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Sistema automatico per le misure di precisione di volumi

Nell'ambito delle attività del Progetto "Nuova Energia da Idrogeno", è stato portato a termine un programma che prevedeva, tra i suoi vari obiettivi, quello di verificare l'eventuale produzione di elio 4 nei gas sviluppati da una cella elettrochimica, durante il caricamento elettrolitico di deuterio in un catodo di palladio.
L'analisi quantitativa dei campioni gassosi prelevati durante l'esperimento, è stata effettuata mediante uno spettrometro di massa quadrupolare. Per poter misurare con la dovuta accuratezza il contenuto di elio nei campioni gassosi, si è reso necessario calibrare lo spettrometro con estrema precisione, introducendo nella camera di analisi quantità di gas note con altrettanta precisione. A tale scopo, è indispensabile conoscere con la massima accuratezza il volume (e la pressione) della carica predeterminata. Poiché solo una piccola parte del gas prodotto ed accumulato in un apposito circuito durante l'esperimento viene di volta in volta inviato all'analizzatore, è indispensabile conoscere con precisione la frazione di gas prelevata per l'analisi, al fine di risalire alla quantità totale di elio prodotta. Si è reso quindi necessario misurare con estrema precisione il volume del campione di gas prelevato e quello del circuito di immagazzinamento.
Per far fronte a queste esigenze, è stato sviluppato un sistema automatico che consente di misurare in pochi minuti e in modo estremamente semplice, ma con grande accuratezza, il volume interno di un circuito generico, quantunque complesso, comprendente ad esempio tubazioni, raccordi, valvole, strumenti di misura ecc.
A tale scopo si utilizza un volume variabile a tenuta da vuoto, opportunamente dimensionato in relazione al volume da misurare, la cui variazione è misurata istante per istante con elevata precisione. Tale volume è inizialmente riempito con un gas opportuno (ad es. aria) ad una pressione appropriata, misurata anch'essa con elevata precisione mediante un trasduttore di tipo capacitivo. Il volume variabile è quindi messo in comunicazione, tramite una valvola, con il volume incognito precedentemente evacuato, lasciando espandere il gas. Un apposito dispositivo automatico reagisce alla diminuzione della pressione, facendo contrarre il volume variabile fino a ristabilire esattamente il valore di pressione iniziale. La riduzione complessiva del volume variabile al termine di questo processo, fornisce la misura diretta del volume incognito.

La particolare tecnica utilizzata, basata non più sulla misura assoluta di volumi e pressioni, bensì sulle loro variazioni, consente da un lato di eliminare totalmente il problema dei volumi morti, che divengono del tutto irrilevanti indipendentemente dalla loro grandezza, e dall'altro di rendere trascurabili eventuali variazioni della temperatura del gas, purché le dimensioni iniziali del volume variabile siano sufficientemente grandi rispetto al volume incognito. Ciò costituisce un'enorme semplificazione, rispetto ai dispositivi comunemente utilizzati in metrologia, che sono di norma termostatati per assicurare che la temperatura del gas non subisca alcuna variazione.


Brevetto n. BO2004A000517 del 06.08.04 autori Frattolillo A.,
De Ninno A.,
Marini F.