STEP #16 - ANATOMIE (RILEVATORE A INFRAROSSI NDIR)

Di seguito viene riportata in dettaglio l'anatomia del rilevatore di gas a infrarossi NDIR. 

(Si consiglia di aprire l'immagine)

 Per visualizzare ancora meglio la struttura di un rilevatore di gas a infrarossi NDIR consiglio la visione di questo breve filmato che, oltre a mostrare una vista esplosa dei comuni rilevatori di gas a infrarossi, mostra un'ulteriore vista esplosa di un rilevatore NDIR di nuova generazione, risaltandone i vantaggi. 

Infine ecco la vista esplosa del componente "Infrared detector", visibile nella figura sopra riportata. 

Sitografia: 

https://it.cleanpng.com/cleanpng-kfhva8/download-png.html#

http://www.safetynetsrl.it/POSIZIONAMENTO%20SENSORI/SENSORI%20GAS.htm

STEP #16 - ANATOMIE (RILEVATORE ELETTROCHIMICO)

Per comprendere al meglio l'anatomia del rilevatore di gas consiglio la visione di questo breve video, in particolare dal minuto 00:21 al minuto 1:39. 

In particolare qui di seguito è riportata la vista esplosa del particolare visibile al minuto 1:33. 

Per comprendere le varie componenti e lo scopo di esse si rimanda ancora una volta alla visione de video sopra riportato e anche dello STEP #03 relativo al rilevatore elettrochimico. 

Ecco infine due viste esplose dello strumento nel suo complesso: 

Sitografia: 

https://www.figarosensor.com/movie/electrochemical-type.php

http://www.safetynetsrl.it/POSIZIONAMENTO%20SENSORI/SENSORI%20GAS.htm

http://www.michell.com/it/documents/AII-Brochure_IT.pdf

STEP #15 - I NUMERI

I numeri del rilevatore di gas elettrochimico

1950 - I rilevatori elettrochimici fanno la loro comparsa per monitorare la quantità di ossigeno ambientale;

1980 - I rilevatori subiscono un netto processo di miniaturizzazione che ne consente una prima diffusione sul mercato;

25 °C  - I rilevatori elettrochimici sono poco sensibili a oscillazioni di temperatura; lavorano a temperature intorno appunto ai 25 °C;

65% - I rilevatori elettrochimici sono poco sensibili a oscillazioni di umidità; lavorano con umidità relativa intorno al 65%;

0-1 ppm - Quantità minima del gas di interesse che deve essere presente nell'aria perché il sensore la possa rilevare; 

0.5% FS - Risoluzione del rilevatore di gas elettrochimico;

24 ÷ 36 mesi - Vita media del rilevatore di gas elettrochimico.

I numeri del rilevatore di gas a infrarossi NDIR

(-20) ÷ (+55) °C - Temperatura di lavoro di un rilevatore di gas a infrarossi NDIR;

10 ÷ 90 % - Umidità alla quale lavora un rilevatore di gas a infrarossi NDIR; 

700 ÷ 1300 hPa - Pressione alla quale lavora un rilevatore di gas a infrarossi NDIR; 

4,5 ÷ 5,5 V CC - Tensione di funzionamento di un rilevatore di gas a infrarossi NDIR.

Sitografia:

http://www.michell.com/it/documents/AII-Brochure_IT.pdf

https://www.firetechsrl.it/prodotti/rivelatore-gas-infrarossi-ts293im/ 

STEP #14 - LA TASSONOMIA

La tassonomia è la disciplina che si occupa della classificazione gerarchica di esseri viventi o anche inanimati; qui di seguito viene mostrato l'albero tassonomico dei sensori di gas elettrochimici e dei sensori di gas a infrarossi NDIR. 

(Si consiglia di aprire l'immagine)

In scienza dell'automazione, il controllo automatico di un dato sistema dinamico (ad esempio un impianto industriale) si prefigge di modificare il comportamento del sistema da controllare attraverso la manipolazione di opportune grandezze d'ingresso.

Il controllo del sistema in esame viene affidato ad un altro sistema costruito appositamente, detto "sistema di controllo", che è costituito da diversi tipi di strumenti, tra i quali sicuramente i sensori.

Il sensore è un dispositivo che si trova in diretta interazione con il sistema misurato; più comunemente vengono classificati in base al tipo di grandezza fisica che misurano, come nell'albero sopra riportato. Del sensore di gas sono state elencate tutte le tipologie, quelle che vengono esplicitamente trattate all'interno di questo blog sono riquadrate in rosso. 

Sitografia: 

https://it.wikipedia.org/wiki/Sensore

https://it.wikipedia.org/wiki/Controllo_automatico

STEP #13 - LA PUBBLICITÀ

La pubblicità commerciale è una forma di comunicazione volta a promuovere la vendita di un bene; talvolta il messaggio viene associato ad un’emozione la quale ha il compito di coinvolgere emotivamente il cliente per renderlo più propenso all’acquisto. E' il caso della pubblicità qui riportata: 

L'acquisto del rilevatore di gas viene qui associato alla sensazione di sicurezza dovuta ad aver finalmente eliminato l'ansia e la conseguente paura di una possibile fuga di gas all'interno della propria abitazione. 

Anche questa seconda pubblicità fa leva sui sentimenti, in particolare consiglia l'acquisto del prodotto in quanto una fuga di gas è un evento imprevedibile che può accadere in qualsiasi momento della vita quotidiana e di cui è possibile accorgersi solamente grazie all'allarme del rilevatore di gas. E' interessante notare che entrambe le pubblicità facciano riferimento alla morte, evitabile soltanto grazie all'ausilio dei prodotti che promuovono: è indubbio quindi un forte tentativo di coinvolgimento emotivo del possibile consumatore. 

Sitografia: 

https://www.ilrisveglio-online.it/articolo/1DqqPn5nEUianOzbUxeFyw/beinat-lancia-il-rilevatore-di-monossido-di-carbonio

https://images-na.ssl-images-amazon.com/images/I/71tyJHH2PlL._AC_SL1500_.jpg

STEP #12 - NEL CINEMA

Il rilevatore di gas, e in particolare il suo impiego all'interno di un impianto antincendio, è stato mostrato dalla serie tv Chuck, nel ventiduesimo episodio della seconda stagione, intitolato "Chuck vs l'anello".

In questa puntata il matrimonio di Ellie, sorella di Chuck (il protagonista) viene rovinato dalla band Jeffster che, per festeggiare, esagera sparando fuochi d'artificio all'interno della Chiesa. Essi generano fumo e scintille che innescano il rilevatore di fumo, il quale a sua volta innesca l'impianto antincendio ad acqua. 

Ecco il frammento di interesse della puntata:

STEP #11 - I COSTRUTTORI

I produttori attuali di rilevatori di gas sono molto numerosi, sicuramente però meritano una particolare attenzione:

• Dräger, fondata a Lubecca nel 1889, produce prodotti di tecnologia medica e di sicurezza. Ha più di 14.500 dipendenti in tutto il mondo ed è presente in oltre 190 paesi. La società ha generato ricavi per circa 2,8 miliardi di euro nel 2019.
• Ametek, fondata nel 1930, è un produttore leader mondiale di strumenti elettronici e dispositivi elettromeccanici con vendite annuali di circa 5 miliardi di dollari. Ametek ha 17.000 dipendenti in più di 150 sedi operative e una rete globale di sedi di vendita, assistenza e supporto in 30 paesi in tutto il mondo.

Sitografia: 

https://www.draeger.com/en_corp/About-Draeger

https://www.ametek.com/

STEP #10 - I LIBRI

Ecco alcuni libri e articoli correlati al rilevatore di gas e ai temi ad esso collegati. 

Sull'inventore

Humpry DAVY, Abstracts of the Papers Printed in the Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Vol. 1 (1800 - 1814), pp. 318-322, 1800 - 1814. (per visualizzare il documento clicca qui)

Sul primo prototipo di rilevatore di gas (Davy lamp)

John MEURING THOMAS, Sir Humphry Davy and the coal miners of the world: a commentary on Davy (1816). An account of an invention for giving light in explosive mixtures of fire-damp in coal mines, 13 Aprile 2015. 

Sul rilevatore di gas 

Giorgio SBEVEGLIERI, Gas Sensors : Kluwer Academic Publishers, 1992.

Jack CHOU, Hazardous Gas Monitors: A Practical Guide to Selection, Operation, and Applications : McGraw-Hill Education,1999.

Ghenadii KOROTCENKOV, Handbook of Gas Sensor Materials. Properties, Advantages and Shortcomings for Applications, Volume 1: Conventional Approaches : Radislav A. Potyrlaio, 2013.

Ghenadii KOROTCENKOV, Handbook of Gas Sensor Materials. Properties, Advantages and Shortcomings for Applications, Volume 2: New Trends and Technologies : Radislav A. Potyrlaio, 2013.

Nicolae Barsan Klaus SCHIERBAUM, Gas Sensors Based on Conducting Metal Oxides, Basic Understanding, Technology and Applications : Elsevier, 2018. 

Yonghui DENG, Semiconducting Metal Oxides for Gas Sensing : Springer, 2019.

STEP #09 - GLI INVENTORI

SIR HUMPRY DAVY

Il primo prototipo del moderno rilevatore di gas fu la Lampada Davy (Davy Lamp). Essa fu messa a punto attorno al 1815 da sir Humphry Davy (1778-1829), un chimico e divulgatore scientifico inglese. Egli insegnò alla Royal Institution di Londra (dove ebbe per assistente M. Faraday) e fu presidente della Royal Society (1820). Oltre all'invenzione della lampada di sicurezza per i minatori, egli va ricordato poiché formulò le prime nozioni della teoria elettrochimica, isolò il sodio e il potassio, e scoprì il calcio, il magnesio e lo stronzio. Compì anche importanti ricerche sulla composizione dei gas (acido nitrico, ammoniaca, protossido d'azoto). In particolare scoprì la natura elementare del cloro gassoso.

La Lampada Davy fu un'invenzione importante per un paese la cui economia era in gran parte sostenuta dall'industria mineraria. Essa infatti abbassò significativamente il livello di rischio di esplosione nelle miniere di carbone. Quando in esse si sviluppava del grisou (un miscuglio di carbonio e idrogeno estremamente infiammabile), la rete della lampada permetteva che l’esplosione rimanesse circoscritta all'interno della stessa; il piccolo scoppio così generato spegneva la fiamma, segnalando il pericolo imminente.

Sitografia: 

https://www.treccani.it/enciclopedia/sir-humphry-davy/#:~:text=Chimico%20inglese%2C%20nato%20a%20Penzance,azoto%20scoprendone%20le%20propriet%C3%A0%20anestetiche.

http://95.110.231.234/fisica/index.php/strumenti/termologia/39-Lampada%20di%20sicurezza%20di%20Davy

https://it.wikipedia.org/wiki/Lampada_di_Davy#:~:text=La%20lampada%20di%20sicurezza%20Davy,esplosione%20nelle%20miniere%20di%20carbone.

Fotografie estratte da: 

https://it.wikipedia.org/wiki/Humphry_Davy#/media/File:Humphry_davy.jpg (foto 1)

https://www.istitutomontani.gov.it/museovirtuale/lampada_di115/ (foto 2)

STEP #08 - I MATERIALI (RILEVATORE A INFRAROSSI NDIR)

Per quanto riguarda la trattazione dei materiali relativi a questo tipo di rilevatore di gas è importante ricordare ancora una volta che stiamo parlando dei rilevatori di gas NonDispersive InfraRed (NDIR). Ci sono infatti importanti differenze tra questi e i rilevatori di tipo dispersivo, qui non studiati.

SORGENTE DI INFRAROSSI (IR Source)

Una normale lampadina a incandescenza è una buona fonte di infrarossi. Nei rilevatori di gas viene utilizzato un filamento di materiale riscaldato simile a quello di un puntatore laser (costituito da elio o da un diodo di silicio drogato con boro e fosforo), che irradia energia sufficiente per il rilevamento della maggior parte degli idrocarburi, dell'anidride carbonica e del monossido di carbonio. Può essere tuttavia utilizzata qualsiasi sorgente in grado di generare una radiazione con lunghezza d'onda sufficiente al rilevamento del gas di interesse.

FILTRO DI LUNGHEZZA D'ONDA (Filter)

I rilevatori di gas di tipo non dispersivo utilizzano dei filtri ottici passa banda¹ simili alle lenti degli occhiali, le quali possiedono filtri per proteggere gli occhi dalle radiazioni UV. I filtri sono generalmente realizzati da un produttore di ottica specializzato. I materiali impiegati sono perlopiù  plastica e vetro minerale. 

Note: 

1. In elettronica, un filtro passa banda è un dispositivo passivo che permette il passaggio di frequenze all'interno di un dato intervallo ed attenua le frequenze al di fuori di esso. 

Sitografia:

http://www.intlsensor.com/pdf/infrared.pdf

https://it.wikipedia.org/wiki/Filtro_passa_banda

STEP #08 - I MATERIALI (RILEVATORE ELETTROCHIMICO)

Il rilevatore di gas elettrochimico possiede svariate componenti; qui di seguito sono riportati quelli di maggior rilievo dal punto di vista dei materiali di cui sono costituiti.

ELETTRODI

Generalmente i sensori elettrochimici sono realizzati con elettrodi attivi. Essi, a differenza di quelli inerti, sono costituiti da elementi che partecipano alle semireazioni (ossidazione e riduzione) perciò si modificano nel corso dell'utilizzo perdendo o acquistando massa; il materiale di cui sono composti non è univoco in quanto dipende dal gas da rilevare. Per questa ragione, sebbene i rilevatori abbiano un consumo di energia molto basso, il fatto che reagiscano con il gas da rilevare risulta nella trasformazione/consumo di materiale degli elettrodi, la quale infine si traduce in una variazione di sensibilità che richiede frequenti interventi di ritaratura, che hanno un costo non indifferente.

ELETTROLITA

Interessante è anche la composizione dell'elettrolita: se inizialmente si trattava di una soluzione acquosa, negli ultimi anni è stata sostituita da un elettrolita solido a conduzione ionica. Molti elettroliti solidi, conduttori anionici (F, Cl, O2) o cationici (H, Li, Na, Ag), sono stati studiati per varie applicazioni elettrochimiche grazie alla straordinaria conducibilità ionica in determinati intervalli di temperatura. Questa ricerca è molto rilevante in quanto una grande limitazione del rilevatore di gas è il fatto che temperature inferiori a -15 °C inibiscono l'azione dell'elettrolita.

Sitografia:

http://www.chimdocet.it/solido/PDF_Link/SENSORI_ELCH.pdf

http://www.safetynetsrl.it/POSIZIONAMENTO%20SENSORI/SENSORI%20GAS.htm