ITBO20070788A1 - Metodo e dispositivo per il rilevamento di odori - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:
METODO E DISPOSITIVO PER IL RILEVAMENTO DI ODORI
La presente invenzione concerne un metodo ed un dispositivo per il rilevamento di odori.
In particolare, la presente invenzione concerne un metodo ed un dispositivo per il rilevamento di odori attraverso un “naso elettronico”.
Come noto, i nasi elettronici sono strumenti che permettono di analizzare in continuo l'aria ambiente.
I nasi elettronici sono inoltre in grado di classificare qualitativamente l'aria analizzata, attribuendole una specifica classe olfattiva e di quantificare olfattometricamente l’aria analizzata, stimando la sua concentrazione di odore.
II funzionamento del naso elettronico ricalca quello del sistema olfattivo umano ed è generalmente suddiviso nelle seguenti fasi:
- rilevamento dei gas tramite opportuni sensori;
- elaborazione dei segnali provenienti dai sensori;
- riconoscimento degli odori.
La matrice dei sensori è generalmente alloggiata in una camera realizzata con un materiale chimicamente inerte in cui fluisce un gas (generalmente aria) di riferimento che ha la funzione di stabilire una linea base per la risposta dei sensori.
Quando deve effettuare la misura, il naso elettronico viene alimentato dall’aria da analizzare nella camera di misura, producendo una variazione dell’atmosfera chimica e di conseguenza una risposta dei sensori. La misura si conclude con l'iniezione nella camera di nuovo gas di riferimento, la pulizia del materiale attivo che costituisce i sensori e il ritorno della risposta dei sensori alla linea di base.
Nel corso della presente trattazione faremo riferimento a nasi elettronici che utilizzano sensori a ossidi metallici semiconduttori MOS senza per questo perdere in generalità.
Il principio su cui si basano tali sensori è la variazione di conducibilità elettrica dell’ossido in presenza di sostanze odorigene rispetto al valore che tale parametro assume in condizioni di riferimento.
Durante un generico ciclo di monitoraggio, un naso elettronico aspira per una determinata frazione di tempo il gas di riferimento e per la restante frazione del ciclo l’aria da analizzare.
Nei nasi di tipo noto, inoltre, vengono utilizzati dei carboni attivi per purificare l’aria di riferimento al fine di rendere tale aria il più inodore possibile.
Tali tipi di nasi elettronici presentano, però, notevoli inconvenienti.
E’ stato scoperto, infatti, che i sensori in essi utilizzati presentano una sensibilità elevatissima alla temperatura e al’umidità deiraria da analizzare e deiraria di riferimento, e quindi alle loro variazioni.
Tale dipendenza nei confronti delle condizioni ambientali rende la lettura dei dati olfattivi difficile e decisamente inaffidabile, basti pensare alle variazioni di temperatura e di umidità dell’aria che si verificano nell’arco della giornata ed ancor di più al variare delle stagioni.
Inoltre, anche l’utilizzo dei carboni attivi per purificare il gas di riferimento da possibili contaminazioni, tende a variare l’umidità relativa del gas stesso, rendendolo più secco.
Per tale motivo, i nasi elettronici di tipo noto forniscono delle misurazioni molto imprecise e non sono in grado di garantire un elevato coefficiente di affidabilità.
Scopo della presente invenzione è pertanto quello di ovviare ai citati inconvenienti attraverso la realizzazione di un metodo e dì un dispositivo per il rilevamento di odori che sia economico, affidabile e permetta di effettuare delle misurazioni precise indipendentemente dalle condizioni climatiche in cui le misurazioni stesse vengono effettuate.
Le caratteristiche tecniche della presente invenzione, secondo il suddetto scopo, sono chiaramente deducibili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate, in particolare dalla rivendicazione 1 e, preferibilmente, da una qualsiasi rivendicazione dipendente, direttamente o indirettamente, dalla rivendicazione 1.
I vantaggi della presente invenzione risulteranno, inoltre, maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata che segue, la quale è fatta con riferimento ai disegni allegati che rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa delia stessa invenzione, in cui:
la figura 1 illustra, in uno schema a blocchi semplificato, un dispositivo per il rilevamento di odori in accordo con la presente invenzione;
la figura 2 illustra, in una vista prospettica schematica un particolare del dispositivo secondo la presente invenzione;
la figura 3 illustra, in una vista in pianta dall’alto, il particolare di figura 2;
- la figura 4 illustra una vista schematica in sezione del particolare di figura 2.
Con riferimento alla figura 1 , con il numero 1 è indicato, complessivamente, un dispositivo per il rilevamento di odori dotato di un naso 2 elettronico di tipo noto.
II naso 2 comprende una camera 3 di misurazione, all’interno della quale sono alloggiati una pluralità di sensori, di tipo noto e pertanto non illustrati.
La camera 3 di misurazione è collegata ad un condotto 4 di alimentazione di un’aria Ac campione e ad un condotto 5 di alimentazione di un’aria Ar di riferimento con interposizione di una valvola 6 switch.
La valvola 6 switch, posizionata a monte della citata camera 3, con riferimento al verso della freccia F di figura 1 , determina l’immissione selettiva all’interno della camera 3 dell’aria Ar di riferimento e dell’aria Ac campione.
Tra la valvola 6 di switch e la camera 3 di misurazione è interposto un filtro 100 delimitato da una copertura in alluminio e collegato a mezzi riscaldatori, non illustrati, atti a riscaldare la parete di alluminio del filtro. Il dispositivo 1 comprende, inoltre, un sistema di condizionamento della citata aria Ar di riferimento indicato complessivamente con il numero 7 e posizionato lungo il citato condotto 5 di alimentazione dell'aria Ar di riferimento stessa, a monte della camera 3.
Come visibile nelle figure 2, 3 e 4, il sistema 7 di condizionamento è alloggiato all’interno di un contenitore 8 realizzato in alluminio e coibentato in modo da evitare dispersioni di calore verso l’esterno ed è definito da un primo modulo 9 comprendente una camera 10 evaporatrice e da un secondo modulo 11 comprendente un condensatore 12.
La camera 10 evaporatrice comprende un recipiente 13 in alluminio teflonato che è coibentato e non trasferisce così calore al condensatore 12.
II recipiente 13 è riscaldato tramite un riscaldatore 14 comprendente resistenze 15 elettriche.
La camera 10 evaporatrice è parzialmente riempita con acqua distillata inodore e comprende un condotto 16 di uscita dell’aria Ar di riferimento, anch’esso realizzato in teflon, in comunicazione fluida con il condensatore 12.
Le resistenze 15 riscaldano l’acqua raccolta sul fondo del recipiente 13 fino ad una temperatura T prestabilita in modo da far evaporare una quantità determinata di acqua stessa.
Il condensatore 12 comprende uno scambiatore 17 di calore attraverso il quale l’aria Ar proveniente dalla camera 10 evaporatrice viene condensata fino al raggiungimento di un valore X predeterminato di umidità dell’aria Ar stessa.
Il sistema 7 comprende, inoltre, mezzi di raccolta (non illustrati) dell’acqua di condensazione atti a riciclare l’acqua condensata nel condensatore 12 e a re-immetterla nella camera 10 evaporatrice.
Lungo il condotto 4 di alimentazione dell’aria Ac campione è posizionato un rilevatore 18 di temperatura e di umidità dell’aria Ac campione stessa. Il sistema 7 comprende, inoltre, un’unità 19 di controllo e comando collegata tramite un microprocessore al rilevatore 18 e atta a regolare la temperatura interna del condensatore 12 e di conseguenza il grado di condensazione dell’aria Ar di riferimento all’interno del condensatore 12 stesso.
L’unità 19 di controllo e comando definisce mezzi 20 che in risposta ad un segnale del rilevatore 18 regolano il grado di condensazione dell’aria Ardi riferimento all’interno del condensatore 12, agendo sulla temperatura interna del condensatore 12 stesso.
Nella variante realizzativa illustrata in figura 1 , il dispositivo 1 comprende un filtro 21 a carboni attivi a monte del sistema 7 di condizionamento con riferimento al verso della freccia F di figura 1 atto a purificare l’aria Ar di riferimento in ingresso nel sistema 7 stesso.
Secondo un’ulteriore variante realizzativa non illustrata, al posto di utilizzare come aria Ar di riferimento l’aria ambiente ed il filtro 21 a carboni attivi è possibile alimentare l’aria Ar di riferimento direttamente da una bombola di aria inodore controllata.
In uso, una quantità determinata di aria Ac campione viene aspirata all’interno del condotto 4 di alimentazione, all’interno del quale il citato rilevatore 18 misura la temperatura e l’umidità percentuale del campione Ac.
A partire da tali misurazioni, l’unità 19 di controllo e comando determina il valore in gradi Celsius del punto di rugiada corrispondente aH’aria Ac campione.
Contemporaneamente, una quantità determinata di aria Ar di riferimento è aspirata all’interno del condotto 5 di alimentazione dell’aria Ar di riferimento.
Tale aria Ar attraversa i filtri 21 a carboni attivi per poter essere ripulita da eventuali impurità.
Una volta attraversati i carboni attivi, l’aria Ar di riferimento fluisce all’interno del sistema 7 di condizionamento.
L’aria Ar di riferimento attraversa la camera 10 evaporatrice sul fondo della quale è presente acqua distillata inodore.
Tale acqua, a causa del riscaldamento subito dalle resistenze 15, evapora e viene assorbita dall’aria Ar di riferimento, aumentandone il grado di umidità fino ad un valore superiore a quello che l’aria Ar di riferimento dovrà avere in uscita dal condensatore 12 e calcolato dall’unità 19 di controllo e comando.
T ale aria Ar umida fluisce attraverso il condotto 16 nei condensatore 12 la cui temperatura interna viene regolata dall’unità 19 di controllo e comando sulla base delle informazioni di temperatura ed umidità dell’aria Ac campione captate dal rilevatore 18 ed elaborate dall’unità 19 di controllo e comando stessa.
Più in dettaglio, la temperatura interna del condensatore 12 è pari alla temperatura del punto di rugiada calcolato per l’aria Ac campione: in tal modo l’aria Ar di riferimento in uscita dal condensatore 12 è nelle condizioni di aria satura al 100% di umidità con temperatura pari alla temperatura corrispondente al punto di rugiada deH’aria Ac campione e dunque l'umidità assoluta dell’aria Ar di riferimento è uguale all'umidità assoluta deH’aria Ac campione.
A tal punto, la valvola 6 di switch determina dapprima l’ingresso dell’ aria Ar di riferimento all’interno della camera 3 di misurazione ed i sensori effettuano le misure su tale aria Ar .
Successivamente, la valvola 6 di switch determina l’ingresso dell’aria Ac campione all’interno della camera 3 di misurazione, i sensori rilevano le caratteristiche di tale aria Ac e il naso 2 esegue l’eventuale rilevamento di odori sulla base di un calcolo differenziale tra la misurazione effettuata per l’aria Ar di riferimento e la misurazione effettuata per l’aria Ac campione.
L'aria Ar di riferimento e l’aria Ac campione raggiungono la stessa temperatura nell’attraversamento del filtro 100 in alluminio, che viene riscaldato, e all’interno della citata camera 3 di misurazione la quale è termoregolata ad una temperatura costante; dunque, all’interno di tale camera 3, l’aria Ac campione e l’aria Ar di riferimento hanno stessa temperatura e stessa umidità (assoluta e relativa).
Secondo un’ulteriore variante realizzativa non illustrata è possibile regolare lo stato dell'aria Ac campione in funzione della temperatura e dell’umidità dell’aria Ar di riferimento.
L’invenzione consegue importanti vantaggi.
Il sistema di condizionamento dell’aria di riferimento consente, infatti, di immettere all’interno della camera di misurazione un aria di riferimento che ha le stesse caratteristiche di umidità e temperatura dell’aria campione, indipendentemente dalle condizioni ambientali in cui il dispositivo per il rilevamento di odori si trova a dover operare.
Inoltre, tale sistema di condizionamento dell’aria di riferimento supplisce anche all’abbattimento di umidità che si verifica ogni qualvolta l’aria di riferimento attraversa i carboni attivi per essere purificata: i carboni attivi, infatti, da un lato eliminano le impurità dall’aria ma dall’altro ne variano il contenuto di umidità.
Tale dispositivo consente delle rilevazioni sulla presenza di odori estremamente accurate, soprattutto in confronto ai dispostivi di tipo noto e risulta essere estremamente affidabile in tutte le condizioni e gli ambienti di utilizzo.
Claims (17)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il rilevamento di odori in un’aria (Ac) campione attraverso un naso (2) elettronico dotato di una camera (3) di misurazione all’interno della quale è alloggiato almeno un sensore comprendente le fasi di: - immettere una frazione di un’aria (Ar) di riferimento all’interno di detta camera (3) di misurazione; - immettere una frazione di detta aria (Ac) campione all'interno di detta camera (3); - effettuare il rilevamento di eventuali odori in detta aria (Ac) campione, caratterizzato dal fatto di comprendere l’ulteriore fase di effettuare una regolazione dello stato di una di dette aria (Ar) di riferimento e aria (Ac) campione prima dell’ingresso di ciascuna di dette aria (Ac) campione e aria (Ar) di riferimento all’interno di detta camera (3).
- 2. Metodo secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che in detta fase di regolazione viene regolato lo stato di detta aria (Ar) di riferimento.
- 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dai fatto che detta fase di regolare lo stato dell’aria (Ar) di riferimento comprende la fase di regolare la temperatura e l’umidità dell’aria (Ar) di riferimento.
- 4. Metodo secondo le rivendicazioni 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detta fase di regolazione dello stato dell’aria (Ar) di riferimento comprende la fase di immettere detta aria (Ar) all’Interno di una camera (10) evaporatrice sul fondo della quale è raccolta acqua riscaldata per mezzo di un riscaldatore (14; 15), detta acqua evaporando ed aumen tando il grado di umidità di detta aria (Ar) di riferimento.
- 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta fase di regolazione deiraria (Ar) di riferimento comprende la fase di immettere detta aria (Ar), in uscita da detta camera (10) evaporatrice, all’interno di un dispositivo condensatore (12) in modo tale da abbassare il grado di umidità deiraria (Ar) di riferimento fino ad un valore prestabilito.
- 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto di comprendere ia fase di misurare la temperatura e l'umidità percentuale di detta aria (Ac) campione prima dell’ingresso di detta aria (Ac) in detta camera (3) di misurazione.
- 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta fase di regolazione dello stato di detta aria (Ar) di riferimento è funzione di detta fase di misurazione della temperatura e dell’umidità di detta aria (Ac) campione.
- 8. Metodo secondo le rivendicazioni 6 o 7, caratterizzato dai fatto che la fase di regolare il grado di condensazione di detta aria (Ar) di riferimento all’interno di detto dispositivo condensatore (12) è funzione della temperatura e dell’umidità relativa misurate di detta aria (Ac) campione, in modo tale che l’umidità assoluta di detta aria (Ar) di riferimento sia sostanzialmente uguale ail'umidità assoluta di detta aria (Ac) campione.
- 9. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto di comprendere la fase uguagliare la temperatura di detta aria (Ar) dì riferimento e di detta aria (Ac) campione prima dell’entrata delle stesse all’interno di detta camera (3) di misurazione.
- 10. Metodo secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che in detta fase di regolazione viene regolato lo stato di detta aria (Ac) campione.
- 11. Dispositivo per il rilevamento di odori comprendente un naso (2) elettronico dotato di una camera (3) di misurazione all’interno della quale è alloggiato almeno un sensore atto a rilevare le caratteristiche di un’aria (Ac) campione e di un’aria (Ar) di riferimento immesse all’interno di detta camera (3), caratterizzato dal fatto di comprendere un sistema (7) di condizionamento di una di dette aria (Ar) di riferimento e aria (Ac) campione.
- 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 1 , caratterizzato dal fatto che detto sistema (7) di condizionamento comprende una camera (10) evaporatrice atta ad aumentare il grado di umidità di detta aria (Ar) di riferimento fino ad un valore prestabilito.
- 13. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 2, caratterizzato dal fatto che detto sistema (7) di condizionamento comprende un condensatore (12), in collegamento fluido con detta camera (10) evaporatrice, atto ad abbassare il grado di umidità di detta aria (Ar) di riferimento fino ad un valore prestabilito.
- 14. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 11 a 13, caratterizzato dal fatto di comprendere un rilevatore (18) di temperatura e di umidità di detta aria (Ac) campione.
- 15. Dispositivo secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi (20) che in risposta ad un segnale di detto rilevatore (18), regolano il grado di condensazione di detta aria (Ar) in detto condensatore (12).
- 16. Dispositivo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detti mezzi (20) comprendono un’unità (19) di controllo e comando.
- 17. Dispositivo secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dai fatto che detta camera (10) evaporatrice e detto condensatore (12) sono in collegamento fluido mediante un condotto (16) di teflon®.
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