giovedì 31 dicembre 2020

STEP#26.3 - La chimica e gli strumenti scientifici - Il Nano anemometro a filo caldo

Il NANO-anemometro a filo caldo (NSTAP- Nanoscale Thermal Anemometry Probe) è uno strumento che sfrutta la fisica dell'anemometro termico ma l'elemento sensibile misura circa 60 μm, un ordine di grandezza in meno rispetto allo strumento tradizionale. La sua produzione è la conseguenza dell’avanzare inesorabile del processo tecnologico e della conoscenza dei materiali. La creazione di questo strumento è basata su vari step, in alcuni di questi la chimica ha un ruolo fondamentale come l’ossidazione, la fotolitografia e l’attacco chimico ed in altri ha un ruolo secondario come la deposizione metallica con evaporatore a fascio d’elettroni (EBPVD), la fresatura con fascio ionico focalizzato (FIB) e la microlavorazione con laser di precisione (PLM - Precision Laser Micromachining).


Creazione di un NSTAP e i vari processi utilizzati



Sitografia:

Immagine e fonte prese il 31/12/2020 in:

https://spikelab.mycpanel.princeton.edu/papers/041.pdf

Altre fonti:

https://www.slideshare.net/davidecamm/hot-wire-anemometer-microfabrication

https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/039301968/publication/US2008087102A1?q=pn%3DUS2008087102A1

Approfondimenti:

http://fluids.princeton.edu/pubs/Fan_et_al_2015.pdf


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STEP#26.2 - La chimica e gli strumenti scientifici - L'anemometro a film caldo

L’anemometro a FILM caldo può essere prodotto per polverizzazione catodica (in inglese Cathodic sputtering), fenomeno che consiste nella creazione di un film e di un coating su un supporto in quarzo. Il substrato in quarzo viene posto in una camera sottovuoto, vicino all’elettrodo negativo, composto con lo stesso metallo che farà da film, e viene successivamente introdotto nella stessa un gas (di norma l’Argon). Si va a creare quindi un’alta differenza di potenziale tra gli elettrodi che ionizzeranno il gas facendo sì che gli ioni positivi del gas bombardino l’elettrodo negativo. L’impatto meccanico con gli ioni porterà l’elettrodo negativo a disintegrarsi, proiettando gli atomi di cui è composto in ogni direzione. Gli atomi che raggiungono il substrato si depositano sulla sua superficie creando un film dallo spessore controllato ed uniforme.

Il coating del film può essere fatto anch’esso con questa tecnica con materiali come il quarzo ma anche la lacca (dipende dall’ambito di utilizzo). Il coating poi deve avere un’adeguata temperatura di breakdown, uno spessore minimo per non avere discrepanze termiche con il film, ed infine un coefficiente di espansione termica adeguato compatibile con quello del film.


Creazione del film metallico sul substrato in quarzo



Bibliografia:

Charles G. LOMAS, Fundamentals of Hot Wire Anemometry, Cambridge: 1986, cap. 2.7, pp. 40-41 
Geneviève COMTE-BELLOT Hot wire anemometry, in « Annual Review of Fluid Mechanics», Anno VII (1976), Vol. 8, cap. 2, pp. 211-212

Sitografia:

Informazioni sull'Anemometro a film caldo sull'argomento:

https://books.google.it/books?id=g17qbt1YEXAC&pg=PA40&lpg=PA40&dq=sputtering+hot+film+anemometer&source=bl&ots=NGe9Nd8Op5&sig=ACfU3U272hovOXzSOULspU-mVOOlN4IFow&hl=it&sa=X&ved=2ahUKEwj56a_A-NTtAhVC26QKHRdTDhE4ChDoATAFegQICxAC#v=onepage&q=sputtering%20hot%20film%20anemometer&f=false

https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.fl.08.010176.001233?journalCode=fluid

Immagine della Polverizzazione catodica presa il 31/12/2020 in:

https://it.wikipedia.org/wiki/Polverizzazione_catodica


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lunedì 21 dicembre 2020

STEP#26.1 - La chimica e gli strumenti scientifici - L'anemometro a filo caldo

Per quanto concerne la chimica l’anemometro a filo caldo di primo acchito sembrerebbe c'entrarci relativamente poco per l’apparente semplicità dello strumento e per gli ambienti di utilizzo non propriamente particolari. Dietro ad un semplice filo però, come abbiamo visto per quanto riguarda la legge di King, si cela molto di più di quello che si pensa.

I processi di produzione, infatti, sono altamente legati con questa disciplina e le tecnologie utilizzate sono differenti se il sensore è un filo, un film o un nano-filo.

L’anemometro a FILO caldo se fabbricato in platino è prodotto molto spesso tramite il "filo di Wollaston". Quest’ultimo consiste in un filamento di platino tirato per matrici con maglie sempre più piccole fino a che non si arriva ad una certa dimensione (~0.07 mm). Il filo viene in seguito incorporato all’interno di una guaina di argento di un diametro di circa 2.5 mm e viene poi stirato fino a che non arriva ad avere un diametro di circa 0.050 mm. Il processo riduce quindi di 50 volte il diametro del filo composito e quindi anche del filo più interno di platino che arriva a misurare 1.5 μm. Gli strati esterni di argento infine vengono rimossi chimicamente con un acido adatto.


Il filo di Wollaston in un esperimento di calibrazione



Bibliografia:

Charles G. LOMAS, Fundamentals of  Hot Wire Anemometry, Cambridge: Cambridge University Press, 1986, cap. 2.7, pp. 39-40

Geneviève COMTE-BELLOT Hot wire anemometry, in « Annual Review of Fluid Mechanics», Anno VII (1976), Vol. 8, cap. 2, pp. 211-212

Sitografia:

Informazioni sul filo di Wollaston:

https://en.wikipedia.org/wiki/Wollaston_wire

https://books.google.it/books?id=g17qbt1YEXAC&pg=PA40&lpg=PA40&dq=sputtering+hot+film+anemometer&source=bl&ots=NGe9Nd8Op5&sig=ACfU3U272hovOXzSOULspU-mVOOlN4IFow&hl=it&sa=X&ved=2ahUKEwj56a_A-NTtAhVC26QKHRdTDhE4ChDoATAFegQICxAC#v=onepage&q=sputtering%20hot%20film%20anemometer&f=false

Immagine presa il 31/12/2020 in:

https://pdfs.semanticscholar.org/1515/bc7833e9b52dcb60e8b5091dc71d4dafd8c3.pdf


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domenica 13 dicembre 2020

STEP#25 - Cose personali

  • MEMENTO

Il primo oggetto di cui si allega la foto, è un rametto di abete bianco (Abies alba) raccolto lo scorso 6 ottobre durante una passeggiata nei pressi di Monte Ceraso (monte in provincia di Teramo, nel Parco Nazionale del Gran Sasso e dei Monti della Laga). Rappresenta un ricordo a me caro perché camminare per quei sentieri ha suscitato in me ammirazione per la natura affascinante del luogo.




  • UTENSILE
Il secondo oggetto che allego è un portamine MATIC, codice 003802PMA della Buffetti di diametro 0,5 mm con all'interno una mina di durezza F (da fine point, poiché via di mezzo tra una mina dura ed una morbida). Questa cosa la utilizzo per poter prendere appunti durante le ore di studio e per il disegno a mano libera, mio passatempo preferito.




  • FETICCIO
Il terzo oggetto è la mia ginocchiera della Aptonia che utilizzo sin da un mio infortunio del 2012 al crociato anteriore della gamba sinistra. Utilizzo questo oggetto durante le partite di calcetto, pallavolo o beach volley quindi rappresenta per me la speranza che in un futuro, il più prossimo possibile, si possa ricominciare a praticare questi sport liberamente.




Sitografia:

Zona di escursione a cui si fa riferimento:

http://www.gransassolagapark.it/distretto_cascateboschi.php


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giovedì 10 dicembre 2020

Approfondimento STEP#24

Si vuole proporre in questa sede una riflessione, a mio parere, interessante. Seppur la locuzione "hot wire anemometer" in inglese oggigiorno sia meno ricorrente, se si va a vedere la curva relativa al numero di brevetti che riguardano questo strumento nel corso degli anni su Espancenet (filtri -> data di pubblicazione), si può notare come essa abbia un andamento esponenziale a rimarcare il fatto che, anche se non è uno strumento particolarmente noto, sia importante per la ricerca e tutt'oggi molti studiosi del settore fanno sì che si possa migliorare questa tecnologia ulteriormente.





Sitografia:

Espancenet, Hot wire anemometer:

https://worldwide.espacenet.com/patent/search?q=hot%20wire%20anemometer

Google Books Ngram Viewer:

https://books.google.com/ngrams/graph?content=hot+wire+anemometer&year_start=1900&year_end=2019&corpus=26&smoothing=3


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STEP#24.2 - Le parole nella storia - Il confronto

Si propone ora un confronto nell’utilizzo tra le parole “anemometro a filo caldo”, “anemometro termico” in italiano e “hot wire anemometer” in inglese.




È possibile notare che il termine in italiano e in inglese posseggono due andamenti simili, eccezion fatta per uno slittamento di qualche anno per quanto riguarda il primo picco per lo strumento in italiano rispetto a quello in inglese, probabilmente dovuto alle necessarie traduzioni, e soprattutto per il picco del termine “anemometro a filo caldo” in italiano nel 1937.

Seppur esistente come termine “anemometro termico” in italiano, non è usato in letteratura al contrario di ciò che accade in inglese in cui "thermal anemometer" diventa sempre più ricorrente a discapito di "hot wire anemometer".


mercoledì 9 dicembre 2020

STEP#24.1 - Le parole nella storia - In Inglese

Il grafico di Google Books Ngram Viewer che si andrà ad analizzare è quello relativo alle parole “hot wire anemometer”, “thermal anemometer”, “L.V. King” e “hot film anemometer” nella lingua inglese.


Curva rossa "L.V. King", curva blu "hot wire anemometer", curva verde "thermal anemometer", curva gialla "hot film anemometer"


In questo grafico possiamo notare che il primo picco importante in ordine cronologico è quello riferito all’inventore dell’anemometro a filo caldo tra gli anni 1914 e 1916, che coincide con la pubblicazione di tre articoli da lui scritti in cui si collega la temperatura di un cilindro riscaldato e la velocità di un fluido più freddo che lambisce quest’ultimo, in quella che verrà chiamata la “Legge di King”. È interessante notare come la curva nel tempo seppur decresca drasticamente, con eccezione di un picco nel 1931, non vada mai a zero appunto per l’importanza della sopra menzionata legge per quanto riguarda questo strumento.

Attorno agli anni ’20 ci si inizia a riferire anche allo strumento che King ha inventato, l’anemometro a filo caldo. Tra gli anni ‘30 e ‘40 la parola è utilizzata spesso, probabilmente a causa del fatto che in quell’intervallo di tempo verranno sviluppati prototipi dello strumento (ad esempio l’anemometro di MacGregor-Morris) e inizierà ad essere utilizzato da più persone. Nella seconda parte degli anni ’50 si avrà un terzo picco dovuto alla pubblicazione di brevetti come quelli di Sung-Ching Ling del 1955 che porteranno una piccola rivoluzione sui materiali adoperati e si inizierà anche a parlare di anemometro a film caldo. Si può notare anche il fatto che, seppur ci si riferisca all’anemometro a film caldo per individuare la categoria dello strumento, è utilizzata maggiormente la parola “anemometro a filo caldo”.

Le curve gialla e blu avranno dei picchi assai importanti e coincidenti attorno al 1975-1976, anni in cui uscirono importanti articoli scientifici riguardanti lo strumento come quello di Comte-Bellot (1976), in cui farà anche un sunto storico dell’anemometria a filo caldo, e quello di Fingerson e Freymuth (1977).

Curioso notare infine il fatto che “hot film anemometer”, “L. V. King” oggigiorno siano assai poco utilizzate, l’uso di “hot wire anemometer” abbia visto una riduzione drammatica, e soprattutto che “thermal anemometer”, altro nome dello strumento, stia mano mano rimpiazzando “hot wire anemometer”. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che questo termine incorpora in sé ogni tipo di sfaccettatura dello strumento, che sia nano-anemometro, a film caldo o a filo caldo.



Bibliografia:

G. COMTE-BELLOT, Hot wire anemometry, in «Annual Review of Fluid Mechanics», Anno VII (1976), Vol. 8, pp. 209-231

L. M. FINGERSON e P. FREYMUTH, Thermal Anemometers, in: Fluid Mechanics Measurement, seconda edizione, edito da R. J. GOLDSTEIN, Washington D.C.: Taylor & Francis, 1977, pp. 115-173

Sitografia:

Articolo di Comte-Bellot:

https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.fl.08.010176.001233

Articolo di Fingerson e Freymuth:

https://books.google.it/books?hl=it&lr&id=nh0S42qf2mEC&oi=fnd&pg=PA115&dq=Fingerson,+L.M.,+and+Freymuth,+P.+(1977)+%E2%80%9CThermal+Anemometers,&ots=FUIrOjUhSA&sig=jEExwRgV8c_-0WOM-BIHnSZieK4&pli=1#v=onepage&q=Fingerson%2C%20L.M.%2C%20and%20Freymuth%2C%20P.%20(1977)%20%E2%80%9CThermal%20Anemometers%2C&f=false

 

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venerdì 4 dicembre 2020

STEP#23 - La normativa

Numerose sono le norme tecniche in cui lo strumento è coinvolto tra cui:

  • UNI EN ISO 7726: regola le caratteristiche minime dello strumento che deve misurare grandezze fisiche di un ambiente e ne specifica i metodi;
  • CEI EN 61326 – 1: specifica i requisiti di protezioni e di emissioni riguardanti la compatibilità elettromagnetica (EMC) degli strumenti elettronici per usi professionali, industriali, educativi ed anche di misura. Questa norma tecnica va seguita per il rispetto della Direttiva 2014/30/UE dell’Unione Europea;
  • UNI EN ISO 9001: regola la certificazione di corretta taratura dello strumento;
  • ISO/IEC 17025: regola i requisiti di competenza, imparzialità e regolare e coerente funzionamento dei laboratori (ove spesso si testano gli strumenti);
  • UNI EN ISO 7730: indica quali sono le metodologie per prevedere la sensazione termica globale ed il grado di disagio (insoddisfazione termica) delle persone esposte in ambienti termici moderati tramite degli indicatori tra cui il DR (Draught rating: le persone insoddisfatte a causa di correnti d’aria);
  • UNI EN ISO 7243: illustra metodi di controllo nelle valutazioni per lo stress da calore a cui una persona è esposta e stabilire la presenza o meno di condizioni di rischio;
  • DIN 33403-5: norma tecnica tedesca, serve per specificare le misure ergonomiche per proteggere il personale dai danni alla salute causati dal freddo (in luoghi con temperatura di 15°C o inferiore), al chiuso;
  • JIS-Z 8806: norma tecnica giapponese, riguarda questioni legata alla misurazione dell’umidità come standard internazionali, nazionali ed esteri.

Lo strumento si può utilizzare nel rispetto e per validare alcune norme tecniche tra cui:

  • UNI EN 14175-3: descrive le metodologie per le prove di omologazione con lo scopo di valutare le caratteristiche di sicurezza e prestazioni delle cappe d’aspirazione;

  • UNI EN 12599: norma che è applicata per la ventilazione ad azionamento meccanico ed ai sistemi di aria condizionata specificandone i controlli e metodologie di prova.




Per motivi di praticità i link delle fonti sono raggiungibili direttamente dal nome della normativa.



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lunedì 30 novembre 2020

STEP#22 - Un manuale d'uso

Per utilizzare un anemometro a filo caldo bisogna:

-          prendere il corpo dell’anemometro a filo caldo (AFC) dalla confezione;

-          trovare l’alloggio delle batterie;

-          aprire il coperchio dell’alloggio delle batterie;

-          inserire le batterie;

-          chiudere il coperchio;



-          assicurarsi che il dispositivo sia spento;

-          allineando il sensore con la presa della sonda, collegarli accuratamente;

-          eventualmente estendere con delicatezza il sensore se è concesso;

-          posizionare lo strumento tenendolo in mano, su un ripiano o su un supporto mobile, se incluso;

-          accendere lo strumento tramite l’interruttore;

-          per una corretta rilevazione dei dati, assicurarsi che il sensore sia posizionato perpendicolarmente alla direzione del vento.




Sitografia:

Immagini e manuali:

https://www.kanomax-usa.com/sdm_downloads/climomaster-anemometer-6501-series-user-manual/

Manuali:

http://docplayer.it/20046419-Sonda-anemometrica-a-filo-caldo.html

http://content.amprobe.com/manualsA/TMA-21HW_Hot-Wire-Anemometer_Manual.pdf


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domenica 29 novembre 2020

STEP#21 - Il fumetto

Per quanto riguarda questo post si è cercata in generale la presenza dell'anemometro all'interno del mondo dei fumetti per una migliore presenza di un misuratore della forza del vento.

Il primo esempio qui riportato è tratto da Skyroads disegnato da Dick Calkins e scritto da Russell Keaton pubblicato nel mensile di gennaio 1939 di Famous Funnies serie pubblicata dal 1934 al 1955.

Un fatto curioso è che da alcuni storici Famous Funnies è considerato il primo albo a fumetti americano di sempre.


Nel dettaglio:



Il secondo esempio è tratto da Warning from Thundercloud wheater station fumetto che è uscito assieme ad un set di giochi della Kenner della serie "Steve scout and his friend Bob scout" del 1975.




Terzo esempio è tratto dal libro a fumetti Science Comics: Wild Wheater: Storm, Meteorology and Climate della Roaring Book Press editore, scritto da MK Reed ed illustrato da Jonathan Hill, pubblicato per la prima volta il 16 aprile 2019. 

La serie Science Comics è una collana di libri a fumetti che illustra in ciascuna uscita un aspetto del mondo scientifico. Ad oggi la collana consta di 19 libri.




Sitografia:

Skyroads:

https://viewcomiconline.com/famous-funnies-issue-54/

https://www.mycomicshop.com/search?q=Famous+Funnies+54

Warning from Thundercloud wheater station:

https://comicvine.gamespot.com/profile/cbishop/blog/warning-from-thunderhead-weather-station/125931/

http://www.clickhare.com/lerman/kswarncomic.html

Science Comics:

https://us.macmillan.com/series/sciencecomics/

https://toppsta.com/books/details/609610/science-comics-wild-weather-storms-meteorology-and-climate


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domenica 22 novembre 2020

STEP#20 - Il marchio

Il primo marchio riportato è quello della Kanomax, azienda giapponese fondata nel 1934 che si è espansa in USA e in Cina nel corso degli anni stringendo accordi persino con la NASA. La Kanomax è per sua stessa ammissione fondata sugli anemometri, la cui produzione di massa risale al 1951, e il nome dell’azienda è sinonimo di precisione nella misurazione della velocità dell’aria. L’attività in particolare produce anemometri a filo caldo da ricordare la Climomaster serie 6500, citata più volte nel corso del blog.


Il logo della Kanomax


Il secondo marchio è quello della TSI Incorporated, è un’azienda degli USA con una storia molto simile a quella della Kanomax e, per determinati prodotti, rivale. Fondata nel 1960, l’azienda già nel 1971 inizia a lavorare al sensore di velocità del vento e di 60 anemometri creati per la NASA sei andarono su Marte, installati sulla navicella Viking. La TSI Incorporated oggigiorno si occupa anche di diversa altra tecnologia.


Logo della TSI Incorporated



Sitografia:

Fonti sulla Kanomax:

https://www.kanomax-usa.com/wp-content/uploads/2016/10/Kanomax_corporate_brochure_2016.pdf

Fonti sulla TSI Incorporated:

https://tsi.com/discover-tsi/tsi-s-history/


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domenica 15 novembre 2020

STEP#19 - L'abbecedario

A come Anemoi, le personificazioni dei venti nella mitologia greca;

B come Boussinesq, Joseph che fece nel 1905 alcuni iniziali studi dell'anemometria termica;

C come calibrazione, necessaria per il corretto funzionamento dello strumento;

D come Dantec Dynamics, laboratorio che lanciò per primo commercialmente l'anemometro in versione a temperatura costante nel 1958;

E come elettricità;

F come filo caldo;

G come galvanometro;

H come H. Tinsley & co. una delle prime case costruttrici dell'anemometro a filo caldo;

I come intensità di corrente;

L come Louis Vessot King, l'inventore;

M come miniere, uno dei primi ambienti di utilizzo;

N come Nusselt, numero essenziale per la teoria dell'anemometro a filo caldo;

O come ossidazione, uno dei rischi che corre il filo metallico;

P come platino, metallo utilizzato per fare il filo;

Q come quarzo, materiale di supporto del film metallico;

R come resistenza;

S come sensore;

T come temperatura;

U come USB;

V come velocità del flusso;

Z come Zefiro, il vento che soffia da ponente.


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sabato 14 novembre 2020

Riconoscimenti importanti e immagini di anemometri

Nel corso della ricerca di francobolli, nel tentativo di trovarne uno che ritraesse l'inventore dell'anemometro a filo caldo, L.V. King, mi sono imbattuto in una foto che ritrae una medaglia da lui ottenuta in vita per la scoperta dello strumento in esame:




Nella stessa ricerca sono altresì incappato in un sito che raccoglie immagini di antichi anemometri che lascio sotto in descrizione.



Sitografia:

https://www.picuki.com/media/2165461049963294561 (visitato il 15/11/2020, il link non è più funzionante)

https://www.dreamstime.com/photos-images/old-anemometer.html


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STEP#18 - Il francobollo

Come per lo step 6 si mostreranno nell'ambito della filatelia degli strumenti che quantificano l'intensità del vento.

Il primo francobollo proposto è stato emesso nel 1972 dalla Repubblica Democratica Tedesca per celebrare l'Assemblea meteorologica internazionale di Lipsia e ritrae l'elemento sensore di un anemografo del 1896 e come sfondo la prima carta meteorologica tedesca del dottor Wladimir Köppen (1876):


L'immagine è stata realizzata da Manfred Gottschall



Il secondo francobollo è stato emesso nel 1964 dall'Iran per la giornata mondiale della meteorologia e raffigura una nuvola con pioggia stilizzate con davanti un anemografo:





Il terzo francobollo proposto è stato emesso il 23 maggio 1966 dall'Algeria per pubblicizzare la giornata mondiale della meteorologia e ritrae un pallone meteorologico, una bussola ed un anemometro:



L'immagine è stata realizzata da Ali Ali-Khodja



L'ultimo francobollo è stato emesso nel 2000 dalla Slovenia per celebrare l'Anniversario dei 150 anni delle Misurazioni ed Osservazioni Metereologiche in Slovenia e ritrae un anemografo, una tempesta estiva ed una Carlina bianca, fiore che con l'aumentare dell'umidità dovuta al maltempo chiude le sue brattee:





Sitografia:

Prima immagine e fonti:

https://www.dreamstime.com/saint-petersburg-russia-december-stamp-issued-german-democratic-republic-image-anemometer-map-german-image167652928

https://www.suche-briefmarken.de/marken/ddr/ddr72015.html

Seconda immagine e fonte:

https://www.hipstamp.com/listing/persia-stamp-scott-1285-mint-never-hinged-anemometer-6r-blue-v-14/26292343

Terza immagine e quarta immagine e fonte:

https://www.stampcommunity.org/topic.asp?TOPIC_ID=14840&whichpage=4            

Approfondimenti sulla Carlina bianca e sui fiori spontanei:

http://www.tanadegliorsi.it/territorio/fiori-spontanei


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STEP#17.5 - I brevetti - Il futuro

Il quinto ed ultimo brevetto è il US2008087102A1 di Theodore I. Kamins e Douglas C. Snell depositato l’11 ottobre 2006 e pubblicato il 17 aprile 2008 ed è una lampante evidenza dell’affinazione della tecnologia che si è verificata in meno di cento anni. L’apparecchio che possiede il nome di anemometro a filo caldo è mutato in un oggetto di dimensioni microbiche, anzi “nanobiche”.

Lo scritto tratta del metodo di fabbricazione ed implementazione di un nuovo tipo di strumento, il nano-anemometro a filo caldo. L’oggetto è composto principalmente da due elettrodi (102a-b), un nanofilo (108), un substrato (104’) ed un apparato- sensore (110) che può essere un ponte Wheatstone, un misuratore di resistenza, di corrente, di temperatura. Gli inventori forniscono direttive sui materiali del nanofilo (di diametro tra gli 1 e i 500 nanometri) e degli elettrodi e come essi debbano essere costruiti. In particolare, il nanofilo cresce per catalizzazione metallica sugli elettrodi, garantendo un ancoraggio migliore perché giuntati al livello molecolare. Si introduce poi la possibilità dell’aggiunta di un rivestimento protettivo.

Alcuni vantaggi sono il possibile utilizzo del dispositivo nei liquidi e la corrente di alimentazione che si riduce ad un intervallo tra pochi nanoampere fino a poche centinaia di microampere, per le ridottissime dimensioni in gioco.

 

Il numero 106 è il vuoto poi occupato dal mezzo in esame



Sitografia:

STEP#17.4 - I brevetti - Materiali innovativi

Il quarto brevetto trattato è il US2870305A depositato da Sung-Ching Ling il 4 aprile 1955 e pubblicato il 20 gennaio 1959. Questo scritto è un altro passo importante per la tecnologia di questo apparecchio essendo il brevetto che introdurrà l’anemometro a film caldo.

Uno dei problemi del sensore a filo è che se la velocità del fluido in esame ha un incremento repentino di intensità, la superficie del filo si raffredda notevolmente mentre il cuore del filo rimane caldo. Questo rappresenta un problema poiché i dispositivi di controllo della temperatura percepiscono la temperatura media tra superficie e cuore, e dunque ciò comporta una discrepanza del segnale.

Il brevetto di cui sopra propone l’utilizzo di un materiale non conduttivo come supporto (si propone quarzo o materiale ceramico) e di un sottile film di metallo con un elevato coefficiente di temperatura della resistenza, questo comporterà che l’elemento sonda sia più sensibile ai cambiamenti di intensità con una risposta più veloce.

I vantaggi di questo tipo di sonda sono inoltre la mancanza di rumori causati da vibrazioni aerodinamiche, una maggiore resistenza meccanica dell’elemento sensibile dovuto alla presenza del supporto in quarzo, la possibilità di utilizzo del sensore a temperature maggiori e la maggiore resistenza all’invecchiamento dovuta da alte temperature.

In figura la nuova tipologia di sonda e le varie sezioni. L'elemento sensore è il numero 12



Sitografia:

STEP#17.3 - I brevetti - Lo sviluppo

Il terzo brevetto è quello con codice US1724296A depositato il 4 marzo 1925 e pubblicato il 13 agosto 1929 da John Turner MacGregor-Morris. L’anemometro a filo caldo trattato in questo brevetto è uno strumento importante poiché fu uno dei primi ad essere adoperato da un bacino di utenze abbastanza ampio.

L’anemometro a filo caldo dipende dalla corrente che scorre attraverso il galvanometro e, fino ad allora, lo strumento aveva bisogno di una molto precisa valutazione dell’ammettenza per avere un giusto grado di accuratezza sulle indicazioni del galvanometro.

Sfruttando il fatto che riscaldandosi per effetto Joule un condensatore percorso da corrente varia la sua resistenza in maniera precisa, MacGregor-Morris ottimizza il circuito migliorando l’adattamento del ponte Wheatstone, determinando accuratamente il valore della corrente passante. Ciò è dovuto al fatto che il ponte sia completamente incluso nel sensore facendo sì che le braccia interagiscano tra loro.

Questo vantaggio fa sì che non si debba agire con onerose regolazioni per variazioni di temperatura del mezzo in esame, fattore che comportò un uso dello strumento soprattutto nelle miniere dove le variazioni di intensità di fluido e temperatura sono labili.

MacGregor-Morris utilizzò come sensore fili schermati e altri esposti al fluido incidente in nickel e manganina.


In figura 4 il particolare del sensore con i fili a b c d che fanno parte del ponte Wheatstone



Sitografia:

https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/010889243/publication/US1724296A?q=pn%3DUS1724296A


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giovedì 12 novembre 2020

STEP#17.2 - I brevetti - Gli inizi

Il secondo brevetto è il numero GB191418563A depositato l’11 agosto 1914 e pubblicato l’11 agosto del 1915 da Louis Vessot King, considerato l’inventore dell’anemometro a filo caldo.

L’autore del brevetto nello stesso anno di deposizione, pubblica un articolo scientifico considerato fondante per la nascita dello strumento, in cui tratta del bilancio termico di un cilindro caldo immerso in un fluido, tramite snella ed intelligente matematica, e degli eventuali collegamenti con l’anemometria termica. Il risultato principale dell’articolo è la legge che collega direttamente la velocità del fluido incidente con la tensione che deve essere applicata ad un filo per far sì che la sua temperatura rimanga inalterata, la legge di King.

Tramite questa legge quindi è possibile snellire il macchinario ed eliminare i termometri, il che si traduce in una migliore risposta dello strumento a variazioni di intensità del flusso, minor complessità del circuito e minor peso. È nato l’anemometro a filo caldo.

Lo strumento di King si avvale di un doppio ponte Kelvin, simile al ponte Wheatstone con l’aggiunta di due resistori, di un reostato, di un galvanometro, elementi essenziali per lo strumento. Altro elemento degno di menzione nel brevetto è l’utilizzo per la sonda di fili di platino, utilizzati tutt’oggi nella costruzione di questo macchinario.


L'elemento sensore è in figura 1



Bibliografia:

L.V. KING, XII. On the convection of heat from small cylinders in a stream of fluid: Determination of the convection constants of small platinum wires with applications to hot-wire anemometry, in «Philosophical Transactions of the Royal Society A», Anno XXVII (1914), Vol. 214, pp. 373-432

Sitografia:

https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/032648351/publication/GB191418563A?q=pn%3DGB191418563A

https://doi.org/10.1098/rsta.1914.0023


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STEP#17.1 - I brevetti - La preistoria

Il primo brevetto che sarà oggetto del nostro esame è quello di Carl Clapp Thomas con codice GB191210454A e depositato il 2 maggio 1912 e pubblicato il 2 giugno del 1913, ed è uno dei primi brevetti che introduce al mondo la possibilità di un’anemometria termica. C. C. Thomas ha depositato tre brevetti molto simili tra loro nel 1909, nel 1911 e il brevetto di cui sopra nel 1912, che riguardano il calcolo della velocità di una corrente fluida tramite l’utilizzo di un resistore caldo. Come è stato più volte ripetuto nel corso del blog, la nascita dell’anemometro a filo caldo è datata nel 1914 ma numerosi esperimenti, prove e brevetti al riguardo sono di più antica datazione, come in questo caso.

Nel design del brevetto proposto da Thomas ci sono molti degli elementi caratteristici di quello che sarà l’anemometro a filo caldo: il ponte Wheatstone, il galvanometro, la resistenza variabile, il reostato ecc… Il funzionamento della macchina si basa però su un condotto (1) all’interno del quale c’è un elemento riscaldante elettricamente (2) e a valle e a monte del quale ci sono due termometri (3 e 4), collegati al ponte Wheatstone che, se dovesse percepire una maggiore differenza di una data temperatura, evidenzia come ci sia stata una variazione di velocità del fluido. Ed è quindi nel sensore che sta la differenza: in questo caso è infatti la discrepanza di temperatura tra i due termometri ad ottenere la velocità del fluido e non la differenza di temperatura del filo-resistenza stesso.


Gli elementi menzionati (1,2,3,4) sono in basso a destra



Sitografia:

https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/032713955/publication/GB191210454A?q=pn%3DGB191210454A


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mercoledì 11 novembre 2020

Esercizio di stile

Si riporta in calce una rappresentazione particolare dell'anemometro a filo caldo fatta dal gestore del blog:


sabato 7 novembre 2020

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STEP#16 - Anatomie

L'immagine qui proposta è uno schema dell'anemometro a temperatura costante:




Questa immagine raffigura una vista dell'involucro e della sonda dell'Anemomaster Modello 6034 della Kanommax:






Particolare di un tipo di sonda di un anemometro a filo caldo della Kanomax:


Dall'alto verso il basso:
sensore di intensità del vento
sensore di controllo della temperatura
sensore temperatura




Sensore di direzione del vento
sensore di intensità del vento
sensore di controllo della temperatura



La seguente immagine è relativa ai tipi di sonda presenti nel manuale dell'utente degli anemometri a filo caldo CLIMOMASTER della serie 6501 della Kanomax:


L'unità di misura è in mm



Le ultime due immagini appartengono ad una relazione per una conferenza che tratta dello sviluppo di un basilare circuito di un anemometro a filo caldo:


Un circuito di un anemometro a filo caldo


Vista complessiva di un circuito di un anemometro a filo caldo a temperatura costante



Si ringrazia Anna Gonella e Michiyo Gonella Tomita per la traduzione giapponese.



Sitografia:

Prima immagine e fonte:

https://www.eyc-tech.com/show/eyc-hot-wire-type-air-velocity-series-product-principle-application.htm

Seconda immagine e fonte:

https://www.rex-rental.jp/large/050/middle/020/product/20656

Terza immagine e fonte:

http://www.kanomax.co.jp/technical/detail_0013.html

Quarta immagine e fonte:

http://www.kanomax.co.jp/technical/detail_0022.html#:~:text=%E6%8C%87%E5%90%91%E6%80%A7%E3%81%8C%E3%81%82%E3%82%8B%E3%83%97%E3%83%AD%E3%83%BC%E3%83%96,%E3%81%A6%E8%A8%88%E6%B8%AC%E3%81%97%E3%81%A6%E3%81%8F%E3%81%A0%E3%81%95%E3%81%84%E3%80%82&text=%E6%B8%A9%E5%BA%A6%E8%A3%9C%E5%84%9F%E7%89%B9%E6%80%A7%E9%A2%A8%E9%80%9F%E7%B4%A0%E5%AD%90,%E3%81%BE%E3%81%99%EF%BC%88%E6%B8%A9%E5%BA%A6%E8%A3%9C%E5%84%9F%E6%A9%9F%E8%83%BD%EF%BC%89%E3%80%82

Quinta immagine e fonte:

https://www.kanomax-usa.com/wp-content/uploads/2015/10/6501_Manual.pdf

Ultime due immagini e fonte:

https://manualzz.com/doc/it/5662423/sonda-anemometrica-a-filo-caldo-hot-wire-anemometer

Approfondimento con un manuale d'uso della LSI Lastem:

https://www.researchgate.net/publication/324673924_DEVELOPMENT_OF_A_BASIC_CIRCUIT_OF_A_HOT-WIRE_ANEMOMETER


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venerdì 6 novembre 2020

STEP#15 - I numeri

I numeri che riguardano l’anemometro a filo caldo sono molteplici:


1914 è l’anno a cui è attribuita la nascita dello strumento;

 

sono i μm di diametro del filo;

 

1,25 sono i mm di lunghezza del filo;

 

250 è la temperatura media in °C del filo riscaldato;

 

5,6 è la misura in della resistenza di un filo standard in tungsteno;

 

0,1 e 25,0 è il range di velocità del fluido in m/s che lo strumento è in grado di apprezzare;

 

0,0 e 50,0 è l’intervallo di operatività di temperatura in °C;

 

80 è la % relativa di umidità massima sopportabile;

 

1000 sono i mm massimi di estensione della sonda.

 




Alcune delle misure sono prese dall’anemometro PCE-423 della PCE Instruments.



Bibliografia:

L.LÖFDAHL, M. GAD-EL-HAK, Sensor for Turbolence Measurements and Control, in The MEMS Handbook, edito da M. GAD-EL-HAK: CRC Press, 2002, vol.III, par. 26.4.3

L.V. KING, XII. On the convection of heat from small cylinders in a stream of fluid: Determination of the convection constants of small platinum wires with applications to hot-wire anemometry, in « Philosophical Transactions of the Royal Society A», Anno XXVII (1914), Vol. 214, pp. 373-432

Sitografia:

https://www.pce-instruments.com/english/measuring-instruments/test-meters/anemometer-pce-instruments-hot-wire-anemometer-pce-423-det_60513.htm

http://www.dept.aoe.vt.edu/~simpson/aoe4154/hotwirelab.pdf


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