Lezioni del Corso di Misure Meccaniche e Termiche

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1 Facoltà di Ingegneria Lezioni del Corso di Misure Meccaniche e Termiche 03. I Sensori di Umidità

2 Igrometri relativi meccanici principio di misura Basato sul fenomeno dell'elongazione di capelli umani in funzione dell'umidità. Elementi sensibili: membrane, sia animali che sintetiche, carta, tessuti. Esistono dispositivi ad uscita elettrica (potenziometro o estensimetro)

3 Igrometri relativi meccanici cause di incertezza Deriva di zero (stress meccanici, esposiz. ambienti secchi) Isteresi Contaminazione superficiale (ammoniaca, polveri, grassi) Sensibilità alle vibrazioni (elevato tempo di risposta)

4 Igrometri relativi resistivi principio di misura Misurano la variazione di resistenza dell elemento sensibile. Si distinguono due tipi di sensori: a) conduzione di superficie; b) conduzione di massa. La caratteristica del sensore è di tipo non lineare del tipo: R = α exp( β φ ) (Un esempio di substrato utilizzato é il polistirene trattato con acido solforico).

5 Igrometri relativi capacitivi principio di misura La variazione dell umidità relativa provoca una variazione della capacità del sensore Generalmente uno degli elettrodi è permeabile al vapor d acqua. La caratteristica del sensore è di tipo non lineare del tipo: [ ( ) ] A 1/ 3 1/ 3 1/ 3 3 εo C = ν εw ε f + ε f L (Un esempio di substrato utilizzato é l acetato di cellulosa e la poliammide)

6 Igrometri relativi elettrici cause di incertezza temperatura dell aria contaminazione dell elemento sensibile fenomeni di condensazione tensioni meccaniche indotte sull elemento irraggiamento diretto tensione di alimentazione impedenza di carico

7 Trasformazioni termodinamiche degli Igrometri indiretti ts, C w, g/kg

8 Igrometri a condensazione principio di misura Sorgente di luce (1), specchio riflettente (2), rilevatore di condensa (3), sistema di controllo (4), sensore di temperatura (5), sistema di raffreddamento/riscaldamento (6) scambiatore (7) Basato sulla progressiva diminuzione della temperatura superficiale di un elemento sensibile e conseguente raggiungimento della condizione di saturazione La trasformazione termodinamica corrisponde ad un raffreddamento isotitolo a pressione costante (fino a Tr o Tb) è tale che: pv = pvs ( Tr )

9 Igrometri a condensazione cause di incertezza incertezza sensore di temperatura gradienti di temperatura: i) aria-condensato; ii) condensato-superficie raffreddata;ii) superficie raffreddata-sensore di temperatura; effetto Kelvin (grado di finitura specchio) effetto Raoult (presenza di contaminanti solubili) attenuazione del segnale di trigger (la presenza di particolato sulla superficie dello specchio) tipo e consistenza del film di condensa (liquido o solido) fenomeni di condensazione, adsorbimento, desorbimento e perdite di carico (lungo la linea di campionamento) portate di campionamento inadeguata (portata pulsante, troppo bassa o elevata dm3/h)

10 Psicrometri principio di misura Basato sulla misura della differenza di temperatura tra la temperatura dell aria e la temperatura di bulbo umido (temperatura alla quale si porta un termometro mantenuto costantemente bagnato mediante una garza ed investito dalla corrente d aria umida) Il funzionamento dello psicrometro é descritto dalla relazione di Ferrel : x = x s,tu A ( t s t u )

11 Psicrometri cause di incertezza Incertezza dei sensori di temperatura Variazioni del flusso conduttivo: i) garza e sensore di temperatura; ii) sensore di temperatura e serbatoio di alimento Variazioni del flusso convettivo (velocità dell aria): i) aria umida e film saturo; ii) film saturo e garza Variazioni del flusso radiativo tra sensore e l ambiente Eccessivo essiccamento della garza Sporcamento della garza Intrusività in ambienti di dimensioni ridotte

12 Igrometri a sali saturi principio di misura Basato sul principio che la pressione di vapore di una soluzione salina aumenta al crescere della temperatura e diminuisce all'aumentare della concentrazione del sale disciolto. La soluzione salina viene riscaldata, la pressione di vapore della soluzione aumenta fino ad eguagliare quella del vapore d acqua: pv = pvs,licl ( Ts )

13 Igrometri a sali saturi cause di incertezza incertezza sensore di temperatura variazione del flusso radiativo variazione del flusso convettivo (velocità dell aria) variazione del flusso conduttivo (differenza di temperatura e lunghezza stelo) contaminazione superficiale (sostanze solubili)

14 Igrometri elettrolitici principio di misura Basato sull essiccazione in una cella sensibile al P2O5 ed una successiva elettrolisi dell'acqua adsorbita dal film di in ossigeno ed idrogeno La misura della corrente richiesta é proporzionale al numero di molecole d'acqua dissociate (due elettroni per ogni molecola d'acqua)

15 Igrometri elettrolitici cause di incertezza incertezza sensore di corrente ricombinazione di idrogeno ed ossigeno fenomeni di occlusione variazioni della portata presenza di idrogeno e di ossigeno nel campione presenza contaminanti che possono reagire con il P2O5 (ammina, ammoniaca, alcool, ecc.)

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