la micrometeorologia e la dispersione degli inquinanti ... - ARPA Lazio
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05.01.2015 Views

LA MICROMETEOROLOGIA E LA CAPACITA’ DISPERDENTE DELL’ATMOSFERA Fig.2.59: anemometro sonico a geometria non ortogonale (METEK GmbH) Le formule appena viste che descrivono la risposta dello strumento sono espressioni puramente algebriche e questo basta per classificare l’anemometro ultrasonico come strumento di ordine 0. Come tale, l’anemometro ultrasonico è uno strumento con dinamica estremamente pronta, limitata solo dalla durata finita dei segnali sonori utilizzati nel processo di misura. 2.7.3.2 Misura della temperatura dell’aria In questa sede vengono presentati solo quei termometri che producono come uscita una variabile di tipo elettrico, requisito indispensabile per un loro inserimento entro la catena di misura di una postazione meteorologica. 2.7.3.2.1 Termocoppie T.J. Seebeck scoprì nel 1821 un effetto noto come effetto termoelettrico, che consiste nel fatto che collegando tra loro due metalli diversi si stabilizza a cavallo della loro giunzione una forza elettromotrice. L’importanza applicativa di tale effetto la si vede se si considera la situazione costituita da due fili di materiale differente (materiale A e B) saldati alle loro estremità C e D (punti di giunzione o giunti). Una tale configurazione prende il nome di termocoppia.I due punti di giunzione saranno a due temperature in generali differenti t C e t D e se t C >t D , t C è detto giunto caldo e t D giunto freddo. Se si considera questa situazione, si ha che: • se i due metalli sono differenti e se la temperatura dei due giunti è diversa, il circuito da essi costituito è sede di una forza elettromotrice e,risultante delle forze elettromotrici che nascono a cavallo delle due giunzioni; • se i due metalli sono differenti, ma la temperatura ai due giunti è uguale, si sviluppano ancora due forze elettromotrici a cavallo dei due giunti, ma questa volta esse risultano uguali ed opposte e quindi e risulta complessivamente nulla; • se, infine, i due fili sono dello stesso metallo, ai giunti non si svilupperà alcuna forza elettromotrice, per cui e sarà nulla. 157

LA MICROMETEOROLOGIA E LA CAPACITA’ DISPERDENTE DELL’ATMOSFERA Tutto ciò risulta ancora più chiaro se si considera la Fig.2.60, in cui uno dei due fili viene interrotto, interponendo un sistema di misura della tensione (idealmente un voltmetro). In questo caso il voltmetro misurerà una differenza di tensione ∆V proporzionale alla differenza di temperatura ∆T = t C – t D . Idealmente si potrebbero considerare tutti i possibili metalli e tutti, combinati in coppia, potrebbero dar luogo a termocoppie, tuttavia in pratica vengono prese in considerazione poche coppie di metalli. Nell’intervallo di temperatura di interesse meteorologico, si considerano il rame, il ferro, il costantana (lega di Cu al 55% e di Ni al 45%), il chromel (lega di Ni al 89%, Cr al 9.8%, Fe al 1% e Mn allo 0.2%), l’ alumel (lega di Ni al 94%,Al al 2%, Si al 1%, Fe allo 0.5% e Mn al 2.5%) che danno luogo ai tipi seguenti di termocoppie: • termocoppia di tipo T (rame – costantana) • termocoppia di tipo E (chromel – costantana) • termocoppia di tipo K (chromel – alumel) • termocoppia di tipo J (ferro – costantana) 158 Fig.2.60: sistema ideale di misura della tensione generata da una termocoppia. In linea di principio, i due giunti potrebbero stare a due temperature qualsiasi, tuttavia la gestione di una termocoppia si semplifica se si pone uno dei due giunti ad una temperatura nota (per esempio a 0°C) e l’altro alla temperatura che si vuole misurare. In questo caso, se per esempio si pone un giunto alla temperatura di riferimento (giunto di riferimento), cambiando la temperatura al giunto di misura si misurerà al voltmetro (Fig.2.60) una tensione che varierà al variare di t D .La relazione matematica che rappresenta la tensione misurata in funzione della differenza tra la temperatura di misura e la temperatura di riferimento prende il nome di curva caratteristica della termocoppia. Una termocoppia altro non è che l’insieme di due fili di materiale metallico differente saldati ad una estremità (giunto di misura), mentre, l’altra estremità normalmente raggiunge dei morsetti che la collegano elettricamente a cavi elettrici che trasportano il segnale all’acquisitore. Uno dei problemi tecnici più importanti da risolvere è la realizzazione della giunzione di misura. Per termocoppie destinate a misure lente, può essere sufficiente l’impiego di fermi meccanici di piccole dimensioni.Altri metodi più usati, soprattutto per ridurre le dimensioni della giunzione, sono la saldatura, la brasatura e la micropuntatura. Con queste tecniche si ottengono giunzioni anche estremamente sottili consentendo quindi misure adatte alla determinazione dei parametri della turbolenza del PBL. Una volta risolto il problema della realizzazione della giunzione, la termocoppia va rinforzata strutturalmente e ciò si può ottenere, per esempio, inserendo entro un piccolo cilindro di materiale isolante con due condotti assiali i due fili della termocoppia in modo tale che sporga da un lato il giunto di misura e dall’altro o i

LA MICROMETEOROLOGIA E LA CAPACITA’ DISPERDENTE DELL’ATMOSFERA<br />

Fig.2.59: anemometro sonico a geometria non ortogonale (METEK GmbH)<br />

Le formule appena viste che descrivono <strong>la</strong> risposta dello strumento sono espressioni<br />

puramente algebriche e questo basta per c<strong>la</strong>ssificare l’anemometro ultrasonico<br />

come strumento di ordine 0. Come tale, l’anemometro ultrasonico è uno strumento<br />

con dinamica estremamente pronta, limitata solo dal<strong>la</strong> durata finita dei<br />

segnali sonori utilizzati nel processo di misura.<br />

2.7.3.2 Misura del<strong>la</strong> temperatura dell’aria<br />

In questa sede vengono presentati solo quei termometri che producono come uscita<br />

una variabile di tipo elettrico, requisito indispensabile per un loro inserimento<br />

entro <strong>la</strong> catena di misura di una postazione meteorologica.<br />

2.7.3.2.1 Termocoppie<br />

T.J. Seebeck scoprì nel 1821 un effetto noto come effetto termoelettrico, che consiste<br />

nel fatto che collegando tra loro due metalli diversi si stabilizza a cavallo del<strong>la</strong><br />

loro giunzione una forza elettromotrice. L’importanza applicativa di tale effetto <strong>la</strong> si<br />

vede se si considera <strong>la</strong> situazione costituita da due fili di materiale differente (materiale<br />

A e B) saldati alle loro estremità C e D (punti di giunzione o giunti). Una tale<br />

configurazione prende il nome di termocoppia.I due punti di giunzione saranno a<br />

due temperature in generali differenti t C e t D e se t C >t D , t C è detto giunto caldo e t D<br />

giunto freddo. Se si considera questa situazione, si ha che:<br />

• se i due metalli sono differenti e se <strong>la</strong> temperatura dei due giunti è diversa, il circuito<br />

da essi costituito è sede di una forza elettromotrice e,risultante delle forze<br />

elettromotrici che nascono a cavallo delle due giunzioni;<br />

• se i due metalli sono differenti, ma <strong>la</strong> temperatura ai due giunti è uguale, si sviluppano<br />

ancora due forze elettromotrici a cavallo dei due giunti, ma questa volta<br />

esse risultano uguali ed opposte e quindi e risulta complessivamente nul<strong>la</strong>;<br />

• se, infine, i due fili sono dello stesso metallo, ai giunti non si svilupperà alcuna<br />

forza elettromotrice, per cui e sarà nul<strong>la</strong>.<br />

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