EO_506

ELETTRONICA OGGI 506 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2022 56 COMPONENTS GAS DETECTION finale sarà descritto un sistema completo con sensori connessi tramite bus I 2 C a un microcontrollore host. Il rilevamento dei gas è onnipresente. Nelle abitazioni, sensori di fumo e di monossido di carbonio proteggono gli occupanti, nei moderni uffici viene garantita una buona qualità dall’aria attraverso il monitoraggio dei livelli di anidride carbonica, mentre negli stabilimenti vengono impieganti rilevatori per monitorare vari tipi di gas per la sicurezza e il controllo di processo. Il monitoraggio dei gas della cella della batteria è un esempio di una delle più recenti applicazioni di sicurezza per i veicoli elettrici. La produzione di gas da parte di una cella fornisce un’indicazione precoce di un sovraccarico o di un funzionamento anomalo, prima che si verifichi qualsiasi variazione di temperatura. Gli ospedali e le strutture sanitarie utilizzano sensori per il rilevamento dei gas in un’ampia gamma di apparecchiature cliniche e diagnostiche. Un esempio è rappresentato dal capnografo, un dispositivo portatile impiegato per rilevare la quantità di anidride carbonica emessa da un paziente. Tramite la capnografia è possibile avere una valutazione complessiva del metabolismo e della ventilazione del paziente ed è spesso utilizzata nei reparti di emergenza e dai primi soccorritori. I capnografi palmari portatili sono alimentati a batteria e devono fornire, soprattutto se usati in casi di emergenza di incidente, risultati accurati in tempi brevi. Metodi per il rilevamento dei gas Il rilevamento dei gas prevede un sensore esposto alla luce infrarossa (IR) in presenza di gas. Poiché differenti gas assorbono più energia infrarossa a lunghezze d’onda specifiche, è possibile distinguere il tipo di gas rilevato dalle variazioni di energia all’interno del gas. Le molecole del gas assorbono energia dalla sorgente a infrarossi e diventano più mobili ed eccitate, generando calore. Maggiore è la concentrazione di uno specifico gas, più elevata sarà la quantità di energia infrarossa assorbita. I sensori a termopila sono stati tradizionalmente utilizzati nelle apparecchiature per il rilevamento dei gas come i capnografi. Questi sensori usano una termocoppia per rilevare le variazioni di temperatura nelle molecole del gas e generano una tensione di uscita proporzionale alla concentrazione dello specifico gas rilevato. I sensori a termopila richiedono un periodo di assestamento molto lungo: dall’accensione dell’apparecchio al momento in cui il sensore acquisisca la stabilità necessaria per poter procedere alla misura possono trascorrere fino a 2 minuti. A ciò si aggiunge il fatto che i tempi di misura possono richiedere più di 200 ms. A prima vista, la durata del periodo di misura potrebbe sembrare non eccessivamente lunga ma, nel caso di un dispositivo alimentato a batteria, è necessario tener conto che il tempo di utilizzo del sensore ha un impatto negativo sul profilo dei consumi di potenza, il che comporta la necessità di frequenti cambi di batteria o cicli di ricarica. Per funzionare, le termopile richiedono un circuito analogico aggiuntivo, con conseguente aumento dei tempi di sviluppo e dei costi della BoM. Il metodo piroelettrico per il rilevamento dei gas sfrutta l’effetto piroelettrico. Quest’ultimo genera una tensione di uscita tramite il rilevamento delle variazioni della quantità di radiazione infrarossa ricevuta. Nella figura 1 è riportato lo schema di un sensore di gas piroelettrico operante nello spettro del vicino infrarosso. Una sorgente di energia a luce infrarossa viene diretta verso i sensori attraverso una camera chiusa, mentre filtri spettrali isolano lo spettro ottico in modo che corrisponda al gas rilevato e forniscono Fig. 1 – Schema di un sensore di gas piroelettrico che mostra i componenti principali (Fonte: KEMET) Fig. 2 – Esempio di un sensore di CO 2 utilizzato per l’analisi del respiro (Fonte: KEMET)