Gruppo Meteo/Sensori/MessaAPunto

Da raspibo.
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Taratura e calibrazione

  • la taratura è un'operazione che permette di definire le caratteristiche metrologiche di uno strumento, allo scopo di definirne la precisione;
  • la calibrazione ha come obiettivo quello di rendere lo strumento più accurato e spesso, conseguentemente, migliorarne la precisione

La taratura

La taratura può essere usata per la determinazione delle caratteristiche metrologiche dello strumento (es. accuratezza, ripetibilità, riproducibilità, linearità, ecc.) necessari per definirne la funzionalità, o per verificarne la rispondenza a dei requisiti. Inoltre permette di sapere qual è la variazione del valore della grandezza.

La calibrazione

l'insieme di operazioni svolte su un sistema di misura, affinché esso fornisca indicazioni prescritte in corrispondenza di determinati valori di una grandezza da sottoporre a misurazione

Metodologia

  • a confronto, dove una medesima grandezza viene contemporaneamente letta dallo strumento in calibrazione e da quello campione;
  • a sostituzione, dove il campione genera direttamente la grandezza di riferimento che viene fatta misurare allo strumento in calibrazione;

Proposta di lavoro

  • Per la misura del particolato usando il sensore sds011 si propone di eseguire una operazione di taratura; si verificherà quindi una taratura con metodologia del confronto
  • per la misura di NO2 con il sensore della mics invece si suggerisce di eseguire una calibrazione con metodologia a sostituzione

Particolato PM20 PM2.5 con sds011

Obiettivi

Evidenziare errori casuali e sistematici

Errori casuali

Con la stessa logica delle 'misure ripetute' creeremo un gruppo di misure utilizzando un buon numero di misure (ottimo sarebbe almeno 10) con molti sensori che misurano contemporaneamente lo stesso misurando.

Procedimento

Camera di misura

Costruire una "camera" costituente un sistema chiuso e inerte relativamente al particolato. Potrebbe essere usato un "sacco di plastica per materasso"; il contenuto gassoso e il particolato dovranno essere omogenizzati tramite continua ventilazione. Per sostenere il sacco si potrebbe usare semplice paleria da tenda igloo.

Generazione del particolato

Per generare del particolato è possibile usare i prodotti di combustione ad esempio di una sigaretta

Procedimento
  • Fissare su una base stabile i sensori con i cavi convogliati a degli hub USB a loro volta connessi a un PC
  • Sigillare il sacco sostenuto dalla paleria fissata sulla base
  • Attivare la ventilazione
  • inserire quantità di particolato
  • effettuare una misura su tutti i sensori
  • iterare l'inserimento di particolato e le misure
Analisi dei dati

Dalle caratteristiche statistiche delle misure è possibile derivare una stima degli errori casuali dello strumento

Errori sistematici

Si eseguirà lo stesso procedimento eseguito per gli errori casuali con l'aggiunta di uno strumento di riferimento col quale si effettuerà una misura ogni concentrazione di particolato attuando una taratura a confronto.

Analisi dei dati

Dalle caratteristiche statistiche delle misure è possibile derivare una stima degli errori sistematici dello strumento o una semplice curva di calibrazione.

Questioni
  • Le cariche elettrostatiche presenti sul materiale plastico del sacco interferiscono con il particolato?
  • La distribuzione delle dimensioni del particolato del fumo da sigaretta è conforme alla distribuzione del particolato presente come inquinamento in area urbana?
  • Le condizioni di misura sono rappresentative delle condizioni di misura ambientali esterne (temperatura, umidità o altri interferenti)?

NO2 con MICS4514 MEMS sensor della SGX Sensortech Limited (formerly e2v)

Premesse

Articoli fondamentali:

  • il sensore per funzionare deve avere a disposizione ossigeno altrimenti non misura nulla
  • una ottima calibrazione vede la possibilità di modificare temperatura e umidità e prevedere cicli dove le concentrazioni aumentano e poi

diminuiscono per verificare fenomeni di isteresi

  • i sistemi di calibrazione usati sono generalmente di 3 tipi:
 * con strumento di riferimento e bombole di NO2
 * con mix a concentrazioni note tramite bombole a concentrazioni note e flussimetri
 * con mix a concentrazioni note tramite l'utilizzo di tubo a permeazione

A mio parere sono tutte metodologie non accessibili ai Makers principalmente perchè costose e/o ingombranti

Bisognerebbe riuscire ad assemblare il tutto generando concentrazioni note di NO2 in miscela di gas simile all'atmosfera di azoto e ossigeno tenendo eventualmente controllata temperatura e umidità

Obiettivi

Calibrare il sensore tramite miscele di gas a concentrazioni note.

Avvertenze

http://www.prevor.com/it/acido-nitrico-un-pericolo-subdolo

Materiali


Camera di misura

La camera di misura deve essere un contenitore a tenuta stagna con un vaso di espansione. Un tappo in gomma permetterà l'addizione di NO2 tramite siringa graduata. Un miniventilatore permetterà la miscelazione dell'aria e il suo passaggio sugli elementi della cella di peltier. Dalla camera dovranno uscire anche i cavi necessari per la misurazione (mics) Dovranno essere presenti i sensori di temperatura, umidità e pressione.

Generazione NO2

Reazione tra l'acido nitrico concentrato ed il rame: 

Cu + 2HNO3 + 2HNO3 ------------> Cu(NO3)2 + 2NO2 ↑ + 2H2O

ovvero, in forma ionica: 

ossidazione 	Cu ------------> Cu2+ + 2e
riduzione 	2NO3- + 4H+ + 2e ------------> 2NO2 + 2H2O

------------------------------------------------------------ Cu + 2HNO3 + 4H+ ------------> Cu2+ + 2NO2 + 2H2O

Si tratta una piccola quantit↑ di rame ( Cu ) con alcuni mL di acido nitrico ( HNO3 ) sol. 65 %. Si osserva lo sviluppo di un gas di colore bruno, il biossido di azoto ( NO2 ). Si ha sviluppo di biossido di azoto ( NO2 ) e formazione di una soluzione azzurra di nitrato di rame II [ Cu(NO3)2 ] .

La reazione dovrà avvenire in camera stagna con vaso di espansione. Dall'esterno dovrà essere possibile attivare e disattivare la reazione chimica tramite inserimento/estrazione rame nell'acido nitrico.

Procedimento

  • creare il vuoto nella camera generazione NO2
  • miscelare acido nitrico e rame
  • prelevare a STP un volume noto di NO2
  • creare il vuoto nella camera di misura
  • riempire di aria sintetica la camera di misura
  • inserire la quantità nota di NO2
  • miscelare l'aria e NO2
  • effettuare la misura con ventilazione costante del sensore
  • reiterare con l'inserimento di quantità note di NO2
  • modificare eventualmente la temperatura tramite la cella di peltier
  • aggiungere aria sintetica per diluire NO2
  • neutralizzare l'acido nitrico
Analisi dei dati

Dalle misure effettuate in successione è possibile derivare una semplice curva di calibrazione (da 3 a 10 punti) attuando una calibrazione a sostituzione.

Questioni
  • calcolo stechiometrico delle quantità di acido nitrico e rame necessari a produrre una quantità sufficiente di NO2
  • calcolo delle pressioni parziali di NO2 e vapore
  • generazione dell'aria sintetica con N2 e O2
  • telecontrollo della reazione chimica acido nitrico + rame
  • trovare neutralizzatore
  • la reazione per produrre NO2 è esotermica e bisogna tenerla sotto controllo
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