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Retour : 03- Les principaux types de radiosondes
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Voir aussi : La "pile à
eau" - La radiosonde
VAISALA RS92-AGP - La
radiosonde VAISALA RS92-SGP - La radiosonde
METEOLABOR SRS-C34 -
Description
Le
dispositif de mesure d'ozone est enfermé dans une grande
boîte en polystyrène expansé. la partie électronique
est reliée à une radiosonde (ici une RS92-SGPD simplement
scotchée sur le boîtier ; voir photo ci-contre) qui
retransmet les données mesurées.
Le principe du capteur d'ozone est relativement simple : une pompe
à piston, alimentée en permanence par une "pile
à eau", fait circuler l'air dans une solution d'iodure
de potassium. La réaction chimique qui s'opère provoque
la formation d'un courant électrique dont la valeur est
retransmise par la sonde. L'indication "ECC" signifie
"Electrochemical Concentration Cell". Il s'agit
ici d'un analyseur de type Z de la société américaine
EN-SCI .
Le ballon qui emporte le tout est d'un volume plus important que
pour enlever la radiosonde habituelle et mesure au décollage
de 1,5m (ballon de 1200g) à près de 2 m de
diamètre (Totex 2000 Gr, gonflé à 3.7 m3
pour les SRS-PTU de Payerne)
(Totex 1500 Gr pour Uccle). L'altitude visée est de l'ordre
de 35000m.
Sur le boîtier est fixée une fiche d'instruction
pour le renvoi de la sonde ou son recyclage. Les capteurs d'ozone
sont facilement reconditionnés pour un nouveau vol, 75%
des sondes envoyées par Uccle sont retournées, une
grande partie des capteurs d'ozone sont réutilisables.
Le prix élevé du capteur justifie sa réutilisation.
Caractéristiques
Dimensions du boîtier : hauteur : 250 mm
, largeur : 190 mm, épaisseur : 190 mm
Le logement intérieur où est placée la mesure
d'ozone fait 90x90 et 140mm de haut, le couvercle a 50 mm d'épaisseur.
Le logement de la pile à eau situé en partie basse
mesure, vue de la face avant, 140mm de profondeur, 45mm de haut
et 65mm de large ; il reste 10 mm de polystyrène sous ce
logement.
Masse : 550g avec la pile.
Alimentation du capteur d'ozone : pile à eau 12V-70mA
Autonomie du capteur d'ozone : 5h
Fonctionnement du capteur d'ozone par Sébastien, ON7SEB
La pile ECC est composée de deux récipients en Téflon
dans lesquels il y a une électrode, respectivement l'anode
et la cathode. Ces deux petits réservoirs communiquent
entre eux en leurs bases (à proximité des électrodes)
par un pont ionique, le pont ionique est un matériau qui
a la particularité de laisser passer les ions tout en empêchant
les deux substances de se mélanger, ce qui neutraliserait
le fonctionnement de la pile.
Les deux petits réservoirs sont chacun remplis avec un
mélange d'iodure et de bromure de potassium dilué
dans de l'eau distillée, le réservoir de l'anode
contient un peu plus d'iodure de potassium (la solution est brunâtre)
que la solution dans le réservoir de la cathode, cela est
fait exprès pour que la réaction fonctionne correctement,
l'air pompé arrivant lui dans le réservoir de cathode.
La réaction qui s'effectue avec l'ozone (03)
s'appelle l'oxydoréduction, une réaction chimique
qui provoque un transfert d'électrons, la réaction
est directement dépendante du taux d'ozone dans l'air pompé.
En pratique, la réaction d'oxydoréduction fonctionnant
aussi avec le dioxygène (O2) contenu dans l'air, il est nécessaire
de connaitre le " bruit de fond " de la pile pour ne
pas fausser la mesure d'ozone proprement dite, cela est prévu
dans les calculs au sol.
Sans rentrer dans les longues formules, la réaction qui
s'opère avec l'ozone produit 2 électrons par molécule
d'ozone. Le courant mesuré est directement proportionnel
au nombre de molécules d'ozone dans l'air pompé.
Le débit de pompage est connu et entre en compte dans le
calcul final, le régime du moteur est constant quand la
tension est entre 7 et 20V, ce qui permet un débit constant
pendant tout le vol. Le "bruit de fond" lié à
la réaction de l'O2 avec le mélange est déduit
du résultat final pour corriger la mesure.
Pour effectuer le calcul final, outre le débit d'air pompé,
la pression de l'ozone doit aussi être connue, elle dépend
en partie de la température, à cet effet un capteur
de température effectue la mesure de la température
de l'air aspiré au niveau de la pompe.
Ces deux mesures (courant dans la cellule ECC et température
de l'air) sont dirigées vers un double amplificateur opérationnel,
ensuite une numérisation (16 bits) s'effectue sur un convertisseur
analogique/digital, ces informations transitent ensuite de manière
numérique sur un bus SPI jusqu'à la radiosonde pour
y être transmises par radio.
Au sol, ces deux mesures sont confrontées pour calculer
précisément le taux d'ozone.
Parachute et vitesse de chute
Le poids de la charge utile impose
l'utilisation d'un parachute (en plastique rouge pour les RS92-SGPD)
en toile pour les SRS-PTU.
A titre d'exemple voici la répartition des masses de :
1) SRS-PTU+Ozone capturée par F0FLS (voir photos ci-dessous)
- SRS-PTU + capteur ozone : 1075 grammes
- parachute seul : 164 grammes (diamètre 1,5m)
- ficelle seule : 125 grammes
- reste de l'enveloppe : 618 grammes (ballon de 2000g)
C'est donc une masse de près de 2kg (1982 grammes) qui
est retombée assez rapidement à en juger par l'enfoncement
du boîtier en polystyrène.
2) RS92SGPD + capteur ozone de Uccle
- capteur+RS : 880g
- parachute+ficelle : 132g
Ci-contre : RS d'Uccle (photo F1BMN)
Photos
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| Platine interface du capteur d'ozone |
M : pompe à
air E : entrée d'air S : sortie de la pompe C : capteur électrochimique |
Le boîtier isolant en polystyrène contenant le dispositif de mesure |
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| Le capteur d'ozone utilisé par Payerne est identique à celui d'Uccle (Belgique) |
P : parachute en toile B : restes de l'enveloppe S : radiosonde Meteolabor SRS-PTU O3 : capteur d'ozone |