Precisione in condizioni avverse

Nei locali di allenamento si verificano condizioni particolari.

La struttura del sensore HUMICAP di Vaisala.

Matthias Lorenzen, Responsabile Sviluppo Business, EMEA, Vaisala.

La scelta degli strumenti di misura giusti è di grande importanza per ottenere risultati ottimali. Una sfida particolare sono le misurazioni dell’umidità, come quelle eseguite in ambienti puliti e camere climatiche. Ambienti critici come questi si affidano a metodi di misurazione ad alte prestazioni, poiché parametri come l’umidità o la temperatura, ad esempio, influenzano significativamente la qualità dei prodotti e la produttività. Non da ultimo, il loro controllo e registrazione sono soggetti a rigide normative. Per mantenere un funzionamento continuo con specifiche definite, gli strumenti di misura impiegati devono garantire costantemente un’elevata precisione – e questo in condizioni di lavoro difficili.

La scelta degli strumenti di misura dell’umidità adatti per ambienti puliti e camere climatiche richiede valutazioni accurate. Soluzioni “standard” sono praticamente inesistenti a causa delle diverse applicazioni e condizioni di questi ambienti. Nell’industria dei semiconduttori e dell’elettronica, con cicli di produzione sempre più brevi, il monitoraggio dell’umidità o del punto di rugiada durante il processo di produzione diventa sempre più importante. Nei mini-ambienti degli stabilimenti di produzione, si richiedono sempre più sistemi di misura di alta precisione con deviazioni di +/- 1 % di umidità relativa (UR). Per il monitoraggio dell’umidità in impianti di produzione di schermi a cristalli liquidi e vernici, oltre alla precisione, è importante anche la durata dei sensori. In ambienti di questo tipo si verificano spesso inquinanti atmosferici indesiderati che possono influenzare gli elementi sensori. Nella scelta degli strumenti di misura per le camere climatiche, tra le altre cose, si pone la domanda se le misurazioni dell’umidità siano necessarie su tutta la gamma di temperatura di esercizio, se durante un ciclo di prova possa verificarsi condensa o se la camera venga operata per un lungo periodo con un’umidità relativa vicina al 100 %. Gas aggressivi o ambienti estremamente secchi possono rappresentare ulteriori sfide – non tutti gli strumenti di misura sono adatti a tali condizioni.

Qui sono richiesti specialisti

Le camere bianche e le camere climatiche mettono alla prova gli strumenti di misura, poiché spesso si verificano condizioni che rendono difficile ottenere misurazioni precise:

Elevata umidità – Ambienti con atmosfera satura sono problematici per la maggior parte dei sensori di umidità elettrici. I psicrometri sono più adatti, poiché forniscono valori precisi. Tuttavia, richiedono manutenzione continua e raggiungono i loro limiti quando ci sono anche valori di umidità bassi o temperature estreme. Una soluzione ottimale per tali casi sono sensori capacitivi con funzione di preriscaldamento intelligente: la temperatura della sonda viene mantenuta leggermente sopra quella ambientale. In questo modo si evita la condensa o il congelamento della sonda e si garantisce la continuità delle misurazioni anche in ambienti con condensa. Le sonde riscaldate possono inoltre essere utilizzate anche in combinazioni di temperatura e umidità in cui i psicrometri non sono più efficaci o non possono essere impiegati affatto.

Gas aggressivi – I sensori di umidità sono di norma a contatto diretto con il gas (o miscela di gas) dell’ambiente. In alcune applicazioni, possono verificarsi concentrazioni particolarmente elevate di sostanze chimiche aggressive, che portano a un drift reversibile del guadagno del sensore di umidità o del punto di rugiada. Un sensore di umidità semplice può presto raggiungere i suoi limiti in questi casi. Per applicazioni come queste, si impiegano sensori di umidità di alta qualità, caratterizzati dalla scelta del polimero del sensore e da una struttura ottimizzata. Un esempio è il sensore capacitativo HUMICAP®180R di Vaisala, prodotto nel proprio ambiente di produzione in camera bianca, grazie a un’esperienza pluriennale nella produzione di sensori di umidità. Un’altra soluzione per il problema del drift del sensore è offerta da Vaisala con la “pulizia chimica del sensore”. Riscaldando il sensore, si vaporizzano le molecole estranee responsabili del drift e si ripristinano le proprietà originali del sensore.

Ambienti estremamente secchi – Per misurare il contenuto di acqua nell’aria, vengono utilizzati in pratica sensori diversi a seconda dell’intervallo di umidità. Un sensore di umidità standard viene generalmente impiegato a partire da un’umidità relativa del 10 %. Tuttavia, in camere climatiche può essere richiesta un’umidità di appena il 3 % rF o meno. La maggior parte degli strumenti di misura dell’umidità, progettati per un intervallo di 0-100 % rF, non funzionano più in modo affidabile in condizioni di umidità così bassa. In questi casi, si utilizzano strumenti di misura del punto di rugiada, che grazie a una tecnologia di sensori polimerici speciali possono effettuare misurazioni capacitivi affidabili del punto di rugiada. I sensori capacitivi che utilizzano questa tecnologia possono essere impiegati in un ampio intervallo di temperature. Con una gamma che va da -70 a +180 °C, non sono limitati né dal punto di congelamento né dal punto di ebollizione.

Anche la calibrazione gioca un ruolo

Per garantire costantemente l’elevata precisione degli strumenti di misura, è importante effettuare calibrazioni regolari e precise. In linea di principio, è preferibile una calibrazione di laboratorio rispetto a una calibrazione in loco. In un laboratorio, gli effetti dell’ambiente e di altri fattori influenti possono essere minimizzati significativamente. Tuttavia, le calibrazioni in loco rappresentano un modo rapido e semplice per verificare gli strumenti di misura senza doverli rimuovere dal processo o dall’area. Per le calibrazioni in loco, si utilizzano strumenti portatili universali che visualizzano graficamente i risultati nel tempo o li trasmettono a un PC. In modo ideale, possono essere collegati direttamente agli strumenti di misura. Questa possibilità dovrebbe essere considerata già nella fase di scelta degli strumenti di misura.

Le “decisioni dure” descritte, che si basano sull’utilizzo, aiutano nella scelta degli strumenti di misura. Se si considerano anche fattori “morbidi” come una semplice installazione e manutenzione, un basso fabbisogno di manutenzione, la possibilità di personalizzazione e il servizio del produttore, si può individuare l’attrezzatura ottimale per la misurazione dell’umidità in ambienti controllati e camere climatiche.

Box di servizio: attenzione nella scelta dei servizi di calibrazione

Le calibrazioni devono essere sempre eseguite da fornitori certificati. Possono essere produttori che offrono calibrazioni per i propri prodotti, oppure laboratori che calibrano strumenti di misura in generale. Senza accreditamento, la competenza dei servizi non è garantita. Per questo motivo, prima di scegliere un fornitore di servizi di calibrazione, è importante verificare le sue competenze. Ogni fornitore di servizi di calibrazione dovrebbe poter dimostrare una catena di rintracciabilità valida. Almeno un riferimento di laboratorio deve essere stato calibrato presso un laboratorio esterno, che viene poi utilizzato per la calibrazione interna. Inoltre, prima di collaborare, bisogna chiarire esattamente l’ambito dei servizi offerti: alcuni fornitori commerciali indicano in modo opzionale le incertezze di misura nei loro certificati di calibrazione. Altri, invece, non sono in grado di calcolarle affatto.