Humidity Academy Theory 8 - Specchio raffreddato e tecnologia dell'ossido di alluminio

L'umidità un parametro importante da misurare e monitorare con strumenti di misurazione accurati.

Tecnologia dello specchio refrigerato

Come funziona

Un igrometro a specchio raffreddato o a condensazione è una tecnologia utilizzata per misurare direttamente il punto di rugiada o di gelo di un gas. Se la temperatura di uno specchio viene abbassata esattamente al valore che fa apparire la rugiada sulla superficie, il valore della temperatura dello specchio è chiamato punto di rugiada. Usando l'esempio precedente, il punto di rugiada corrispondente a una condizione di 50 %rh e 25 °C può essere trovato come segue:
Ps a 25°C = 3,17 kPa
p = 0,5 x 3,17 kPa = 1,585 kPa, corrispondente al 50 %rh

Se c'è equilibrio tra la rugiada sullo specchio e l'ambiente, ne consegue che ps alla temperatura dello specchio raffreddato deve essere uguale alla pressione del vapore p. Sulla base di una semplice interpolazione dei valori delle tabelle di saturazione del vapore, troviamo che un valore di ps di 1,585 kPa corrisponde ad una temperatura di 13,8°C. Questa temperatura è il punto di rugiada. L'esempio precedente mostra che la conversione dell'umidità relativa in punto di rugiada e viceversa richiede l'uso di un termometro e delle tabelle del vapore di saturazione. Quando lo specchio è pulito e asciutto, l'intensità della luce riflessa è al massimo.

La superficie dello specchio si raffredda gradualmente fino a quando si verifica la condensazione e si forma acqua o brina sullo specchio. Quando si forma l'acqua o la brina, il segnale luminoso cambia e il cambiamento viene notato dal ricevitore di luce. Quando il segnale luminoso cambia, la temperatura precisa dello specchio viene registrata come temperatura del punto di rugiada o di gelo.

Se la condensa è nota per essere in forma liquida, anche per temperature sotto lo zero, la temperatura misurata viene presa come punto di rugiada. Se la condensa è nota per essere ghiaccio o brina, la temperatura misurata viene presa come punto di gelo.

Pro:

  • Incertezza molto bassa (fino a +/- 0,1 Cdp al 95% di confidenza, k = 2)
  • Ampio intervallo di misurazione
  • Capace di misurare temperature del punto di congelamento molto basse (fino a -95 °Cfp)
  • Cons:

  • Molto più costoso di altre tecnologie
  • Richiede una formazione per il funzionamento e la manutenzione
  • Alto livello di manutenzione
  • Richiede un ambiente pulito
  • Non adatto alla misurazione di processo
  • Tecnologia dell'ossido di alluminio

    Come funziona

    Un sensore all'ossido di alluminio è un tipo di condensatore formato depositando uno strato di ossido di alluminio poroso su un substrato conduttivo e poi rivestendo l'ossido con una sottile pellicola d'oro.

    La capacità misurata tra il nucleo di alluminio del sensore e la pellicola d'oro fluttua al variare del contenuto di vapore acqueo nell'aria. Il numero di molecole d'acqua assorbite determina l'impedenza elettrica del condensatore, che è proporzionale alla pressione del vapore acqueo.

    Quando il sensore è esposto all'umidità, il vapore acqueo viene rapidamente trasportato attraverso lo strato dell'elettrodo esposto (positivo) dove le molecole d'acqua polari formano deboli legami idrogeno sulle superfici di ossido. L'assorbimento causa cambiamenti nella costante dielettrica e nella resistività degli strati di ossido.

    La misura della conduttanza del sensore è una misura del carico di umidità sul dielettrico dell'ossido di alluminio ed è proporzionale alla concentrazione di umidità nel gas campione.

    I sensori all'ossido di alluminio sono buoni per condizioni molto asciutte e pulite dove non è richiesta una misurazione rapida.

    Pros:

  • Piccole dimensioni del sensore
  • Adatto all'uso in linea
  • Ampio campo di misura
  • Bene per misurare ambienti molto secchi
  • (da -75 °C a -100 °C di temperatura del punto di rugiada)
  • Consigli:

  • Suscettibile alla contaminazione, la condensa depositata sul sensore può causare uno spostamento significativo della calibrazione
  • Tempi di risposta lenti (fino a 24 ore nei casi peggiori)
  • Tempi di stabilizzazione lunghi
  • Richiedono una calibrazione frequente
  • Potenziale di una deriva significativa nel tempo
  • Notevole isteresi
  • Tip: I sensori all'ossido di alluminio misurano la quantità assoluta di vapore acqueo nel gas. I sensori capacitivi misurano l'umidità relativa nel gas (la percentuale di vapore acqueo presente in proporzione alla quantità massima di vapore acqueo possibile ad una data temperatura).

    Impara di più sull'umidità nel seguente video: "La misura dell'umidità relativa spiegata"



    Vedi i post precedenti del blog:
    Teoria 1 - Cos'è l'umidità?
    Teoria 2 - Umidità relativa, pressione e temperatura
    Teoria 3 - Umidità e pressione del vapore
    Teoria 4 - Definizioni di umidità: Concentrazione di vapore
    Teoria 5 - Effetto della temperatura e della pressione sulla % rh
    Teoria 6 - Accademia dell'Umidità Teoria 6 - Il sensore capacitivo
    Teoria 7 - Teoria dell'Accademia dell'Umidità 7 - La tecnologia della lampadina bagnata/asciutta


    Guarda la parte 9 della Teoria dell'Accademia dell'Umidità.




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