pont afin de permettre la dilatation et la rétractation de ces sections (titre original : Raccord de dilatation entre deux viaducs du pont de l'île de Ré, auteur : Pep.per de Ré, Creative Commons Attribution 3.0 Unported license, source)
De nos jours, la plupart des thermomètres utilisés sont électroniques, et utilisent un composant bien particulier pour mesurer la température : le thermistor. Ce composant est une résistance variable, dont la résistance varie selon la température. Deux types existent, ceux où plus la température augmente, plus la résistance augmente, et ceux où plus la température augmente plus la résistance diminue. Ces composants permettent une mesure précise, mais surtout instantanée et interprétable par des circuits logiques comme des microcontrôleurs.
Comment mesurer l'humidité ?
Quand on parle de mesurer l'humidité, on parle généralement de mesurer l'humidité relative de l'air, c'est-à-dire le rapport entre la quantité d'eau contenue dans l'air à l'état de vapeur, et la quantité maximale possible d'eau que peut contenir l'air. En effet, l'air ne peut pas absorber plus d'une certaine quantité d'eau sous forme de vapeur. Cette quantité change selon la température et la pression de l'air, et est par exemple de 15 grammes d'eau par kilogramme d'air à 20°C et à pression ambiante. Au delà de cette limite, la vapeur d'eau se condense pour retourner à l'état liquide. C'est ce phénomène qui est à l'origine de la formation des nuages, par exemple.
Ainsi, si à 20°C et à pression ambiante on obtient une humidité relative de 50%, cela veut dire que l'air ne contient que la moitié de vapeur d'eau que ce qu'il pourrait à cette température et pression, soit 7.5g d'eau par kilogramme d'air. Ci-dessous un schéma montrant la quantité d'eau maximale que peut contenir de l'air à une température donnée (en bleu foncé) par rapport à la quantité de vapeur d'eau (en bleu clair) :
Afin de mesurer électroniquement l'humidité de l'air, on utilise le plus souvent des capteurs d'humidité capacitifs. Ces sont des capteurs composés de deux électrodes reliées au circuit et séparées par un matériau isolant (diélectrique). Ce montage s'appelle un condensateur, et possède une propriété physique nommé capacité. Cette capacité dépend de la distance entre les électrodes, ainsi que de la permittivité de l'isolant, c'est-à-dire sa capacité à laisser passer le courant (les matériaux isolants possèdent une très petite permittivité, contrairement aux matériaux conducteurs). Ci dessous un schéma d'un condensateur plan (à plat), avec les électrodes en orange et l'isolant en bleu.
La principale différence entre un condensateur standard et un capteur capacitif est que le matériau isolant du capteur est capable d'absorber une (toute petite) partie de l'humidité ambiante, ce qui modifie sa permittivité, et donc la capacité du capteur. En mesurant la capacité du capteur capacitif, on peut donc mesurer l'humidité de l'air.
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