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Misure di ozono con radio-sonde
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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 (0
3) 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 O
2 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
  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.


Questa radiosonda, lanciata ad Uccle è stata catturata da Franck, F4FHM e Martial, F5JDI, ai quali dobbiamo le foto qui sopra, mentre quelle che seguono sono state prese da F0FLS e XYL durante una caccia alla radiosonda di Payerne.

 
 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.


Siti di lancio

I siti conosciuti, ad agosto 2009, sono:
- Uccle
- Payerne
- Hohenspeissenberg
- Praha-Libus
- De Bilt
- Camborne

- Legionowo
- Madrid
- St-Michel-l'Observatoire (Francia)