IT202000029837A1 - Dispositivo, sistema e metodo per determinare la temperatura corretta dell’aria in modo accurato - Google Patents
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Description
DISPOSITIVO, SISTEMA E METODO PER DETERMINARE LA TEMPERATURA CORRETTA DELL?ARIA IN MODO ACCURATO
DESCRIZIONE
Campo di applicazione
La presente invenzione ? generalmente applicabile nel campo della meteorologia, ed in particolare ha per oggetto un sistema ed un metodo per il calcolo della temperatura dell?aria di un ambiente esterno corretta dall?errore radiativo.
Stato della Tecnica
Sono noti dispositivi per rilevare la temperatura dell?aria destinati ad essere posizionati in ambiente all?aperto i quali generalmente comprendono almeno un sensore per misurare la temperatura.
Come ? noto, le radiazioni termiche influiscono su tale misurazione, la quale risulta quindi affetta da un notevole errore che comporta uno scostamento tra la misura riportata dal sensore e la temperatura effettiva dell'aria. Tale errore ? noto come ?errore radiativo?.
Allo scopo, i dispositivi noti prevedono un corpo scatolare per schermare almeno parzialmente il sensore.
Affinch? la schermatura abbia un effetto significativo sull?abbattimento dell?errore radiativo ? necessario che il corpo scatolare abbia una particolare configurazione, consenta il passaggio dell?aria e sia di dimensioni notevoli.
Tali dispositivi, quindi, oltre a fornire una misura affetta da un errore radiativo talvolta ingente, presentano costi ed ingombri notevoli.
Dal documento 102017000072339 a nome della stessa richiedente ? noto un dispositivo ed un sistema per rilevare la temperatura corretta dell?aria particolarmente preciso e di ingombri ridotti.
Inconveniente di tale sistema ? quello di richiedere condizioni stazionarie di funzionamento, in particolare per quanto riguarda la potenza radiante.
Un primo svantaggio ? quello che la frequenza di osservazione, cio? la frequenza con la quale si determinano due temperature corrette successive, ? piuttosto ridotta, dell?ordine dei minuti. Infatti, per avere un valore affidabile di temperatura corretta dell?aria, prima di rilevare la temperatura con i sensori di temperatura ? necessario attendere circa 40s - 60s in cui la potenza radiante, cio? l?irraggiamento esterno, ? costante.
Pertanto, nella determinazione della temperatura corretta dell'aria vi ? una sensibile riduzione dell'accuratezza quando vi sono delle situazioni transitorie, cio? variazioni di irraggiamento, ad esempio nel caso di passaggio da una situazione soleggiata ad una situazione nuvolosa.
Presentazione dell?invenzione
Scopo della presente invenzione ? superare almeno parzialmente gli inconvenienti sopra illustrati, mettendo a disposizione un dispositivo, un metodo e/o un sistema per calcolare la temperatura dell?aria corretta dall?errore radiativo di elevata funzionalit? e di costo contenuto.
Altro scopo dell'invenzione ? mettere a disposizione un dispositivo, sistema e/o un metodo per calcolare la temperatura corretta dell'aria in modo particolarmente accurato.
Altro scopo dell'invenzione ? mettere a disposizione un dispositivo, sistema e/o un metodo per calcolare la temperatura corretta dell'aria in situazioni transitorie.
Altro scopo dell'invenzione ? mettere a disposizione un dispositivo, sistema e/o un metodo per calcolare la temperatura corretta dell'aria in situazioni di elevata frequenza di variazione di radiazione termica.
Questi scopi, cos? come altri che appariranno pi? chiari nel seguito, sono raggiunti da un dispositivo sensore, un sistema comprendente tale dispositivo sensore e un metodo in accordo con quanto qui descritto, illustrato e/o rivendicato.
Le rivendicazioni dipendenti definiscono forme di realizzazione vantaggiose dell?invenzione.
Breve descrizione dei disegni
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva dell?invenzione, illustrata a titolo di esempio non limitativo con l'ausilio delle unite tavole di disegno in cui:
la FIG.1 ? una vista schematica del sistema 1;
la FIG.2 ? una vista assonometrica schematizzata di un dispositivo sensore 10.
Descrizione dettagliata di alcuni esempi di realizzazione preferiti Facendo riferimento alle figure citate, si descrive un sistema 1 per calcolare la temperatura corretta T dell?aria di un ambiente E esterno, in particolare di un ambiente esterno E soggetto a radiazione termica, ad esempio a radiazione solare.
Il sistema 1 potr? comprendere almeno un dispositivo sensore 10 posizionato nell? ambiente esterno E e almeno un?unit? logica di elaborazione dati 50 operativamente collegata con il dispositivo sensore 10 per elaborare i dati rilevati dallo stesso dispositivo sensore 10 e calcolare la temperatura corretta T dell?aria. Temperatura corretta T si intende quindi la temperatura reale dell?aria corretta dall?errore radiativo a cui ? soggetto il dispositivo 10.
Il dispositivo 10 potr? essere posizionato fisso in un ambiente esterno, ad esempio un giardino, una terrazza o simili oppure potr? essere posizionato su un dispositivo mobile, ad esempio un veicolo.
L?unit? logica di elaborazione dati 50 potr? essere posta in prossimit? del dispositivo sensore 10 oppure potr? essere spaziata da quest?ultimo e collegata in remoto mediante ad esempio un collegamento wireless.
Il dispositivo sensore 10 potr? rilevare uno o pi? valori di temperatura Ts1 e Ts2 mentre l?unit? logica di elaborazione dati 50 potr? calcolare la temperatura dell?aria T a partire da tali valori Ts1, Ts2 e da altri valori, come meglio specificato pi? avanti. In particolare, la temperatura dell?aria potr? essere determinata con una frequenza di osservazione fo predeterminata. Tale frequenza di osservazione fo potr? essere compresa tra 0.02 Hz e 0.05 Hz.
Opportunamente, il dispositivo sensore 10 potr? rilevare una pluralit? di valori Ts1, Ts2 con una frequenza di rilevazione fc predeterminata. Tale frequenza di rilevazione fc potr? essere maggiore della frequenza di osservazione fo.
Ad esempio, la frequenza di rilevazione fc potr? essere maggiore di 0,1 Hz, preferibilmente maggiore di 0,2 Hz, ancora pi? preferibilmente di circa 0,5 Hz.
Il dispositivo sensore 10 potr? comprendere una struttura di supporto 11 con una sede 12 destinata ad essere attraversata dall?aria dell?ambiente esterno E.
In particolare, la sede 12 potr? presentare un?entrata 13 e un?uscita 14 per l?aria. Ad esempio, la stessa struttura di supporto 11 potr? avere forma sostanzialmente cilindrica o di parallelepipedo, mentre la sede 12 potr? avere uno sviluppo sostanzialmente longitudinale.
E? importante che la geometria della sede 12 sia tale da minimizzare la turbolenza dell?aria dell?ambiente esterno E che attraversa la stessa, cio? in altre parole che il moto di quest?ultima sia per quanto possibile di tipo laminare.
Ad esempio, come mostrato in FIG.2, la sede 12 potr? essere di forma sostanzialmente cilindrica a sezione costante.
Opportunamente, il dispositivo sensore 10 potr? comprendere mezzi sensori 20 posti internamente alla sede 12 per rilevare i valori di temperatura Ts1, Ts2 dell?aria che attraversa la stessa sede 12.
I mezzi sensori 20 potranno comprendere almeno un sensore 21 di temperatura in almeno una posizione predeterminata. Preferibilmente, tale sensore 21 potr? essere interno alla sede 12.
In particolare, secondo una particolare forma di realizzazione illustrata in FIG.2, i mezzi sensori 20 potranno comprendere un solo sensore 21 di temperatura.
Secondo un particolare aspetto dell?invenzione, i valori di temperatura Ts1, Ts2 dell?aria potranno essere rilevati a velocit? V1, V2 differenti dell?aria.
Il dispositivo sensore 10 potr? comprendere mezzi 30 per variare la velocit? dell?aria nella sede 12, in particolare in corrispondenza della posizione predeterminata del sensore 21. Ad esempio, i mezzi 30 potranno includere un ventilatore, una ventola o similari i quali potranno essere posti in corrispondenza dell?entrata 13 e/o dell?uscita 14 della sede 12.
Opportunamente, potranno essere previsti mezzi 40 di regolazione agenti sui mezzi 30 di variazione della velocit? dell?aria in modo da consentire la regolazione della velocit? dell?aria stessa.
Grazie a tale caratteristica, lo stesso sensore 21 potr? rilevare i differenti valori di temperatura Ts1, Ts2 alle differenti velocit? V1, V2.
Preferibilmente, i mezzi di regolazione 40 potranno essere configurati in modo tale che i mezzi 30 promuovano il transito dell?aria in corrispondenza del sensore 21 alternativamente con la velocit? V1 e con la velocit? V2.
In altre parole, i mezzi 30 potranno essere mobili tra una configurazione in cui l?aria in corrispondenza del sensore 21 transita a velocit? V1 ed una configurazione in cui l?aria in corrispondenza del sensore 21 transita a velocit? V2.
Si comprende che i mezzi di regolazione 40 cos? come i mezzi 30 potranno essere configurati in modo differente senza per questo uscire dall?ambito di tutela della presente invenzione.
I sensori 21 potranno essere di qualsivoglia tipologia, ad esempio termocoppie o termometri a resistenza (RTD: Resistance Temperature Detector) e potranno avere dimensioni particolarmente ridotte.
I sensori 21 potranno essere montanti su una scheda a circuito stampato (PCB) o su qualsiasi altro dispositivo analogo.
Sebbene si sia descritto che la presenza dei mezzi 30 di variazione della velocit? consentano di ottenere differenti velocit? V1, V2, si comprende che la velocit? dell?aria potr? essere variata in qualsivoglia modo senza per questo uscire dagli scopi della presente invenzione.
In ogni caso, grazie al fatto che la geometria della sede 12 ? scelta in modo che l?aria che attraversa la stessa abbia turbolenza minima, la stessa geometria della sede 12 consentir? di predeterminare i valori del rapporto V1/V2 fra le velocit? che investono il sensore 21.
In altre parole, potr? non essere necessario conoscere il reale valore delle singole velocit? V1 e V2 in quanto potr? essere sufficiente conoscere i rapporti tra le stesse, predeterminabili una volta nota la geometria della sede 12 e/o la configurazione delle ventole 30 e dei mezzi di regolazione 40.
Pi? in dettaglio, la ventola 30 potr? variare velocit? da V1 a V2 con una frequenza pari alla frequenza di rilevazione fc.
In altre parole, si potr? rilevare la temperatura Ts1 con una velocit? V1 e Ts2 con velocit? V2, poi la temperatura Ts1 con la velocit? V2 e la temperatura Ts2 con velocit? V1, una nuova temperatura Ts1 con la velocit? V1 e Ts2 con velocit? V2, e si potr? proseguire. Quindi una coppia potr? essere Ts1 a V1 e Ts2 a V2, una coppia Ts1 a V2 e Ts2 a V1, una coppia Ts1 a V1 e Ts2 a V2 e cos? via.
In questo modo si potranno formare una pluralit? di coppie di valori Ts1 e Ts2 ciascuno con una propria velocit? V1 oppure V2. Le coppie di valori Ts1 e Ts2 potranno quindi essere rilevate con la frequenza fc.
Si comprende che l?intervallo di tempo tra le due rilevazioni dei valori Ts1 e Ts2 di ogni coppia potr? essere particolarmente ridotto. Ad esempio, nel caso la frequenza di rilevazione fc sia 0,05 Hz, tale intervallo di tempo potr? essere di 0,5 s.
Preferibilmente, tali valori potranno essere considerati immediatamente prima ed immediatamente dopo al passaggio delle ventole 30 dalla velocit? V1 a V2 oppure viceversa.
Ad esempio, nel caso la frequenza di osservazione fo sia di 0,05 Hz, e la frequenza di rilevamento fc sia 0,5 Hz, si potranno ottenere un numero di rilevazioni N pari a fc/fo=10. In altre parole, si ottengono 10 coppie di valori Ts1 e Ts2.
Opportunamente, grazie all?intervallo di rilevazione tra Ts1 e Ts2 particolarmente ridotto, anche in situazioni di transitorio, ad esempio durante il cambio di condizioni atmosferiche, la potenza radiante Prad potr? essere sostanzialmente uguale per ogni coppia di valori Ts1 e Ts2.
L?unit? logica di elaborazione dati 50 potr? calcolare la temperatura T dell?aria dell?ambiente esterno E che attraversa la sede 12 del dispositivo sensore 10 corretta dall?errore radiativo a partire dalle coppie di valori Ts1 e Ts2, e dalle velocit? V1 e V2 oppure dal loro rapporto.
Opportunamente, il sistema 1 potr? comprendere un?unit? di memorizzazione 60 operativamente collegata con l?unit? logica di elaborazione dati 50. In particolare, l?unit? di memorizzazione 60 potr? essere posta in prossimit? della struttura di supporto 11 oppure potr? essere in remoto e collegata con l?unit? logica di elaborazione dati 50 mediante un collegamento wireless.
Nell?unit? di memorizzazione 60 potranno essere memorizzate le velocit? V1, V2 in modo da calcolare rapidamente tale rapporto V1/V2. D?altra parte, preferibilmente, nell?unit? di memorizzazione 60 potr? essere memorizzato il rapporto V1/V2 e non le singole velocit? V1, V2. Inoltre, nell?unit? di memorizzazione 60 potranno essere memorizzati ulteriori parametri o funzioni come meglio spiegato nel seguio.
Secondo una particolare forma di realizzazione, l?unit? logica di elaborazione dati 50 potr? essere programmata o programmabile per calcolare la temperatura corretta T dell?aria mediante le correlazioni:
DT_m = [(Ts1_1 - Ts2_1) (Ts1_2 - Ts2_2) ... (Ts1_N - Ts2_N)]/N (1) Ts1_m = [(Ts1_1) (Ts1_2) ... (Ts1_N)]/N (2) T = Ts1_m ? Err (3) In cui:
- Ts1_1 Ts1_2 ? Ts1_N e Ts2_1 Ts2_2 ? Ts2_N sono i valori di Ts1 e Ts2 delle differenti coppie, cio? della coppia 1 (Ts1_1 Ts2_1), della coppia 2 (Ts1_2 Ts2_2), ? coppia N (Ts1_N Ts2_N);
- N ? il numero di rilevazione fatte. Tale numero N potr? essere arbitrario. Ad esempio si potranno considerare le ultime 10 coppie di rilevazioni in modo da avere una temperatura corretta T aggiornata in modo sostanzialmente continuo. Preferibilmente, il numero N potr? essere pari al rapporto intero tra la frequenza di rilevazione fc e la frequenza di osservazione fo come sopra descritto.
- Ts1_m ? la media dei valori Ts1 di ogni coppia.
Il parametro Err potr? definire l?errore radiativo, cio? lo scostamento tra il valore rilevato della temperatura e il valore corretto della temperatura dell?aria.
Tale valore di Err potr? essere memorizzato nell?unit? di memorizzazione 60.
Il parametro Err potr? essere predeterminato, ad esempio mediante una procedura di calibrazione, oppure potr? essere calcolato dalla stessa unit? logica 50 a partire da uno o pi? dei valori di Ts1 Ts2 V1 V2 oppure mediante opportune correlazioni di tipo in s? noto. Preferibilmente, tali correlazioni potranno essere memorizzate nella stessa unit? di memorizzazione 60.
Il parametro Err potr? essere correlato alla differenza di temperatura di ogni coppia di valori Ts1 Ts2 rilevati, oppure, preferibilmente, potr? essere correlato alla differenza di temperatura media DT_m dei valori.
D?altra parte, secondo una differente forma di realizzazione, il parametro Err potr? essere correlato alla componente spettrale con una determinata frequenza di rilevamento fc.
Ad esempio, per la determinazione del parametro Err potr? essere predisposta una tabella in cui sono presenti una serie di valori di Err a seconda della differenza di temperatura media DT_m oppure della componente spettrale a fc.
D?altra parte tali correlazioni potranno essere una funzione di DT_m oppure della componente spettrale a fc e potranno essere eseguita dalla stessa unit? logica 50.
Sia i valori tabulati che le funzioni potranno essere determinate mediante opportune operazioni di calibrazione.
Ad esempio, tale procedura potr? essere eseguita in condizioni di temperatura dell'aria Ttest controllata, nota e costante. Si potr? posizionare le ventole 30 ad una velocit? V1 e rilevare il valore di Ts1 dopo circa 5 s. Successivamente si potr? posizionare la ventola alla velocit? V2 e rilevare il valore Ts2 dopo circa 5 s. Durante tutto il periodo la potenza radiante Prad potr? essere mantenuta costante.?
Tale procedura potr? quindi essere ripetuta per differenti valori di potenza radiante Prad (preferibilmente partendo da un valore molto basso fino ad un valore molto alto che potr? rappresentare le peggiori condizioni atmosferiche ipotizzabili), correlando le variazioni Ts1-Ts2 all'errore radiativo, cio? allo scostamento rispetto alla Ttest nota.
Ad esempio si potr? eseguire la seguente procedura:
- Prad pari ad un primo valore predeterminato,
- Ttest = 23 ?C;
- calcolo di DT_m = Ts1 - Ts2 = 28 ?C ? 25 ?C = 3 ?C;
- calcolo dell?errore radiativo Err = Ts2 ? Ttest = 25 ?C ? 23 ?C = 2 ?C;
- correlazione tra DT_m (3 ?C) ed Err (2 ?C);
Poi, si modifica il valore di Prad e si ripete la procedura:
- Prad pari ad un secondo valore predeterminato,
- Ttest = 23 ?C;
- calcolo di DT_m = Ts1 - Ts2 = 27 ?C ? 24,5 ?C = 2,5 ?C
- calcolo dell?errore radiativo Err = Ts2 ? Ttest = 24,5 ?C ? 23 ?C = 1,5 ?C.
- correlazione tra DT_m (2,5 ?C) ed Err (1,5 ?C);
Quando Prad = 0 si avr? Ts1 = Ts2 = Ttest ed Err = Ts1 ? Ttest = 0.
In ogni caso, una volta determinato Err si potr? determinare la temperatura corretta T mediante la formula (3).
Secondo una differente forma di realizzazione, la temperatura corretta T potr? essere determinata mediante l?utilizzo di correlazioni, cio? mediante una cosiddetta ?formula chiusa?.
Ad esempio, l?unit? logica di elaborazione dati 50 potr? essere programmata o programmabile per calcolare la temperatura corretta T dell?aria mediante le seguenti correlazioni.
Innanzitutto per ogni coppia di valori Ts1 e Ts2 si calcolano i rispettivi valori estrapolati Ts1e e Ts2e in condizioni stazionarie:
Ts1e = Ts1 * F(Ts1); (4) Ts2e = Ts2 * F(Ts2); (5) Le funzioni F(Ts1) e F(Ts2) potranno essere funzioni predeterminate dipendenti dalla variazione (DT) dei valori di temperatura di ogni coppia in modo da calcolare i valori Ts1e e Ts2e.
Preferibilmente, tali funzioni potranno essere memorizzate nell?unit? di memorizzazione 60.
In altre parole, potr? essere prevista una correlazione tra l'andamento della temperatura nell?intervallo di tempo 1/fc, ossia la pendenza della curva della temperatura in funzione del tempo in quell'intervallo di tempo, e le temperature estrapolate Ts1e e Ts2e, cio? le temperature che si raggiungerebbero in situazioni stazionarie.
In altre parole, le funzioni F(Ts1) e F(Ts2) potranno consentire di estrapolare i valori Ts1e e Ts2e a partire dall'andamento della temperatura nell'intervallo di tempo 1/fc. Tali funzioni F(Ts1) e F(Ts2) potranno comprendere tecniche numeriche di tipo in s? noto sia in funzione del tempo che della frequenza. Eventualmente tali funzioni F(Ts1) e F(Ts2) potranno comprendere procedure di calibrazione.
Ad esempio, l?intervallo di tempo 1/fc potr? essere di 2 secondi. La temperatura rilevata potr? passare da 25 ?C (Ts1) a 24?7? (Ts2) in tale intervallo di tempo 1/fc. Mediante le funzioni F(Ts1) e F(Ts2) si potr? quindi estrapolare il valore Ts1e e Ts2e che Ts1 e Ts2 avrebbero raggiunto se l?intervallo di tempo 1/fc fosse sensibilmente pi? lungo, ad esempio di 60 secondi.
Successivamente si potranno quindi calcolare le temperature estrapolate medie con le seguenti correlazioni:
Ts1e_m = [(Ts1e_1) (Ts1e_2) ... (Ts1e_N)]/N (6) Ts2e_m = [(Ts2e_1) (Ts2e_2) ... (Ts2e_N)]/N (7) e mediante le correlazioni:
H1*(Ts1e_m - T) = PRad - IRout1 (8) H2*(Ts2e_m - T) = PRad - IRout2 (9) H1/H2 = (V1/V2)<m >(10) in cui
H1=H0*V1<m>
H2=H0*V2<m>
In tali correlazioni:
Prad esprime la potenza radiante entrante nel sensore; Prad=?*?*(Tir)<4 >+ G*S IRout esprime la radiazione uscente per il sensore; IRout1 = ?*?*(Ts1e_m)<4>; IRout2 = ?*?*(Ts2e_m)<4>;
H1, H2 = coefficienti di scambio termico convettivo;
? = emissivit? della superficie del sensore;
? = costante di Stefan-Boltzmann;
Tir = temperatura vista dal sensore;
G = coefficiente di assorbimento della superficie del sensore per la radiazione solare;
S = densit? di potenza della radiazione solare;
Ts1, Ts2 = valori di temperatura rispettivamente con una prima velocit? V1 ed una seconda velocit? V2;
m = parametro;
H0 = parametro.
Come noto, la temperatura vista dal sensore Tir ? la temperatura dei corpi esterni che irradiano sul sensore.
In modo in s? noto, inoltre, il parametro H0 dipende dalle caratteristiche geometriche e termodinamiche del sensore che non ? necessario conoscere perch? le formule utilizzano H1/H2, mentre il parametro m dipende dalle caratteristiche geometriche e termodinamiche del sensore e potr? essere predeterminato mediante una semplice procedura di calibrazione, come spiegato in seguito.
Ad esempio, la procedura di calibrazione per la determinazione del parametro m potr? consistere nel sottoporre il sensore da caratterizzare a radiazione termica costante in un ambiente a temperatura controllata (nota e costante) effettuando due rilevazioni di temperatura Ts1, Ts2 a due velocit? diverse il cui rapporto ? noto.
Si comprende che per coefficienti di scambio H1, H2 si intendono i coefficienti di scambio termico convettivo in corrispondenza delle condizioni di rilevamento di rispettivamente le temperature Ts1, Ts2. Opportunamente, come sopra descritto, H1 potr? essere uguale ad H2 in quanto ? presente un unico sensore 21.
Inoltre, come sopra descritto, il sensore 21 potr? essere esposto sostanzialmente allo stesso flusso radiativo in ingresso e quindi la potenza radiante Prad1 in corrispondenza di Ts1 potr? essere uguale alla potenza radiante Prad2 in corrispondenza di Ts2 (PRad1 = PRad2 = PRad e Kr = PRad2/PRad1 = 1).
Le prime due formule (1) e (2) mostrano le equazioni del bilancio termico per il sensore 21 nelle due condizioni prima e dopo il cambio di velocit? della ventola 30, mentre la formula (3) mostra la relazione tra il rapporto dei coefficienti di scambio H1/H2 e il rapporto V1/V2. Il parametro m potr? essere memorizzato nell?unit? di memorizzazione 60.
Utilizzando le formule (1) (2) e (3) di cui sopra l?unit? logica di elaborazione dati 50 potr? calcolare la temperatura T noti V1, V2, m, Ts1 e Ts2 (memorizzato oppure calcolato come sopra descritto).
D?altra parte, nel caso le velocit? V1, V2 siano maggiori di un valore di soglia predeterminato, ad esempio V1 > 0,5 m/s e V2 > 0,5 m/s, la rispettiva radiazione uscente IRout1, IRout2 potr? essere sostanzialmente trascurabile rispetto agli altri termini delle correlazioni. In questo modo, si potr? calcolare con precisione la temperatura T mediante le sottostanti correlazioni semplificate:
H1*(Ts1e_m - T) = PRad (1a) H2*(Ts2e_m - T) = PRad (2a) H1/H2 = (V1/V2)<m >(3) e
H1/H2 * (Ts1e_m - T) = (Ts2e_m - T) (4)
Le correlazioni (3), (4) mostrano la dipendenza della temperatura T dal rapporto dei coefficienti di scambio termico convettivo H1/H2 e la dipendenza di quest?ultimo dal rapporto delle velocit? V e dal parametro m. Quest?ultimo parametro potr? essere memorizzato nell?unit? di memorizzazione 60 una volta predeterminato in modo analogo a quanto sopra descritto.
Utilizzando la formula (4) l?unit? logica di elaborazione dati 50 potr? calcolare la temperatura T noti V1/V2, m, Ts1e_m e Ts2e_m.
Grazie a quanto sopra descritto, anche in questo caso si potr? calcolare la temperatura T dell?aria in modo semplice e veloce mediante un limitato numero di parametri rilevati (Ts1 Ts2) e di parametri memorizzati e/o predeterminati (m, le velocit? V1, V2, Err oppure F(Ts1) e F(Ts2)). Questi ultimi, inoltre, potranno essere facilmente predeterminabili, come sopra descritto.
In particolare, al fine di precalcolare il parametro m sopra citato, si potr? posizionare il dispositivo sensore 10 in una ambiente controllato con temperatura dell?aria nota, in modo che il sensore 21 rilevi una rispettiva temperatura Ts1, Ts2 ad una rispettiva velocit? di test nota (o a rapporti tra le velocit? V1, V2 noti).
Sebbene nel presente testo si parli di rapporto delle velocit? come V1/V2 e di rapporto tra i coefficienti di scambio termico come H1/H2 e di rapporto tra potenze radianti PRad1/PRad2, si comprende che la temperatura T potr? essere ugualmente calcolata nel caso il rapporto delle velocit?, dei coefficienti di scambio termico e delle potenze radianti sia l?inverso, ovvero V2/V1, H2/H1 e PRad2/PRad1.
Grazie a quanto sopra descritto, quindi, il valore della temperatura corretta T dell?aria con la frequenza di osservazione fo potr? essere determinato a partire da un numero N di misure di temperature.
In questo modo la temperatura T dell?aria potr? essere determinata in modo particolarmente preciso anche in situazioni transitorie.
L?invenzione ? suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nelle rivendicazioni allegate. Tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti, ed i materiali potranno essere diversi a seconda delle esigenze, senza uscire dall'ambito di tutela del trovato definito dalle rivendicazioni allegate.
Claims (10)
1. Un dispositivo sensore posizionabile in un ambiente esterno (E) soggetto a radiazione termica, ad esempio quella solare, in modo che sia attraversato dall?aria dello stesso, il dispositivo sensore essendo impiegabile con almeno un?unit? logica di elaborazione dati (50) suscettibile di calcolare la temperatura (T) corretta dell?aria dell?ambiente esterno (E) con una frequenza di osservazione (fo) a partire dal rilevamento di almeno un primo valore (Ts1) ed un secondo valore (Ts2) di temperatura da parte del dispositivo sensore e successiva correzione dell?errore radiativo di tale rilevamento, il dispositivo sensore (10) includendo:
- una struttura di supporto (11) comprendente almeno una sede (12) destinata ad essere attraversata dall?aria dell?ambiente esterno (E), detta almeno una sede (12) avendo un?entrata (13) e un?uscita (14) per l?aria;
- mezzi di variazione della velocit? dell?aria (30) operativamente collegati con detta sede (12) mobili tra una prima configurazione ed una seconda configurazione in cui l?aira dell?ambiente esterno (E) transita all?interno di detta sede (12) rispettivamente ad una prima velocit? (V1) e ad una seconda velocit? (V2);
- mezzi sensori (20) posti internamente a detta sede (12) per rilevare detto almeno un primo e secondo valore (Ts1; Ts2) di temperatura dell?aria dell?ambiente esterno (E) che attraversa la stessa;
in cui detti mezzi di variazione della velocit? dell?aria (30) passano tra dette prima e seconda configurazione con una frequenza di rilevazione (fc) predeterminata maggiore della frequenza di osservazione (fo);
in cui detti mezzi sensori (20) sono configurati per rilevare una coppia di detti almeno un primo valore (Ts1) a detta prima o seconda velocit? (V1, V2) e un secondo valore (Ts2) a detta seconda o prima velocit? (V2, V1) di temperatura ogni volta che detti mezzi di variazione della velocit? dell?aria (30) passano da detta prima a detta seconda configurazione in modo da ottenere un numero di coppie di valori (Ts1, Ts2) con detta frequenza di rilevazione (fc) predeterminata;
in modo che l?unit? logica di elaborazione dati (50) sia suscettibile di calcolare la temperatura corretta (T) dell?aria dell?ambiente esterno (E) che attraversa detta sede (12) a partire da una pluralit? di coppie di detti valori di temperatura (Ts1, Ts2) e da dette prime e seconde velocit? (V1; V2) corrispondenti a questi ultimi.
2. Dispositivo sensore in accordo con la rivendicazione precedente in cui detta frequenza di rilevazione (fc) ? maggiore di 0,1 Hz, preferibilmente maggiore di 0,2 Hz, ancora pi? preferibilmente di circa 0,5 Hz.
3. Dispositivo sensore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente mezzi di regolazione agenti su detti mezzi di variazione della velocit? dell?aria (30) in modo da variare detta prima velocit? (V1) e detta seconda velocit? (V2).
4. Dispositivo sensore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi per variare la velocit? dell?aria (30) comprendono una ventola posta in corrispondenza di detta entrata (13) e/o di detta uscita (14) di detta sede (12).
5. Sistema per calcolare la temperatura corretta (T) dell?aria di un ambiente esterno (E) soggetto a radiazione termica, ad esempio quella solare, corretta dall?errore radiativo, con una frequenza di osservazione (fo) comprendente:
- almeno un dispositivo sensore (10) in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, detto dispositivo sensore (10) essendo posizionabile o posizionato nell?ambiente esterno (E) in modo che la sede (12) dello stesso sia attraversata dall?aria dell?ambiente esterno (E) per rilevare almeno un primo valore (Ts1) ed almeno un secondo valore (Ts2) di temperatura di quest?ultima, il dispositivo sensore (10) comprendendo inoltre mezzi di variazione della velocit? dell?aria (30) in detta sede (12) mobili tra una prima configurazione ed una seconda configurazione in cui l?aira dell?ambiente esterno (E) transita all?interno di detta sede (12) rispettivamente ad una prima velocit? (V1) e ad una seconda velocit? (V2); - almeno un?unit? logica di elaborazione dati (50) operativamente collegata o collegabile con detto almeno un dispositivo sensore (10) per calcolare la temperatura corretta (T) dell?aria dell?ambiente esterno (E) mediante correzione dell?errore radiativo di detto almeno un primo valore (Ts1) ed almeno un secondo valore (Ts2) di temperatura rilevata da parte di detto almeno un dispositivo sensore (10);
in cui detta un?unit? logica di elaborazione dati (50) ? programmata o programmabile per calcolare detta temperatura corretta (T) dell?aria dell?ambiente esterno (E) a partire da una pluralit? di coppie di detti valori di temperatura (Ts1, Ts2) e da dette prime e seconde velocit? (V1; V2) corrispondenti a questi ultimi.
6. Sistema secondo la rivendicazione 5, comprendente un?unit? di memorizzazione dati (60) per memorizzare almeno un parametro relativo all?errore radiativo (Err), detta unit? logica di elaborazione dati (50) essendo operativamente collegata con detta unit? di memorizzazione (60) e calcolando la temperatura corretta (T) mediante le correlazioni:
DT_m = [(Ts1_1 - Ts2_1) (Ts1_2 - Ts2_2) ... (Ts1_N - Ts2_N)]/N (1) Ts1_m = [(Ts1_1) (Ts1_2) ... (Ts1_N)]/N (2) T = Ts1_m ? Err (3) in cui:
Err = parametro predeterminato in funzione di DT_m;
N = il numero di misure considerate pari al rapporto intero tra la frequenza di rilevazione (fc) e la frequenza di osservazione (fo).
7. Sistema secondo la rivendicazione 5, comprendente un?unit? di memorizzazione dati (60) per memorizzare almeno un parametro relativo all?errore radiativo (Err), detta unit? logica di elaborazione dati (50) essendo operativamente collegata con detta unit? di memorizzazione (60) e calcolando la temperatura corretta (T) mediante le correlazioni:
DT_m = [(Ts1_1 - Ts2_1) (Ts1_2 - Ts2_2) ... (Ts1_N - Ts2_N)]/N (1) Ts1_m = [(Ts1_1) (Ts1_2) ... (Ts1_N)]/N (1) T = Ts1_m ? Err (3) in cui:
Err = parametro predeterminato in funzione della componente spettrale con frequenza di rilevamento (fc);
N = il numero di misure considerate pari al rapporto intero tra la frequenza di rilevazione (fc) e la frequenza di osservazione (fo).
8. Sistema secondo la rivendicazione 5, comprendente un?unit? di memorizzazione dati (60) per memorizzare almeno una prima e seconda funzione (F(Ts1); F(Ts2)), detta unit? logica di elaborazione dati (50) essendo operativamente collegata con detta unit? di memorizzazione (60) e calcolando la temperatura corretta (T) mediante le correlazioni:
Ts1e = Ts1 * F(Ts1); (4) Ts2e = Ts2 * F(Ts2); (5) Ts1e_m = [(Ts1e_1) (Ts1e_2) ... (Ts1e_N)]/N (6) Ts2e_m = [(Ts2e_1) (Ts2e_2) ... (Ts2e_N)]/N (7) in cui F(Ts1) e F(Ts2) sono funzioni predeterminate dipendenti dalla variazione (DT_m) dei valori di temperatura di ogni coppia (Ts1; Ts2);
e mediante le correlazioni:
H1*(Ts1e_m - T) = PRad - IRout1 (8) H2*(Ts2e_m - T) = PRad - IRout2 (9) H1/H2 = (V1/V2)<m >(10) in cui
H1=H0*V1<m>
H2=H0*V2<m>
ed in cui:
PRad=?*?*(Tir)<4 >+ G*S;
IRout1 = ?*?*(Ts1e_m)<4>;
IRout2 = ?*?*(Ts2e_m)<4>;
H1, H2 = coefficiente di scambio termico convettivo;
? = emissivit? della superficie del sensore;
? = costante di Stefan-Boltzmann;
Tir = temperatura vista dal sensore;
m = parametro;
G = coefficiente di assorbimento della superficie del sensore per la radiazione solare; S = densit? di potenza della radiazione solare.
9. Metodo per calcolare la temperatura corretta (T) dell?aria di un ambiente esterno (E) soggetto a radiazione termica, ad esempio quella solare, corretta dall?errore radiativo, il metodo comprendente le fasi di:
- predisposizione di almeno un dispositivo sensore (10) in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4;
- rilevamento da parte di detto almeno un dispositivo sensore (10) di almeno un primo e secondo (Ts1; Ts2) valore di temperatura dell?aria dell?ambiente esterno (E) rispettivamente ad una prima velocit? (V1) e seconda velocit? (V2);
- calcolo della temperatura corretta (T) dell?aria dell?ambiente esterno (E) che attraversa detta sede (12) a partire da detta pluralit? di coppie di detti valori di temperatura (Ts1, Ts2) e da dette prime e seconde velocit? (V1; V2) corrispondenti a questi ultimi; in cui detta fase di rilevamento ? eseguita con una frequenza di rilevazione (fc) maggiore di 0,1 Hz, preferibilmente maggiore di 0,2 Hz, ancora pi? preferibilmente di circa 0,5 Hz in modo da rilevare una pluralit? di coppie di primi e secondi valori di temperatura dell?aria (Ts1; Ts2).
10. Metodo secondo la rivendicazione precedente, in cui detta fase di calcolo ? effettuata mediante l?unit? logica di elaborazione dati (50) cos? come definita in una o pi? delle rivendicazioni 5, 6, 7 e 8.
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|---|---|---|---|---|
| EP1830165A1 (de) * | 2006-03-04 | 2007-09-05 | Stiftung Alfred-Wegener-Insitut für Polar und Meeresforschung | Aussenlufttemperaturmesser mit einer Einrichtung zur Vermeidung von Fehlmessungen bei Starkwind |
| US7933737B2 (en) * | 2008-07-25 | 2011-04-26 | Oracle America, Inc. | Estimating the ambient temperature of air outside of a computer system |
| WO2019003169A1 (en) * | 2017-06-28 | 2019-01-03 | Iotopon Srl | SYSTEM AND METHOD FOR CALCULATING THE TEMPERATURE OF AN OUTDOOR AMBIENT AIR CORRECTED FROM THE RADIATION ERROR, AND SENSOR DEVICE USED IN SUCH A SYSTEM |
-
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