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COMPONENTS AMBIENT SENSORS vatore (Fig. 1). Le particelle presenti nell’aria diffondono la luce del laser e il rilevatore misura la luce diffusa. La misurazione viene convertita in concentrazione di mas- sa in microgrammi per metro cubo (μg/m 3 ) e conta il nu- mero di particelle per centimetro cubo (cm 3 ). Il conteggio delle particelle con un OPC è semplice, ma la conversione di queste informazioni in un numero di concentrazione di massa è più complessa. Il software utilizzato per la con- versione deve considerare i parametri ottici delle particel- le, come la forma e l’indice di rifrazione. Di conseguenza, gli OPC possono soffrire di una maggiore imprecisione ri- spetto ad altri metodi di rilevamento del PM, come le tec- nologie gravimetriche dirette e basate sul peso. Non tutti gli OPC sono uguali. Altamente precisi e costo- si, gli OPC da laboratorio possono contare ogni particella nella cella di misurazione. Sono disponibili OPC commer- ciali a basso costo che campionano solo circa il 5% delle particelle di aerosol e utilizzano tecniche di stima basate su software per ottenere una “misurazione” complessiva. In particolare, la densità di particelle di grandi dimensioni come il PM10 è tipicamente molto bassa e non può essere misurata direttamente da OPC a basso costo. Con l’aumento delle dimensioni delle particelle, il numero di particelle in una data massa diminuisce drasticamen- te. Rispetto a un aerosol di particelle PM 1,0, un aerosol di particelle PM8 presenta un numero di particelle circa 500 volte inferiore a parità di massa. Per misurare particelle più grandi con la stessa precisione di quelle piccole, un OPC a basso costo deve integrare i dati per diverse ore per arrivare a una stima. Fortunatamente, gli aerosol hanno distribuzioni abbastanza coerenti di particelle piccole e grandi negli ambienti reali. Con algoritmi adeguatamente progettati, è possibile stimare con precisione il numero di particelle più grandi, come le PM 4,0 e le PM 10, utilizzan- do le misurazioni delle particelle PM 0,5, PM 1,0 e PM 2,5. Sensori di gas amperometrici Anziché misurare il numero di particelle, i sensori ampe- rometrici misurano le concentrazioni di gas. Sono dispo- sitivi elettrochimici che producono una corrente linear- mente proporzionale alla frazione volumetrica del gas da misurare. Un sensore amperometrico di base è costituito da due elettrodi e da un elettrolita. La concentrazione del gas viene misurata sull’elettrodo di rilevamento, costi- tuito da un metallo catalitico che ottimizza la reazione del gas da misurare. Il gas reagisce con l’elettrodo di rile- vamento dopo essere entrato nel sensore attraverso una barriera di diffusione capillare. Il controelettrodo funge da semicella e completa il circuito (Fig. 2). Un circuito esterno misura il flusso di corrente e determina la con- centrazione di gas. In alcuni progetti, viene incluso un terzo elettrodo di riferimento per migliorare la stabilità, il rapporto segnale/rumore e accelerare il tempo di rispo- sta del sensore amperometrico di base. Sensore multiparametrico per gruppi batteria Il monitoraggio della qualità dell’aria è solo l’inizio per i sensori progettati per proteggere i gruppi batteria nei veicoli elettrici e negli impianti BESS. Questi sensori mo- nitorano la pressione, la temperatura dell’aria, l’umidità, il punto di rugiada e il contenuto assoluto di acqua, oltre ai composti organici volatili (COV) come metano (CH 4 ), etilene (C 2 H 4 ), idrogeno (H 2 ), monossido di carbonio (CO) e biossido di carbonio (CO 2 ). Durante la prima fase dello sfiato della batteria, il prodotto gassoso di una comune batteria agli ioni di litio con catodo di nichel, manganese e cobalto ha una composizione chimica nota (Fig. 3). La concentrazione di idrogeno è fondamentale; se si avvi- cina al 4%, il limite inferiore di esplosività dell’idrogeno, vi è la possibilità di un’esplosione o di un incendio. È ne- Fig. 1 – Un OPC utilizza un laser e un fotodiodo per contare le particelle sospese dall’aria (Fonte: Sensirion) Fig. 2 – I sensori amperometrici utilizzano due elettrodi separati da un elettrolita per misurare le concentrazioni di gas (Fonte: Spec Sensor) ELETTRONICA OGGI 513 - OTTOBRE 2023 59