Definizione specifiche sensori. Parametri di efficienza e qualità

Finalizzazione delle specifiche dei sensori e ottimizzazione del sistema di acquisizione dati

In generale, le prove di funzionalità di un diffusore sono eseguite "una tantum" (quando sono eseguite) con il controllo visuale – eventualmente videoripreso - della regolarità del flusso attraverso tutti i bocchelli. La visibilità è facilitata dall’ eventuale uso di traccianti ottenuti con coloranti organici. La prova da informazioni solo "moderatamente qualitative" e non assolutamente quantitative, e lasciano i dubbi legati alla valutazione – del tutto personale – della conformazione del getto.

Questa constatazione ha portato alla considerazione sulla necessità di sistemi più affidabili e precisi per il monitoraggio del funzionamento dei diffusori.

Una ricerca tra i sensori di portata disponibili sul mercato ha portato a privilegiare quelli composti da un orifizio calibrato e sensore di pressione differenziale. Gli orifizi calibrati possono infatti essere sfruttati come generatori di una differenza di pressione la cui misura fornisce, dopo opportuna calibrazione, l'informazione di portata.

Anche se questa tecnica di misura (un elemento primario con misura della differenza di pressione tra le sue due facce) è quella più frequentemente utilizzata, alcune difficoltà sorgono nelle condizioni di impiego di questo progetto.

1)  Non perfetta simmetria delle due camere del sensore differenziale. La colonna di acqua sovrastante il punto di misura (profondità di circa 35 m) esercita una uguale pressione sulle due porte di ingresso del sensore. In presenza di non simmetrie tale pressione ha un effetto non nullo sulla uscita del sensore. La differenza di pressione effettivamente misurata,Image10.gif (976 bytes), è allora costituita da due termini (MD: Modo Differenziale; MC: Modo Comune):

Image11.gif (1260 bytes)

anziché Image12.gif (1137 bytes)

Il secondo termine (termine di errore) sarà tanto più trascurabile quanto più sarà Image13.gif (992 bytes). In pratica, non simmetrie dell'ordine del 2% sono comuni; ciò significa

Image14.gif (1096 bytes)

e, in termini di errore relativo nella misura della differenza di pressione un bias continuo dell'ordine di:

Image15.gif (2006 bytes)

Si tratta di un termine costante che verrà grandemente ridotto dall'operazione iniziale di calibrazione e dalla misura simultanea della pressione assoluta, ben a monte dell'orifizio calibrato. L'entità di tale errore è tale da costringerci a considerare un errore residuo (dopo sottrazione) non inferiore a un decimo/ventesimo di quello iniziale, il che significa un errore relativo di circa il 5%.

Le variazioni del livello marino e della densità della colonna d’ acqua, per contro, dovrebbero risultare, almeno nel momento in cui la misura viene effettuata, del tutto indistinguibili dalle differenze di pressione dovute ad un effettivo flusso attraverso l'orifizio. Ipotizzando Image16.gif (1049 bytes), si ottiene un errore non sistematico:

Image17.gif (1728 bytes)

2)  Difficile reperibilità di sensori differenziali aventi buona simmetria, piccole dimensioni e adatti per l'impiego sottomarino.

Per avere un prototipo facilmente duplicabile a costi ragionevolmente bassi su tutti i bocchelli, si deve individuare una modalità di misura o valutazione della portata che escluda l'uso di sensori di pressione differenziali a favore di sensori di minori dimensioni e costo.

Ciò è quanto si vuole verificare attraverso misure coordinate sul modello di diffusore con due bocchelli laterali ed uno terminale (vedere figura) la cui costruzione è stata completata.

Sono infatti previste:

  • misura della portata totale all'ingresso del modello. Lo strumento di riferimento è un misuratore di portata magnetico (errore relativo inferiore all'1%);
  • misura di portata con orifizio calibrato e sensore differenziale su ciascuno dei due bocchelli laterali e su quello frontale;
  • misura di pressione assoluta all'ingresso del modello;
  • misura di velocità con sensore termico per la verifica della rispondenza dello stesso per misure di portata;
  • misura di rumore con idrofono ai fini di rilevare la funzionalità dello stesso quale sensore di funzionamento ( on/off ) e per una misura semiqualitativa di portata.

button.GIF (1117 bytes)