Molti dei nostri dispositivi portatili funzionano con diversi sensori per misurare gas e pressione. In questa sede spiegheremo i diversi principi dei sensori:
Sensore a infrarossi (sensore IR)
Un sensore a infrarossi misura lunghezze d’onda che non sono visibili all’uomo perché si trovano al di sotto della luce rossa visibile all’uomo. La misurazione viene utilizzata per rilevare il calore e il movimento di corpi e oggetti. Il rilevamento è senza contatto.
La funzione consente di misurare la temperatura senza contatto, di trasmettere dati senza fili, ad esempio per le termocamere, e di muoversi al buio. I più noti prodotti di uso quotidiano che includono sensori a infrarossi sono i telecomandi e i rilevatori di movimento.
I sensori a infrarossi adatti alla misurazione dei gas funzionano secondo il principio dell’assorbimento infrarosso non dispersivo (NDIR). Sono anche utilizzati, ad esempio, per analizzare i gas di scarico dei motori a combustione.
I nostri dispositivi di misurazione (GOLIATH e OLLI) sono dotati di sensori IR che funzionano secondo il principio NDIR. Di solito questo sensore è progettato per un gas target, al quale è sensibile e ne visualizza la concentrazione, ad esempio metano, propano o anidride carbonica. Un sensore Dual-IR è in grado di misurare due diversi componenti di gas allo stesso tempo, due sensori per due gas diversi sono collocati in un unico alloggiamento del sensore. Nell’OLLI, il doppio sensore IR misura contemporaneamente i gas combustibili (ad esempio il metano) e la CO₂.
Sensore laser
In un sensore laser, i diodi laser emettono impulsi o fasci di luce. Questi vengono riflessi da un oggetto da misurare e vengono poi restituiti al sensore. La distanza tra il sensore e l’oggetto misurato viene misurata in base alla riflessione della luce. Oltre alla distanza, un sensore laser può anche rilevare distanze e posizioni senza contatto. Questo sensore ha una lunga portata e un’elevata risoluzione e precisione.
Il sensore laser viene utilizzato, ad esempio, nell’ingegneria meccanica e impiantistica, nell’industria chimica, nella costruzione di strade, nell’industria dell’automazione, nella tecnologia di stoccaggio e imballaggio e nel rilevamento delle perdite.
Uno dei nostri dispositivi mobili di misurazione laser è l’ELLI. La tecnologia dei sensori utilizzata nel dispositivo (laser a diodi regolabile – spettroscopia di assorbimento) serve a rilevare perdite di metano o accumuli di metano e può rilevare il metano anche in concentrazioni molto basse. L’indicatore laser di perdite Esders ELLI è utilizzato principalmente nel telerilevamento. Il sensore laser consente di rilevare il metano da distanze maggiori, fino a 30 metri. Il funzionamento del laser è spiegato anche nel nostro post Rilevazione remota del metano – Spettrometria laser a infrarossi.
Sensore di calore
Questo sensore funziona secondo il principio di misura della combustione catalitica e viene utilizzato negli strumenti di misura per gas e vapori esplosivi. Il principio di misura consiste in una derivazione a ponte con due sensori composti da un pellistor attivo e uno passivo (sensore di gas) in una spirale di platino. Si tratta di un circuito a ponte di Wheatstone.
Questo principio include il rilevamento di sostanze infiammabili senza includere la temperatura ambiente nel risultato. La piccola spirale di platino è circondata da un catalizzatore ceramico e viene riscaldata da una corrente controllata a diverse centinaia di gradi, che riscalda il pellistor attivo a circa 450 gradi Celsius. Il catalizzatore provoca una reazione dei gas combustibili con l’ossigeno al di sotto della temperatura di accensione effettiva. Questa reazione è una combustione senza fiamma che genera calore. Il calore modifica la resistenza del filo di platino e può quindi essere misurato e visualizzato.
Nota: per la misurazione è necessario l’ossigeno (aria). A concentrazioni > 5% (calibrazione del metano) non è possibile effettuare misurazioni accurate a causa della mancanza di ossigeno.
Una caratteristica di questo metodo di misurazione è l’indicazione affidabile di tutti i gas combustibili. Tuttavia, non bisogna trascurare il fatto che la visualizzazione è corretta solo per il gas per il quale lo strumento è stato calibrato. Ad esempio, uno strumento calibrato per il metano visualizzerà propano e butano dall’accendino. Tuttavia, il display non mostrerà mai la concentrazione corretta in volume % o % LEL.
Le proprietà del metodo di misurazione della combustione catalitica o della colorazione del calore possono essere facilmente richiamate quando si pensa al convertitore catalitico automobilistico. Anche con il convertitore autocatalitico, gli idrocarburi incombusti possono essere ossidati solo in presenza di aria sufficiente. Pertanto, la concentrazione dell’aria viene misurata dalla cosiddetta sonda Lambda. Proprio come nel caso del convertitore autocatalitico, il catalizzatore del sensore può essere avvelenato da alcune sostanze.
Oltre ai vapori di piombo (un tempo paragonabili alla benzina con piombo), vanno citati anche il silicone e gli alogeni.
Un grande vantaggio di questo sensore è la robustezza e la precisione di cui abbiamo bisogno per le misure nell’intervallo LEL. Un tipico campo di applicazione è la misurazione del pericolo – LEL. Nella nostra serie di sensori utilizziamo un sensore di calore.
Sensore elettrochimico
Questo sensore è costituito da almeno tre elettrodi: un elettrodo di lavoro, un controelettrodo e un elettrodo di riferimento. Questi tre elettrodi incontrano elettroliti liquidi nell’alloggiamento.
Il principio di misurazione si basa sul passaggio del gas attraverso una membrana fino all’elettrodo di lavoro. La membrana è permeabile ai gas, ma non agli elettroliti. Questo processo innesca una reazione elettrochimica. L’elettrodo di lavoro rilascia elettroni, nel qual caso si verifica un’ossidazione, oppure accetta elettroni, nel qual caso si verifica una riduzione. Il flusso di elettroni genera una corrente elettrica che è proporzionale alla concentrazione del gas e può essere misurata. Il sensore elettrochimico offre un’elevata sensibilità e una facile manipolazione. Misura il monossido di carbonio (CO), l’acido solfidrico (H₂S) e l’ossigeno (O₂). Lo usiamo ad esempio nel GOLIATH o nell’OLLI.
Questo sensore viene utilizzato anche nei settori della sicurezza, della diagnostica ambientale, del controllo di processo e della tecnologia medica.
Sensore a semiconduttore
Un sensore a semiconduttore è un sensore di temperatura con materiali semiconduttori di ossidi metallici. Nel corso della misurazione, i sensori vengono riscaldati in modo che si verifichi una conduttività intrinseca, poiché un semiconduttore conduce elettricità solo a determinate temperature. Le molecole di gas colpiscono la superficie del semiconduttore, provocando una variazione della resistenza elettrica, che a sua volta può essere misurata.
Le aree di applicazione del sensore a semiconduttore sono l’ingegneria della sicurezza, l’assicurazione della qualità, la tecnologia di misurazione dei processi e il monitoraggio delle emissioni e delle merci disperse nell’aria. I vantaggi di questo sensore sono l’elevata sensibilità e la lunga durata. I sensori a semiconduttore hanno un consumo energetico estremamente ridotto e una bassa selettività, poiché sulla superficie possono accumularsi anche altri gas estranei alla misurazione.
La sensibilità dei sensori a semiconduttore può essere temporaneamente ridotta o permanentemente danneggiata dall’esposizione a veleni o inibitori del sensore. Gli inibitori comprendono l’acido solfidrico, vapori di silicone, oli, esteri di fosfato, alogeni e altre sostanze chimiche.
Utilizziamo sensori a semiconduttore nella serie HUNTER e nel GasTest delta3 perché hanno un’elevata sensibilità nell’intervallo dei ppm e possono rilevare concentrazioni molto basse di gas di combustione.
Sensore a conduttività termica
Le concentrazioni di gas possono essere determinate con l’uso di un sensore a conduttività termica, poiché i gas hanno conduttività termiche diverse. Se un gas scorre intorno a un filo riscaldato, si raffredda in base alla conduttività termica del gas. Il filo cambia quindi la sua resistenza. Questo cambiamento può essere misurato e visualizzato.
La misurazione della conduttività termica non è sufficientemente accurata per le misure nell’intervallo LEL. Un vantaggio del sensore a conduttività termica è che non richiede ossigeno per la misurazione dei gas.
Applicazione comune: misurazione di gas ad alta concentrazione.
Anche i gas leggeri, come l’idrogeno o l’elio, possono essere rilevati in modo altamente sensibile tramite il sensore a conduzione termica. HUNTER H2, ad esempio, è un dispositivo di misurazione che può essere utilizzato per individuare tracce di idrogeno. I sensori a conduttività termica sono utilizzati anche nei dispositivi di misura SIGI-EX e OLLI.
Sensore di pressione relativa (sensore di bassa pressione, mbar)
Con l’aiuto di questo sensore, la pressione viene misurata rispetto alla pressione dell’aria ambiente. La variazione di pressione viene osservata dalla deformazione di una membrana. Un lato della membrana è esposto alla pressione di prova, l’altro alla pressione ambiente. Il risultato di questo principio di misurazione è la differenza di pressione rispetto alla pressione ambiente. La pressione relativa di un sistema collegato all’atmosfera (ad esempio un regolatore di pressione del gas in una casa) è la pressione assoluta più la pressione dell’aria. Se riesco a misurare entrambe le quantità, posso calcolare la pressione relativa.
La pressione dell’aria fluttua a causa delle variazioni delle condizioni atmosferiche, vale a dire che una variazione della pressione dell’aria ha un effetto diretto sul risultato del test.
Campo di applicazione: misurazione su regolatori e installazioni domestiche. Poiché nell’impianto domestico vengono effettuate solo prove di pressione relativamente brevi, la prova di tenuta e la prova di carico, una variazione della pressione dell’aria ha effetto solo in circostanze molto sfavorevoli. Nei nostri dispositivi GasTest delta3 e LeckOmiO utilizziamo sensori di pressione relativa.
Sensore di pressione assoluta (sensore di alta pressione, bar)
Nei sensori di pressione assoluta il lato interno del sensore è evacuato e sigillato ermeticamente. La deformazione misurata della membrana consiste sempre nella differenza di pressione tra la pressione di prova e il vuoto ed è quindi indipendente dalla pressione ambiente. Il risultato misurato è quindi sempre la differenza di pressione rispetto al vuoto.
Per la prova di tenuta è necessario osservare quanto segue: i gas si riscaldano comprimendo l’aria – compressione. Successivamente è necessario un tempo di adattamento per il raffreddamento, in modo che la pressione nella tubazione diminuisca. Il calo di pressione è dovuto al raffreddamento dell’aria alla temperatura ambiente. Abbiamo descritto in dettaglio le proprietà fisiche dei gas nel nostro post Fondamenti – Prove di tenuta sulle tubazioni del gas.
Il sensore di pressione assoluta viene utilizzato per le prove di tenuta sulle tubazioni. I sensori di pressione assoluta esterni vengono utilizzati quando si lavora con i nostri smart memo e GasTest delta3.
