Tecnologie di misura del punto di rugiada e relative differenze di prestazioni nelle applicazioni con aria compressa

I problemi più comuni dei sensori del punto di rugiada utilizzati in applicazioni ad aria compressa riguardano in genere i seguenti aspetti: 

• Tempi di risposta 
• Affidabilità delle letture 
• Capacità di recupero da picchi improvvisi di umidità o condensa 
• Esposizione all'olio del compressore

Per comprendere meglio queste problematiche, è importante approfondire le differenze di prestazione tra le tecnologie di misura più comuni.

La tecnologia a specchio raffreddato è in grado di offrire la massima precisione su un ampio intervallo di punti di rugiada. Il principio di funzionamento si basa sulla definizione fondamentale del punto di rugiada: raffreddamento di un volume d'aria finché non si forma condensa. Un campione di gas passa sopra una superficie a specchio metallica raffreddata da un refrigeratore. La luce viene quindi diretta allo specchio, permettendo a un sensore ottico di misurare la quantità di luce riflessa. Quando lo specchio si raffredda al punto in cui inizia a formarsi condensa sulla sua superficie (viene raggiunto il punto di rugiada), la quantità di luce riflessa dallo specchio diminuisce e il sensore ottico effettua un altra misurazione. La velocità di raffreddamento viene quindi regolata minuziosamente da un sensore di temperatura sullo specchio. Quando viene raggiunto un equilibrio tra la velocità di evaporazione e la velocità di formazione della condensa, la temperatura dello specchio è uguale al punto di rugiada. Sulla base del principio di misura ottico dello specchio raffreddato, il sensore è altamente sensibile alla presenza di sporco, olio, polvere e altri contaminanti sulla superficie dello specchio. Analogamente, i dispositivi a specchio raffreddato ad alta precisione sono piuttosto costosi e vengono spesso impiegati quando è richiesta una precisione assoluta e si possono effettuare manutenzioni e pulizie frequenti.

I sensori capacitivi a ossido di metallo, inclusa la tecnologia all'ossido di alluminio, sono progettati per la misurazione di punti di rugiada molto bassi nei processi industriali. Sebbene i tipi di materiali costruttivi impiegati possano variare, la struttura e il principio di funzionamento del sensore rimangono generalmente gli stessi. Questi sensori capacitivi sono caratterizzati da una struttura a sandwich che racchiude un substrato di base, un elettrodo inferiore, uno strato intermedio di ossido di metallo igroscopico e un elettrodo superiore permeabile all'acqua. La capacitanza tra l'elettrodo superiore e quello inferiore varia in base alla quantità di vapore acqueo assorbita dallo strato di ossido di metallo (il dielettrico del condensatore), una funzione del punto di rugiada. Pur permettendo misurazioni di valori del punto di rugiada estremamente bassi, fino a -100 °C o meno, tendono a garantire scarsa stabilità nel lungo termine nei processi con punti di rugiada variabili agli intervalli più alti come i sistemi di essiccazione con refrigerante. I sensori a ossido di metallo possono anche essere facilmente danneggiati da livelli elevati di umidità e dalla condensa. Questa deriva nel valore risultante impone tarature frequenti, che in genere possono essere effettuate solo presso il laboratorio di taratura del produttore.

Per completare la panoramica dei tipi di sensori, i sensori capacitivi a polimero sono in grado di effettuare misurazioni accurate su un ampio intervallo di umidità, oltre a offrire un'eccellente stabilità nel lungo termine. Da gennaio 1997, periodo in cui Vaisala lanciò il primo sensore a polimero per le misurazioni del punto di rugiada, la tecnologia DRYCAP® è stata utilizzata in un'ampia varietà di applicazioni industriali e meteorologiche. Le nuove scoperte hanno permesso di utilizzare i sensori a polimero anche nelle applicazioni con punti di rugiada bassi. Sebbene il principio di funzionamento capacitivo sia simile a quello dell'ossido di metallo, non si devono trascurare alcune differenze fondamentali. Oltre all'evidente differenza di materiale nello strato igroscopico (polimero anziché ossido di metallo), un sensore capacitivo a polimero viene integrato a un sensore di temperatura resistivo. Il sensore a polimero misura l'umidità (quantità di molecole d'acqua nel gas misurato) in termini di umidità relativa (RH), mentre il sensore di temperatura misura la temperatura del sensore a polimero. Da questi due valori, il microprocessore nell'elettronica del trasmettitore calcola la temperatura del punto di rugiada. La funzionalità di taratura automatica, anch'essa ideata da Vaisala, viene utilizzata per misurare valori accurati del punto di rugiada in condizioni ambientali molto secche con il sensore a polimero. Quando l'umidità relativa si avvicina allo zero, variazioni piuttosto piccole nell'umidità comportano variazioni significative nelle letture del punto di rugiada. Ad esempio, punti di rugiada compresi tra -40 °C e -50 °C a temperatura ambiente corrispondono a umidità relative rispettivamente pari a 0,8% RH e 0,3% RH. Con la tipica specifica di precisione di ±2% RH dei sensori a polimero, è possibile ottenere una precisione del punto di rugiada di ±2 °C fino a -9 °C. La taratura automatica estende questa precisione da ±2 ºC fino a -80 °C.

Durante la taratura automatica, il sensore viene riscaldato e lasciato raffreddare mentre l'umidità e le letture monitorate del sensore vengono monitorate e tracciate. Questi dati vengono analizzati e utilizzati per regolare la lettura del sensore di umidità. 

La chiave di questa taratura accurata è che l'uscita del sensore è equivalente all'umidità relativa (RH), che varia in relazione alla temperatura. Questa ben nota dipendenza fisica consente alla taratura automatica di accertare se la lettura dell'umidità bassa a 0% RH è corretta. Ogni eventuale deriva viene quindi corretta automaticamente dal microprocessore. Questo si traduce in una precisione migliore di ±2 ºC anche a punti di rugiada bassi. 

La tecnologia a polimero, frutto di anni di test e di un'attenta selezione dei materiali, combinata a un'elettronica intelligente, offre una soluzione ad alte prestazioni nelle applicazioni in cui è richiesta una manutenzione minima per il trasmettitore del punto di rugiada.