I sensori aiutano a migliorare la qualità dell’aria in termini di comfort e sicurezza


T Chi lavora in spazi ristretti intorno agli impianti industriali deve essere sicuro di non trovarsi in aree con livelli di contaminazione nocivi. I sistemi portatili che incorporano sensori di qualità dell’aria assicurano un’informazione costante.


In una varietà di situazioni industriali, dagli impianti di trattamento delle acque reflue alla raffinazione petrolchimica, dalla produzione mineraria fino alla lavorazione dell’acciaio, i sistemi fissi garantiscono un’adeguata ventilazione per ripulire l’aria dai gas di scarico che possono facilmente svilupparsi nei processi chimici.


Esistono numerose tecnologie di rilevamento idonee a individuare i contaminanti nell’aria. Tuttavia, un elemento chiave per qualsiasi forma di sensore chimico, rispetto a uno progettato per misurare parametri fisici come la temperatura o la pressione, è la capacità di essere selettivo.Tra i gas esiste un’enorme varietà di strutture chimiche. Per identificare sostanze singole o classi di sostanze in una miscela campione, queste strutture prevedono approcci differenti. Ciò consente lo sviluppo di sensori altamente specializzati, scarsamente influenzabili dalla presenza di altri gas. La selettività può essere sfidante se l’applicazione implica la capacità di rilevare una vasta gamma di gas nocivi, selezionati all’interno di una miscela d’aria.


Una tecnologia comunemente usata per il rilevamento di gas specifici, o di gas con strutture chimiche comuni, è quella del sensore a infrarossi non dispersivo (NDIR).Questa tecnologia sfrutta l’assorbimento selettivo della luce da parte dei diversi legami chimici. Molti dei gas di interesse nelle misurazioni della qualità dell’aria presentano un forte assorbimento IR a lunghezze d’onda diverse da quelle di, per esempio, ossigeno molecolare o azoto. Ad esempio, l’ozono nocivo del gas ossidante contiene solo atomi di ossigeno, ma può essere rilevato


SGX Sensortech (una società Amphenol) produce sensori MiCS e NDIR.


all’interno di un campione di aria contenente O2 perché i legami tra i tre atomi nell’ozono sono diversi. La molecola di ozono presenta una struttura a forbice simile a quella della molecola dell’acqua piuttosto che alla forma a manubrio dell’O2. Le differenze danno origine a legami che a differenza di quelli dell’O2 assorbono fortemente a 9µm. La lunghezza d’onda di assorbimento IR caratteristica dell’O2 è molto più corta a 0,763µm.


Alcuni altri gas di interesse nel rilevamento della qualità dell’aria presentano forti bande di assorbimento nell’intervallo tra 1µm e 10µm. Per applicazioni come il rilevamento VOC, una tecnica tipica è quella di cercare nella gamma di lunghezze d’onda da 3,3 a 3,5µm spesso assorbite dai legami carbonio-idrogeno comuni a queste molecole. I sensori NDIR per VOC, anidride carbonica, ossidi di azoto, CO o altri gas funzionano facendo passare il campione di gas attraverso una camera illuminata da una sorgente IR e dotata di un rilevatore. Il rivelatore è protetto da un filtro per rimuovere le lunghezze d’onda indesiderate. Monitorando l’uscita del rivelatore, il software può misurare la concentrazione del gas target all’interno della camera.


I sensori di gas miniaturizzati sono in genere progettati per singoli tipi di gas, come ad esempio anidride carbonica o VOC. Per misurare la presenza di più di un tipo di gas, i sensori vengono spesso distribuiti in parallelo, configurazione che permette di rilevare la contaminazione con elevata ripetibilità e accuratezza. Una tecnica più avanzata è la spettroscopia IR con trasformata di Fourier. Questa sfrutta delle tecniche di impronta basate sulla rilevazione degli assorbimenti a


Cella gas riflettente Lampada IR


Rivelatori IR filtrati


Attivo Riferimento


L


Modulazione della lampada


Gas In/Out Segnali di uscita


In un sensore NDIR, il gas che passa attraverso una camera viene illuminato da una sorgente IR con un rivelatore.


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