Sensori di gas aggiuntivi per Project Aura AQ: impieghi pratici

Quali sensori puoi collegare?

Questo articolo riguarda sette sensori DFRobot Gravity: monossido di carbonio, ammoniaca, idrogeno solforato, diossido di zolfo, diossido di azoto, ozono e ossigeno. Ogni modulo è destinato al proprio gas. Si chiamano sensori elettrochimici: il gas provoca una reazione nell'elemento sensibile e l'elettronica la trasforma in una lettura sullo schermo. Famiglia di sensori di gas DFRobot

Puoi dotare Project Aura AQ di un sensore di CO oppure di un sensore per uno degli altri sei gas. Per esempio, puoi scegliere l'ammoniaca per un allevamento.

Manterrò il supporto per questa gamma: moduli facili da reperire e collegamenti semplici contano quando costruisci un dispositivo da solo. Project Aura AQ può ricevere e visualizzare i loro dati. Nella scelta devi comunque verificare che il sensore sia abbastanza accurato per il tuo compito e adatto al luogo in cui verrà installato.

L'articolo si riferisce specificamente ai modelli SEN04xx elencati qui. DFRobot offre anche altre famiglie con caratteristiche diverse, tra cui sensori di formaldeide. Le conclusioni su una gamma non vanno estese all'intero catalogo.

Incontrerai l'unità ppm, che significa «parti per milione». Per esempio, 10 ppm corrispondono a circa 10 molecole del gas misurato per ogni milione di molecole della miscela gassosa. Per lo stesso gas, un numero più alto indica una quantità maggiore nell'aria. Ma lo stesso numero per gas diversi non implica lo stesso effetto su una persona.

CO in casa: caminetti, stufe e riscaldatori a combustione

Stai passando una serata con la famiglia accanto al caminetto. La stanza è calda e vuoi sapere cosa succede all'aria mentre il fuoco arde. Un sensore di CO aggiuntivo permette di seguire le letture del monossido di carbonio: restano più o meno stabili oppure iniziano a salire quando il caminetto è acceso? Il riscaldamento domestico è uno dei tanti impieghi di un sensore di CO.

La stessa domanda è importante in una casa con stufa a legna, caldaia a gas o riscaldatore a gas o cherosene. La combustione incompleta del combustibile produce CO e i problemi di tiraggio o della canna fumaria possono far entrare i gas di combustione nella stanza. Il monossido di carbonio è incolore e inodore, quindi non puoi percepirne la presenza. EPA sulle fonti di CO in casa

L'utilità di un sensore di CO in Project Aura AQ è poter vedere valori numerici e come cambiano nel tempo. Puoi notare un aumento mentre il riscaldamento è acceso, osservare se continua e controllare quando è iniziato. Il sensore può anche mostrare letture elevate di CO, aiutandoti ad accorgerti di un accumulo pericoloso. Il SEN0466 ha un intervallo di misura da 0 a 1000 ppm. Specifiche DFRobot

A casa mia mostra variazioni anche quando accendo il fornello a gas: le letture salgono da 0 a circa 10 ppm. È un'osservazione personale fatta in casa e spiega perché trovo utile una misurazione aggiuntiva del CO. Il dispositivo mi permette di collegare le letture a ciò che succede nella stanza.

Serve un rilevatore di CO certificato per emettere un forte allarme sonoro, anche di notte, quando la famiglia dorme. La sua risposta dipende dalla concentrazione del gas e dalla durata dell'esposizione: non deve necessariamente suonare a ogni piccola variazione. Il manuale FireAngel riporta un esempio di queste regole. Project Aura AQ aggiunge letture e uno storico a questa protezione, ma non sostituisce un rilevatore indipendente: DFRobot non consente l'uso del modulo per la protezione della vita delle persone. Limitazione del produttore

Non ignorare letture elevate di CO, anche se l'allarme non ha suonato. Se sospetti un accumulo di monossido di carbonio, esci all'aria aperta e contatta i servizi di emergenza; se ti senti male, richiedi assistenza medica urgente. Indicazioni del NHS

Impieghi pratici degli altri gas

Misurare questi gas può essere utile al di fuori di un normale appartamento. Gli esempi seguenti spiegano perché qualcuno potrebbe averne bisogno. Nella scelta, verifica quanto gas ti aspetti nell'aria, quali cambiamenti devi rilevare e in quali condizioni funzionerà il sensore. Valutare la sicurezza sul lavoro e proteggere le persone richiede strumenti progettati per questi scopi.

NH₃: allevamenti avicoli, scuderie e industria

Un allevamento avicolo è uno dei tanti luoghi in cui è utile misurare l'ammoniaca, NH₃. Si forma quando gli escrementi dei volatili si decompongono nella lettiera sul pavimento. Università del Kentucky sull'origine dell'ammoniaca

La lettiera umida produce più ammoniaca, mentre la ventilazione aiuta ad allontanarla dall'aria. Per il proprietario è quindi utile vedere come cambiano le letture dopo la pulizia, l'asciugatura della lettiera o una regolazione della ventilazione. UGA su lettiera e ammoniaca

L'Università della Georgia descrive una situazione possibile: con la ventilazione in funzione durante il giorno, le concentrazioni sono di 10–15 ppm, ma possono salire a 40–60 ppm quando il ricambio d'aria viene ridotto di notte. Un'ispezione diurna può non mostrare cosa è successo durante la notte. È un esempio di condizioni in un allevamento, non il risultato di una prova di Project Aura AQ. UGA sulle variazioni tra giorno e notte

Lo storico delle letture aiuta a individuare questi aumenti notturni e a capire se si ripetono dopo modifiche nell'allevamento. Per esempio, dopo aver asciugato la lettiera puoi confrontare diverse notti con condizioni di funzionamento simili: gli aumenti sono minori e per quanto tempo restano elevate le letture? Il proprietario può così vedere se è cambiato qualcosa nelle ore in cui nessuno effettua un'ispezione.

L'ammoniaca viene misurata anche in altri contesti:

• Scuderie. L'ammoniaca si libera quando l'urina nella lettiera si decompone. Rimuovere la lettiera bagnata riduce la fonte del gas, mentre la ventilazione aiuta a portarlo fuori dall'edificio. Università Purdue sull'ammoniaca nelle scuderie, Penn State sulla ventilazione delle scuderie
• Impianti di refrigerazione industriale. Alcuni caseifici, stabilimenti di gelati e magazzini frigoriferi utilizzano ammoniaca come refrigerante, cioè una sostanza impiegata per produrre freddo. L'NH₃ viene misurata nell'aria attorno alle apparecchiature. OSHA sulla refrigerazione ad ammoniaca
• Trattamento dei rifiuti organici. Il compostaggio di materiali ricchi di azoto, come l'erba tagliata, può liberare ammoniaca. Si possono confrontare le letture di diversi lotti di materiale. Università Cornell sull'ammoniaca nel compostaggio
• Stoccaggio e travaso di ammoniaca per fertilizzanti. L'NH₃ viene misurata nell'aria attorno a serbatoi e tubazioni durante i travasi e la manutenzione. EPA sui siti di stoccaggio dell'ammoniaca per fertilizzanti

Il SEN0469 può essere preso in considerazione per un monitoraggio aggiuntivo dopo aver verificato le concentrazioni previste, le sue letture e le condizioni di installazione. In un allevamento bisogna pianificare anche la protezione da polvere e umidità. Un sensore misura l'aria nel punto in cui è installato; zone diverse di un grande capannone avicolo o di una scuderia possono richiedere un monitoraggio separato.

Negli impianti industriali, gli allarmi di protezione e i sistemi automatici di sicurezza svolgono il proprio compito indipendentemente dalle letture aggiuntive di Project Aura AQ.

CO e NO₂: motori, carrelli elevatori e aspirazione dei gas di scarico

Monitorare i gas di scarico è uno dei tanti impieghi delle misurazioni di CO e NO₂. In un'officina o in un magazzino, i motori delle auto e i carrelli elevatori a combustione possono funzionare al chiuso. Le misurazioni aggiuntive aiutano a vedere quando aumentano le letture e per quanto tempo rimangono elevate dopo l'arresto del mezzo.

HSE elenca il CO e gli ossidi di azoto tra i componenti dei gas di scarico; la miscela dipende dal motore e dal suo funzionamento. Anche CDC documenta accumuli di CO durante l'uso di carrelli elevatori a gas al chiuso. Il NO₂, o diossido di azoto, fornisce una misurazione distinta, ma nemmeno insieme al CO descrive l'intera miscela dei gas di scarico. HSE sui gas di scarico, CDC sui carrelli elevatori

Supponiamo che le letture aumentino ripetutamente mentre un carrello elevatore è in funzione e impieghino molto tempo a tornare al livello precedente dopo che si ferma. Confrontare lo storico con gli orari di funzionamento può aiutarti a decidere di controllare l'aspirazione in quella zona. Dopo la manutenzione è utile confrontare turni simili: gli aumenti sono minori e le letture scendono più rapidamente? Considera quanto a lungo ha funzionato il mezzo, se le porte erano aperte e come operava la ventilazione.

L'adeguatezza della ventilazione e la sicurezza sul lavoro devono essere valutate con strumenti progettati per questi scopi.

H₂S: biogas, allevamenti e processi industriali

Il depuratore nell'illustrazione è uno dei tanti luoghi in cui è utile misurare l'idrogeno solforato, H₂S. Queste misurazioni servono anche altrove:

• Impianti di biogas. Letame e rifiuti alimentari vengono utilizzati per produrre gas destinato alla generazione di energia, e quel gas può contenere H₂S. Qui il monitoraggio riguarda l'H₂S nell'aria attorno alle apparecchiature, all'esterno delle tubazioni. EPA sui sistemi di biogas
• Allevamenti. L'idrogeno solforato si forma quando i liquami si decompongono senza ossigeno. Durante la miscelazione e il pompaggio se ne può liberare molto di più. Università del Minnesota
• Produzione di cellulosa e carta. L'H₂S può svilupparsi nei processi produttivi. OSHA sull'H₂S nell'industria
• Impianti geotermici e sorgenti termali. L'idrogeno solforato può liberarsi naturalmente. Le misurazioni aiutano a seguirne l'accumulo all'interno di edifici che utilizzano acqua termale. WorkSafe sulle fonti naturali di H₂S

In questi progetti è utile confrontare lo storico con il funzionamento delle apparecchiature e della ventilazione: quando iniziano gli aumenti, quanto durano e si ripetono dopo la manutenzione? Questo permette di osservare i cambiamenti durante tutto il turno, comprese le ore in cui nessuno effettua un'ispezione.

Il SEN0467 può essere preso in considerazione per un monitoraggio aggiuntivo dell'aria. Verifica le concentrazioni previste, la sensibilità necessaria e le condizioni di installazione, comprese polvere e umidità. Monitorare un odore debole può richiedere uno strumento più sensibile. Analizzare il biogas stesso dentro una tubazione, oppure lavorare in atmosfere potenzialmente esplosive, richiede apparecchiature specialistiche.

O₃: piscine, lavanderie e produzione alimentare

Una piscina con trattamento dell'acqua all'ozono è una delle tante applicazioni dell'ozono, O₃. Questo gas viene utilizzato per disinfettare e rimuovere gli odori. Misurarlo nell'aria attorno alle apparecchiature può essere utile in diversi contesti:

• Produzione di bevande e lavaggio dei contenitori. L'acqua ozonizzata viene utilizzata per trattare bottiglie, recipienti e tubazioni. L'O₃ viene misurato nell'aria accanto alla linea di lavaggio. Xylem sulla produzione alimentare
• Lavanderie industriali. Alcuni sistemi aggiungono ozono all'acqua per lavare e disinfettare la biancheria. Le letture vengono confrontate durante il lavaggio e il risciacquo. Sistemi a ozono nelle lavanderie
• Piscine con trattamento dell'acqua all'ozono. È possibile monitorare l'aria nel locale tecnico che ospita il generatore e le apparecchiature di alimentazione dell'ozono. Applicazioni Ozonetech
• Rimozione degli odori dall'aria estratta. Nelle cucine professionali, per esempio, l'ozono viene immesso nel condotto di aspirazione per trattare gli odori e i residui grassi. L'ozono viene misurato nell'aria del locale attorno alle apparecchiature. Ozonetech sul trattamento dell'aria estratta dalle cucine

In questi progetti puoi confrontare lo storico con la modalità di funzionamento del generatore di ozono e con la ventilazione. Se gli aumenti ricorrono nella stessa fase, è un motivo per controllare le apparecchiature interessate e l'aspirazione del gas. Dopo la manutenzione puoi verificare se lo stesso andamento si ripresenta nelle medesime condizioni operative.

In tutti questi esempi, il sensore monitora l'ozono nell'aria. Misurare l'ozono disciolto e valutare il trattamento dell'acqua richiede strumenti diversi. Strumenti di misura Xylem

Il SEN0472 può essere preso in considerazione per un monitoraggio aggiuntivo se è adatto alle concentrazioni previste, alla sensibilità richiesta e alle condizioni operative. Non deve stabilire quando le persone possono rientrare in un locale dopo il trattamento con un generatore di ozono. I sistemi di monitoraggio e protezione del processo funzionano indipendentemente da Project Aura AQ.

SO₂: cantine, frutta essiccata e industria

Una cantina è uno dei tanti luoghi in cui è utile misurare il diossido di zolfo, SO₂. In enologia viene utilizzato per proteggere il vino da cambiamenti indesiderati causati dal contatto con l'ossigeno e da microrganismi che possono rovinarlo. Una parte dell'SO₂ disciolto può passare dal vino all'aria. Iowa State University sull'SO₂ nel vino

Su una linea di imbottigliamento, per esempio, un operatore può voler sapere se le letture aumentano durante il funzionamento e per quanto tempo rimangono elevate. Lo storico può essere confrontato con gli orari di imbottigliamento e il funzionamento dell'aspirazione. Se gli aumenti si ripetono nella stessa fase, questo aiuta a individuare una zona da controllare. Dopo la manutenzione è utile confrontare cicli operativi simili e vedere se l'andamento è cambiato. Guida SafeWork NSW per le cantine, pagina 19

Queste misurazioni sono utili anche in altri contesti:

• Produzione di frutta essiccata, come le albicocche secche. Le albicocche possono essere trattate con SO₂ prima dell'essiccazione per rallentarne l'imbrunimento e conservarne il colore. Durante il processo, il gas può passare nell'aria circostante. EPA sulla produzione di frutta essiccata
• Produzione di cellulosa e carta. Alcuni processi trattano il legno con soluzioni a base di SO₂ per separare le fibre. EPA sulla lavorazione del legno
• Caldaie industriali a carbone o olio combustibile pesante. Bruciare combustibili contenenti zolfo produce SO₂. Si può monitorare l'aria attorno alla caldaia durante l'avviamento e le variazioni di carico. EPA sulle fonti di SO₂

Il SEN0470 può essere preso in considerazione per un monitoraggio aggiuntivo dell'aria dopo aver verificato le concentrazioni previste e le condizioni di installazione. Nella scelta è particolarmente importante confrontarne le letture con uno strumento più accurato: uno studio pubblicato ha riscontrato limiti in questo modulo. I dettagli si trovano nella sezione di riferimento alla fine.

L'SO₂ nel vino o nella frutta essiccata si misura analizzando separatamente il prodotto. Anche le misurazioni direttamente all'interno di una canna fumaria richiedono strumenti progettati per quello scopo.

O₂: conservazione dei raccolti e uso di gas industriali

La conservazione della frutta è uno dei tanti impieghi delle misurazioni di ossigeno, O₂. Anche dopo la raccolta, mele e pere continuano a respirare: assorbono ossigeno e rilasciano anidride carbonica. Per conservare il raccolto più a lungo, celle appositamente sigillate mantengono la temperatura necessaria e una diversa composizione dell'aria. La percentuale di ossigeno viene ridotta per rallentare la respirazione e la maturazione della frutta. Si parla di conservazione in atmosfera controllata. Università del Maine sulla conservazione di mele e pere

Qui una misurazione di O₂ risponde a una domanda semplice: cosa sta succedendo all'aria dentro la cella? Per esempio, puoi osservare l'ossigeno che diminuisce durante la preparazione per lo stoccaggio e poi risale quando entra aria normale. Lo storico aiuta a collegare questi cambiamenti al funzionamento delle apparecchiature.

Altri esempi in cui è utile misurare l'ossigeno:

• Stoccaggio ermetico di cereali e legumi. Bassi livelli di ossigeno in un deposito sigillato aiutano a contenere gli insetti infestanti. La percentuale di ossigeno viene misurata nel gas proveniente dall'interno. Un sensore accanto a un contenitore chiuso misura l'aria della stanza, non il gas dentro il contenitore. Ricerca dell'Università Purdue
• Congelamento degli alimenti con azoto liquido. L'azoto viene utilizzato per il raffreddamento rapido. Evaporando diventa un gas e, se si accumula nel locale, riduce la percentuale di ossigeno nell'aria. Air Products sul congelamento con azoto liquido
• Postazioni di saldatura che utilizzano argon. L'argon protegge la saldatura dal contatto con l'aria. Se si accumula in uno spazio chiuso, sposta l'aria e il livello di ossigeno diminuisce. HSE sui gas di saldatura

Il SEN0465 può essere preso in considerazione per un monitoraggio aggiuntivo di variazioni evidenti della percentuale di ossigeno, dopo aver verificato le sue letture e le condizioni di installazione.

Gli analizzatori di gas e i controlli propri della cella mantengono le condizioni precise richieste dalla frutta: il livello corretto dipende dalla varietà e ridurre troppo l'ossigeno può danneggiare il raccolto. Università del Maryland sul controllo dell'atmosfera di conservazione

Quando monitori l'atmosfera di una cella, pianifica come portare il gas al sensore e proteggerlo dalla condensa. Per segnalare una carenza pericolosa di ossigeno e verificare l'aria prima dell'ingresso delle persone servono strumenti separati progettati per questi scopi. Project Aura AQ aggiunge letture e uno storico al loro fianco.

Intervallo, risoluzione e accuratezza: qual è la differenza?

Questi moduli misurano piccole quantità di gas in ppm e l'ossigeno come percentuale del volume della miscela gassosa. Per sceglierne uno è utile capire quali concentrazioni è progettato per misurare e quanto sono accurate le sue letture.

Quattro caratteristiche descrivono aspetti diversi:

• Intervallo di misura: le concentrazioni minima e massima di gas che il sensore è progettato per misurare. Per esempio, da 0 a 1000 ppm.
• Risoluzione: il più piccolo incremento che può visualizzare. Per esempio, 1 ppm oppure 0,1 ppm.
• Accuratezza: quanto una lettura può differire dalla quantità di gas effettivamente presente nell'aria.
• Ripetibilità: la possibilità di ottenere letture simili ripetendo la misurazione nelle stesse condizioni.

Per questa gamma, DFRobot indica di calcolare due valori: il 10% della lettura e il 5% del limite superiore dell'intervallo. Lo scostamento ammesso è il maggiore dei due, in entrambe le direzioni. Il produttore chiama il limite superiore dell'intervallo «fondo scala». Specifiche DFRobot

Per esempio, un sensore di CO visualizza 10 ppm. Il dieci per cento della lettura è 1 ppm, mentre il cinque per cento del limite superiore di 1000 ppm è 50 ppm. La formula dà uno scostamento ammesso di ±50 ppm.

Questo non significa che il modulo di CO inizi a rilevare il gas soltanto a 50 ppm o che sbagli esattamente di 50 ppm ogni volta. La tolleranza non significa neppure che le letture oscillino casualmente lungo tutto quell'intervallo. Un singolo sensore può mostrare ripetutamente anche variazioni più piccole.

La tabella riporta le caratteristiche di tutti e sette i moduli. L'ultima colonna mostra il 5% del fondo scala calcolato. È una componente del calcolo dell'errore, non la quantità minima di gas che il sensore può rilevare.

Per il sensore di ossigeno, una lettura del 20,9% dà una tolleranza calcolata di ±2,09 punti percentuali. Un punto percentuale è la differenza tra due valori percentuali: per esempio, tra il 20% e il 21% c'è un punto percentuale.

Un incremento visualizzato di 1 ppm non dimostra, da solo, un'accuratezza di ±1 ppm. Se devi distinguere con sicurezza 2 ppm da 5 ppm, confronta il sensore con uno strumento più accurato o con una miscela a concentrazione nota.

La ripetibilità conta anche per lo storico. Quando confronti eventi dello stesso tipo, considera temperatura, umidità, altri gas e deriva, cioè una variazione delle letture nel tempo anche se le condizioni rimangono uguali.

Perché l'ozono all'aperto richiede un approccio diverso

Quando l'ozono compare tra le possibilità di Project Aura AQ, è naturale aspettarsi di poter monitorare anche l'aria esterna. Avrei dovuto spiegare fin dall'inizio per quali livelli di ozono è progettato il sensore supportato e quando serve uno strumento diverso. Prima non l'ho chiarito abbastanza.

Consideriamo un esempio ipotetico: l'aria esterna contiene 0,03 ppm di ozono, cioè 30 ppb. L'unità ppb significa parti per miliardo. Il SEN0472 ha un incremento di visualizzazione dichiarato di 0,1 ppm e una componente della sua tolleranza è pari a 0,5 ppm. Queste specifiche non consentono di promettere misurazioni accurate di concentrazioni così piccole o delle loro variazioni. Specifiche DFRobot

Monitorare l'ozono all'aperto è di per sé un compito ragionevole. I livelli possono aumentare nelle giornate soleggiate perché la luce solare favorisce reazioni che coinvolgono ossidi di azoto e composti organici volatili nell'atmosfera. Il monitoraggio accurato di basse concentrazioni di fondo richiede uno strumento progettato e verificato per quel livello di misura. Spiegazione dell'AEA

Il SEN0472 può essere preso in considerazione per altri impieghi dell'ozono, come il monitoraggio aggiuntivo di processi con concentrazioni più evidenti.

Come ottenere letture utili

Un sensore può rispondere a sostanze diverse dal gas a cui è destinato. Per esempio, DFRobot indica che le letture del SEN0472 per l'ozono possono cambiare in presenza di NO₂ e cloro. Questa proprietà si chiama sensibilità incrociata. Un aumento delle letture, da solo, non permette quindi di identificare con certezza il gas o la causa di un evento. Tabelle DFRobot sulla sensibilità incrociata

Prima del monitoraggio, il modulo richiede il tempo di riscaldamento indicato nelle istruzioni, soprattutto dopo un periodo di conservazione. Rispetta i limiti di temperatura e umidità ed evita correnti d'aria forti, solventi, oli e concentrazioni eccessivamente elevate. Per alcuni vecchi adattatori V1.0 il produttore descrive anche un problema di letture errate dopo un funzionamento prolungato. Controlla la versione della scheda quando indaghi su un comportamento insolito. Istruzioni DFRobot

Vorrei anche parlare della calibrazione, cioè della regolazione delle letture rispetto a un riferimento noto. Il produttore la esegue già in fabbrica per l'uscita digitale del modulo. Eseguire il comando di ricalibrazione senza una miscela a concentrazione nota può cancellare i dati di fabbrica. Fumo, accendino, gas di scarico e aria che sembra pulita non sono adatti a questa procedura.

Per le osservazioni in casa, tieni il dispositivo in una posizione fissa adatta, annota quando si verificano gli eventi e verifica se la risposta si ripete in condizioni simili. La guida al posizionamento del monitor spiega i principi di base. Per un progetto in un luogo di lavoro, confrontalo anche con uno strumento verificato e abbastanza accurato per il tuo compito.

Da dove iniziare per scegliere un sensore

Decidi cosa vuoi capire: monitorare l'accumulo notturno di ammoniaca, collegare le variazioni di CO ad apparecchiature a combustione o studiare un processo particolare. Poi verifica alcuni aspetti:

1. Quale fonte del gas è presente e quali concentrazioni ti aspetti?
2. Quali variazioni devi distinguere e con quale accuratezza? L'intervallo del sensore è adatto, qual è il più piccolo incremento visualizzato e quanto rapidamente risponde?
3. Come possono influire sulle letture temperatura, umidità, contaminazione e altri gas?
4. Come verificherai il risultato e cosa farai con le informazioni?

In una casa con caminetto, stufa o riscaldamento a combustione, il CO può offrire un monitoraggio aggiuntivo utile. Scegli NH₃, H₂S, SO₂, NO₂, O₃ oppure O₂ ponendoti una domanda altrettanto precisa sul tuo ambiente o processo. Il supporto per questi moduli permette di assemblare la configurazione che ti serve; se possiedi già un sensore, valutalo in base al compito che svolge e al suo comportamento nelle tue condizioni.

La pagina di Project Aura AQ elenca i modelli e le opzioni di collegamento.