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(traduzione di Aki IZ0MVN)
Vedere anche: La
"pila ad acqua" - La
radiosonda VAISALA RS92-SGP -
Descrizione
Il dispositivo
di misura d'ozono è inglobato in un grande contenitore
in polistirolo espanso. La parte elettronica è legata ad
una radiosonda (qui una RS92-SGPD semplicemente nastrata sul contenitore;
v. foto a lato) che ritrasmette i dati misurati.
Il principio del sensore d'ozono è relativamente semplice:
una pompa a pistone, alimentata in permanenza da una "pila
ad acqua", fa circolare l'aria in una soluzione di ioduro
di potassio. La reazione chimica che ne deriva provoca la formazione
d'una corrente elettrica il cui valore è ritrasmesso dalla
sonda. L'indicazione "ECC" significa "Electrochemical
Concentration Cell". Si tratta, qui, di un analizzatore di
tipo Z della società americana EN-SCI.
Il pallone che porta il tutto è di volume maggiore di quello
che solleva una radiosonda abituale e misura, al decollo, quasi
2 m di diametro (Totex 2000 Gr, gonfiato a 3.7 m3 per le SRS-PTU
di Payerne; Totex 1500 Gr per Uccle).
Sul contenitore è apposta una scheda d'istruzione per la
rispedizione della sonda o per il suo smaltimento. I sensori d'ozono
sono facilmente ricondizionati per un nuovo volo; il 75% delle
sonde inviate da Uccle viene restituito e gran parte dei sensori
di ozono è riutilizzabile. L'elevato prezzo del sensore
giustifica il suo riutilizzo.
Caratteristiche
Dimensioni del contenitore: altezza: 250 mm, larghezza: 190 mm,
profondità: 190 mm.
L'alloggiamento interno in cui è sistemato il sistema di
misura di ozono, è di 90x90mm e 140mm di altezza, il coperchio
ha 50 mm di spessore.
L'alloggiamento della pila ad acqua, situato nella parte bassa,
misura, visto dal lato anteriore, 140mm di profondità,
45mm di altezza e 65mm di larghezza; restano 10 mm di polistirolo
sotto questo alloggiamento.
Massa: 550g con la pila.
Alimentazione del sensore d'ozono: pila ad acqua.
Autonomia del sensore d'ozono: 5h
Funzionamento del sensore di ozono, da Sébastien - ON7SEB
La pila ECC è composta
da due recipienti in Teflon nei quali vi è un elettrodo,
rispettivamente l'anodo e il catodo. Questi due piccoli scomparti
comunicano tra loro alle loro basi (in prossimità degli
elettrodi) attraverso un ponte ionico (ponte salino, n.d.t.);
il ponte ionico è un materiale che ha la particolarità
di lasciar passare gli ioni, evitando che le due sostanze si mescolino,
cosa che neutralizzerebbe il funzionamento della pila.
I due piccoli scomparti sono entrambi riempiti con una soluzione
di ioduro e di bromuro di potassio diluito in acqua distillata;
lo scomparto dell'anodo contiene più ioduro di potassio
(la soluzione è brunastra) della soluzione nello scomparto
di catodo; ciò è voluto espressamente perché
la reazione funzioni correttamente, l'aria iniettata arrivandogli
nello scomparto di catodo.
La reazione che si instaura con l'ozono (03) si chiama
ossido-riduzione, una reazione chimica che provoca un trasferimento
di elettroni ed è direttemente dipendente dal tasso d'ozono
contenuto nell'aria iniettata. In pratica, avvenendo la reazione
di ossido-riduzione anche con l'ossigeno biatomico (O2)
contenuto nell'aria, è necessario conoscere il "rumore
di fondo" della pila per non falsare la misura d'ozono propriamente
detta, cosa prevista e di cui si tiene conto nei calcoli al suolo.
Senza entrare nel merito delle lunghe formule, la reazione che
si opera con l'ozono produce due elettroni per molecola di ozono.
La corrente misurata è direttamente proporzionale al numero
di molecole d'ozono presenti nell'aria iniettata.
Il flusso di pompaggio è noto ed entra in conto nel calcolo
finale; il regime del motore è costante, quando la tensione
è compresa tra 7 e 20V, cosa che permette un flusso costante
durante tutto il volo. Il "rumore di fondo" legato alla
reazione dell'ossigeno molecolare O2 con la soluzione viene dedotto dal risultato
finale per correggere le misure.
Per effettuare il calcolo finale, oltre al flusso d'aria pompata,
deve anche essere nota la pressione dell'ozono; essa dipende in
parte dalla teperatura; a questo scopo un sensore misura la temperatura
dell'aria aspirata al livello della pompa.
Queste due misure (corrente nella cella ECC e temperatura dell'aria)
sono dirette verso un doppio amplificatore operazionale, poi si
effettua una conversione A/D ( a 16 bit), queste informazioni
transitano successivamente in modo numerico su un bus SPI fino
alla radiosonda per essere trasmessi per radio.
Al suolo, queste due misure sono confrontate per calcolare precisamente
il tasso di ozono.
Paracadute e velocità di caduta
Il peso
del carico utile impone l'uso d'un paracadute (in plastica rossa
per le RS92-SGPD) in tela per le SRS-PTU.
A titolo d'esempio, ecco la ripartizione delle masse di:
1) SRS-PTU+Ozono catturata da
F0FLS (v. foto qui sotto)
- SRS-PTU+sensore d'ozono: 1075 grammi;
- paracadute solo: 164 grammi (diametro 1,5m);
- cordicella sola: 125 grammi;
- resto dell'involucro: 618 grammi (pallone da 2000g);
La massa è, dunque, di quasi 2kg (1982 grammi) che è
ricaduta abbastanza rapidamente a giudicare dall'ammaccatura del
contenitore in polistirolo.
2) RS92SGPD + sensore d'ozono
di Uccle
- sensore+RS: 880g;
- paracadute+cordicella: 132g;
qui a lato: RS di Uccle (foto F1BMN).
Foto
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| Placca d'interfaccia del sensore d'ozono |
M:
pompa ad aria E: entrata aria S: uscita della pompa C: sensore elettrochimico |
Il contenitore isolante in polistirolo contenente il dispositivo di misura. |
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| Il sensore d'ozono usato da Payerne è identico a quello di Uccle (Belgio). |
P: paracadute in tela; B: resti di involucro; S: radiosonda Meteolabor SRS-PTU; O3: sensore d'ozono. |