Corso di aggiornamento Sulla domotica 2) SENSORI marcello.ferri@tiscalinet.it
GLI ARGOMENTI DI OGGI Commenti sulla lezione precedente Panoramica su Sensori, Rivelatori e Attuatori Caratteristiche generali e tipologie di impiego Posizionamento e montaggio
Sensori Rivelatori ed Attuatori Sensori, rivelatori ed attuatori sembrano tutti uguali ma non lo sono La scelta dei tipo di sensore, la sua collocazione ed il corretto impiego sono determinanti per il funzionamento di un impianto SENSORI/RIVELATORI ATTUATORI Luminosità, Temperatura Velocità Vento, Pioggia Fumo, Gas, CO2, Liquidi Qualità aria, Intrusione, Presenza, rottura vetri, Movimento, etc Livello, Portata, Consumi (misuratori) On/Off, Dimmer Serrande e Tapparelle Per Riscaldamento e Condizionamento 0-10V, 4-20mA, DALI, DMX
Alcuni Sensori e Rivelatori
I Rivelatori Incendio La normativa di riferimento è la EN54 (UNI 9795 Aprile 2005) RIVELATORI PUNTIFORMI CALORE (UNI EN 54/5/6/8) Con elemento statico Con elemento Velocimetrico RIVELATORI PUNTIFORMI FUMO (UNI EN 54/7) A diffusione luce effetto Tyndall A trasmissione/assorbimento luce a ionizzazione
Rivelatore Statico Rivelatori di calore con un elemento statico In questo tipo di rivelatori l elemento sensibile al calore (termostato) è distante almeno mm 15 dalla superficie su cui è montato il rivelatore medesimo. Sono realizzati per entrare in funzione quando la temperatura supera una soglia elevata.
Rivelatore Termovelocimetrico In questo caso non è presente l elemento statico, ma viene invece avvertita la velocità d incremento della temperatura (gradiente). Possono non essere idonei a rilevare un inizio di incendio che presenti bassa velocità di aumento della temperatura (minore di 5 C/min), per cui devono essere usati in combinazione con altri rivelatori (si trovano oggi in commercio anche rivelatori ottici di fumo combinati, sensibili sia alla presenza di fumo che alle alte temperature).
Rivelatore di fumo a diffusione o Tyndall Rivelatori di fumo a diffusione o effetto Tyndall Utilizzano il principio di diffusione della luce causato dalla presenza di particelle di fumo presenti nella camera di rilevazione (effetto Tyndall). All interno della camera infatti opera un gruppo ottico composto da un fotodiodo emettitore ed uno ricevitore. La luce emessa è opportunamente guidata in modo da non colpire il dispositivo ricevente, sennonché in presenza di fumo, le particelle investite dalla luce si comportano come specchi, riflettendo in tutte le direzioni fino a raggiungere il diodo ricevitore. Il fumo ha accesso alla camera di misura attraverso un labirinto, garantendo un ulteriore discriminazione da falsi allarmi (per raggiungere la camera di analisi è necessaria infatti una densità consistente). Questo tipo di rivelatore permette una registrazione immediata della presenza di tutti i tipi di fumi visibili, in particolare quelli chiari, risultando indicato particolarmente per l individuazione di fuochi covanti o a lenta combustione.
Rivelatore di fumo a diffusione o Tyndall (2)
Rivelatore di fumo ad assorbimento luce Rivelatori di fumo ad assorbimento luce La rilevazione ottica utilizza il principio fisico dell assorbimento della luce per captare la presenza di fumo all interno di un labirinto (camera ottica). tale proprietà consente di avere una maggiore sensibilità agli estremi della banda, cioè per fumi invisibili, molto intensi o neri. Questa caratteristica differenzia il sensore rendendolo molto performante rispetto ad un tradizionale ottico ad effetto Tyndall (fino al 60% in più).
Rivelatori di fumo a ionizzazione Rivelatori puntiformi di fumo a ionizzazione Nel rivelatore ci sono due camere, ognuna delle quali contiene una sorgente moderatamente radioattiva (circa 5mg di Americio 241), in modo che l aria ne risulti ionizzata e resa conduttiva. Una delle due camere viene poi chiusa, mentre l altra rimane soggetta alle infiltrazioni dell aria presente nell ambiente da monitorare. La presenza di fumo causa un rallentamento nel moto degli ioni che viene registrato come una variazione di corrente facendo scattare lo stato di preallarme. Questo dispositivo consente una rilevazione immediata della presenza di fumi chiari, scuri ed invisibili. La bassa emissione di radioattività rende questi sensori sicuri ma la loro presenza deve essere segnalata da apposite etichette e devono essere maneggiati da personale competente.
Rivelatori lineari a barriera Altri tipi di rivelatori Rivelatori per condotte di ventilazione Rivelatori ad aspirazione Rivelatori fotoottici laser Rivelatori per ambienti polverosi Rivelatori di fiamma Rivelatori di scintilla Cavo Termosensibile In ambito domestico è frequente un processo di sviluppo lento e caratterizzato da una notevole emissione di fumo iniziale, con un debole sviluppo di calore, anche per l uso sempre più consueto di materiali d arredo ad alto grado di resistenza al fuoco. È questa la ragione per cui, per l edilizia abitativa, ci si è indirizzati verso l utilizzo di rivelatori di fumo, ad eccezion fatta per i locali soggetti a fumi e vapori (come la cucina) in cui è preferibile utilizzare rivelatori di calore onde evitare falsi allarmi.
Posizionamento rivelatori di calore
Posizionamento rivelatori di fumo
Posizionamento rivelatori Posizionamento rivelatori di Calore Differenza tra Fumo e Calore rivelatori di fumo lontano da correnti di aria!
Posizionamento rivelatori (2) Evitare fonti di calore diretta o di fumi Sistema convenzionale Sistema indirizzato
Scelta dei sensori per un appartamento
Rivelatori presenza liquidi A sonda lineare a nastro A sonda puntiforme A rilevatore ottico di liquidi
Rivelatori liquidi a sonda lineare Sensore con sonda lineare a nastro L elemento sensibile è costituito da un nastro, realizzato in fibra tessile poliammidica con due elettrodi: due fili metallici paralleli inseriti nel nastro stesso. Si tratta di un sensore di tipo lineare, i cui vantaggi consistono in una protezione ampia e continua, lungo tutta la lunghezza del nastro e facilmente adattabile a qualsiasi locale. Il nastro può essere applicato con varie modalità (colla, nastro biadesivo, graffette, ecc.) e dovunque sia necessario, anche intorno a tubi e flange.
Rivelatori liquidi a sonda puntiforme Sensore con sonda puntiforme È costituito da un contenitore stagno in materiale termoplastico, da cui fuoriescono due elettrodi in acciaio inossidabile ed un cavetto elettrico di collegamento all unità elettrica. La resistenza intrinseca ai due elettrodi, comune a queste due sonde, è variabile in funzione della presenza d acqua. La variazione di resistenza tra i due elettrodi, in caso d allagamento, provoca un allarme.
Rilevatore ottico di liquidi Sensore ottico rilevatore di liquidi Un raggio calibrato sulla frequenza di risonanza delle molecole d acqua permette di rilevare la presenza di qualsiasi liquido contenente molecole d acqua (incolore o colorata, limpida o torbida) attraverso la parete di un qualsiasi recipiente anche di colore scuro; quest ultimo trova ideale applicazione nel rilevare la presenza d acqua anche in quantità minime e non viene destinato tanto per usi domestici ma piuttosto per usi industriali (come sensore di livello massimo di liquidi dall esterno di qualsiasi contenitore trasparente).
Posizionamento dei rivelatori di liquidi Collocare in prossimità di possibili perdite d acqua Collegare ad una elettrovalvola a riarmo manuale Attenzione alle fonti di falsi allarmi
Collocazione dei sensori in un appartamento
rivelatori di GAS A sensore catalitico di tipo K o di tipo Pellistor A sensore a semiconduttore
Interno di un rivelatore di GAS
Rilevatore di gas a sensore Catalitico Sensore Catalitico Questo sensore basa il suo funzionamento sulla variazione di temperatura prodotta dalla combustione catalitica di un rilevatore a filo di platino. Perchè il sistema funzioni correttamente è necessaria una certa padronanza tecnica e bisogna ricorrere all utilizzo di amplificatori relativamente costosi per garantire un corretto funzionamento. Il sensore catalitico rimane il tipo di rilevatore più usato perchè unisce un elevata selettività e sensibilità anche a bassissimi livelli di concentrazione ed un costo contenuto. I sensori catalitici vengono utilizzati principalmente per la rilevazione di gas esplosivi, sia per una strumentazione di tipo fisso che portatile e si dividono in due grandi categorie: - A sensore catalitico di tipo K - A sensore catalitico di tipo Pellistor
Rilevatore di gas tipo K Sensore Catalitico di tipo K Il sensore catalitico di tipo K trova applicazione principalmente in ambienti civili ed è utilizzato per la rilevazione di basse concentrazioni di gas Metano o GPL.
Rilevatore di gas tipo Pellistor Sensore Catalitico di tipo Pellistor Il sensore catalitico di tipo Pellistor è utilizzato principalmente in ambiente industriale per la rilevazione di Metano, GPL e altri gas quali l Idrogeno e l Acetilene. Il principio di funzionamento del sensore catalitico è quello dell elettrocatalisi. In sostanza viene riscaldato un sottile filamento di platino per effetto della corrente che lo percorre fi no a quando questo non abbia raggiunto una temperatura di 550 C. Il contatto con una miscela ariagas causa l ossidazione dei corpi combustibili presenti e determina l aumento della temperatura del filo in funzione della quantità di calore che deriva da questo processo. L incremento di temperatura comporta una variazione della resistenza elettrica che risulterà a sua volta proporzionale alla concentrazione del gas presente. All interno del sensore viene inserito un secondo filamento, insensibile alla presenza di gas, per evitare di commettere errori nelle misurazioni dovuti alla dipendenza del segnale elettrico di uscita dalla temperatura e dall ambiente in cui il sensore si trova ad operare.
Rilevatore di gas a Semiconduttore Sensore a Semiconduttore Il sensore a semiconduttore viene utilizzato per la rilevazione di alcuni tipi gas unicamente in applicazioni industriali. Per questa seconda tipologia di sensori di gas viene utilizzato un semiconduttore sintetizzato composto per la maggior parte da ossidi, il quale viene mantenuto ad una temperatura di circa 450 C da un elemento riscaldante. Se viene assorbito del gas, si produce uno scambio elettronico ed una conseguente variazione nella resistenza dinamica del semiconduttore.
Posizionamento dei rivelatori di GAS Metano GPL
Alcune raccomandazioni sui rivelatori GAS L installazione vicino ai fornelli può generare allarmi dovuti a vapori di cucina e non da fughe di gas e la contaminazione da grasso può impedire il corretto funzionamento dell apparecchio. Particolari sostanze, eventualmente presenti nell ambiente in cui il sensore opera, possono degradare il catalizzatore e quindi causare una riduzione della sua sensibilità. È importante informare l utente circa il ciclo di vita del sensore (4/5 anni), la data di sostituzione, la vita delle eventuali batterie e le istruzioni per la relativa sostituzione. Alcuni tipi di rivelatori non gradiscono di essere continuamente accesi e spenti. Nei rivelatori per gas Metano NON usare l accendino per testare il funzionamento La norma UNI 50244 sconsiglia di comandare la cappa aspirante con il rivelatore di gas per i pericoli di esplosione derivanti dall avvio dell elettroventola
Altre raccomandazioni sui sensori GAS Collocare in prossimità di possibili fughe di gas Collegare ad una elettrovalvola per gas a riarmo manuale Attenzione alle fonti di falsi allarmi
Collocazione dei sensori in un appartamento
rivelatori per impianti antintrusione rivelatori ad infrarossi passivi rivelatori a doppia tecnologia con antenna planare rivelatori microonda con cavità rivelatori rottura vetri rivelatori inerziali con centralina rivelatori inerziali stand-alone Barriere ad infrarossi attive Sensori a calpestio Sistemi a cavo microfonico o a fibra ottica Contatti magnetici Altri...
Protezioni perimetrali da esterno rivelatori MONOTESTA DA ESTERNO Infrarosso passivo Doppia Tecnologia (microonda + infrarosso passivo) Microonda ad effetto Doppler
Protezioni perimetrali da esterno (2) rivelatori VISIBILI ED INDIVIDUABILI DA ESTERNO Barriere ad infrarossi attivi (da colonna o su palo) Cavo microfonico su recinzioni Rete perimetrale a fili sensibili Rete perimetrale a fibre ottiche Sensori sismici su recinzioni Barriere a doppia tecnologia (infrarossi attivi + microonda)
Protezioni perimetrali da esterno (3) rivelatori INVISIBILI E NON INDIVIDUABILI DA ESTERNO Sistema a fibra ottica interrata Cavo microfonico interrato Sensori sismici interrati Sistema a radiofrequenza interrato Sistema a tubi interrati in pressione Sistema a doppia tecnologia interrato (tubi in pressione + radiofrequenza)
Barriere ad infrarossi attivi in colonna E' il prodotto più venduto anche perché è semplice nella installazione (o almeno sembra ). Se i raggi non sono sincronizzati, si dovrà procedere invertendo il Trasmettitore con il Ricevitore e, a seconda del modello e della Distanza, valutare quanti raggi si possono installare senza che interferiscano tra di loro. Se i raggi sono del tipo sincronizzabile o canalizzabile, si potranno installare da una parte tutti i Trasmettitori e dalla parte opposta tutti i Ricevitori. Il maggior problema degli infrarossi attivi è l'attenuazione del segnale sulla tratta da proteggere dovuta agli agenti atmosferici.quasi tutti i produttori e rivenditori danno la portata massima, ma solo qualcuno dichiara che il segnale, in presenza di forti nebbie, potrebbe calare anche del 75%; questo vuol dire che se in condizioni ottimali una barriera ha la portata nominale di 150 metri, con una tale attenuazione, la portata si riduce a 35-40 metri.
Barriere ad infrarossi attivi in colonna NON SINCRONIZZATI SINCRONIZZATI
Barriere a microonde Dopo l'infrarosso attivo è senz'altro il sistema più in uso. Le barriere a microonde sono affidabili e vengono vendute in diversi modelli con diverse portate, da 15 mt, 40, 50, 70, 80, 100, 120, 150, 180, 200. Le portate sono così varie perché i produttori sono diversi tra loro. Le tecnologie utilizzate sono due: -Barriere con antenne a parabola con diodi in cavità, usate per le portate maggiori. -Barriere con antenne planari, utilizzate per la maggior parte, per le portate inferiori.
Barriere a microonde ANTENNA A PARABOLA ANTENNA PLANARE
ZONA SENSIBILE CON AVVALLAMENTI ZONA SENSIBILE CON OSTACOLI
Barriera a doppia tecnologia da esterno E un sistema che utilizza i due sistemi appena descritti con tutte le loro caratteristiche funzionali, pertanto si utilizzano microonde con cavità e antenne a parabola per lunghe portate (da 80 a 150 mt.), e microonde con antenne planari per portate medio-brevi (fino a 80 mt.). Esiste una correlazione tra le due tecnologie, non è solo un Funzionamento in AND tra loro ma bensì una regolazione Automatica della microonda quando il sistema ad infrarossi attivi entra in disqualifica a causa di agenti atmosferici (nebbia, grandine, pioggia ecc.)
Barriera a doppia tecnologia da esterno
Cavo microfonico E un sistema antintrusione perimetrale esterno di tipo passivo adatto per protezioni sia interne che esterne. Esternamente viene applicato, normalmente, su quelle recinzioni a rete, cosidette, a maglie sciolte o libere. Internamente può essere installato all interno di murature perimetrali o soffitti per rilevarne lo sfondamento. Questa che vediamo nella slide è un installazione tipica dove lo sviluppo totale della protezione è di 300 mt.
Rivelatori di movimento ad Infrarossi passivi Rilevatore IR a Specchio Rilevatore IR a Specchio con Antimascheramento Rilevatore Doppia Tecnologia (IR+ Microonda)
rivelatori movimento/presenza Infrarossi passivi Esistono a lente di fresnel o a specchio Il maggior guadagno comporta una minore amplificazione con evidenti vantaggi per la suscettibilità elettromagnetica (falsi positivi) Filtro per reiezione luce bianca ma trasparente rispetto IR La soluzione a specchio permette di mascherare alcune zone Doppia Tecnologia (microonda + infrarosso passivo) e antimascheramento Regolazione automatica delle sensibilità in base alla temperatura ambiente (problemi tipici dell estate)
Sensori vari Inerziale Autonomo Piezo per Rottura vetri Inerziale con Centralina Contatto Magnetico Contatto Magnetico