UN ANEMOGRAFO FATTO IN CASA

Vorrei farvi comprendere cosa significa riuscire ad assemblare uno strumento tanto semplice quanto preciso.

Si tratta di un apparato registratore che serve sostanzialmente a tradurre su un nastro di carta scorrevole la variazione di una qualsiasi grandezza elettrica in ingresso.

Un registratore cosiddetto a traccia continua non e' altro che una specie di penna che si muove avanti e indietro sopra un rotolo di carta che si muove ad una velocita' il piu' delle volte pre-impostabili.Il funzionamento come pure la traccia che si ottiene e' del tutto simile a quella generata negli elttrocardiogrammi.Certo , questo metodo,un po' come tutta la meteorologia  meccanica e' un po' obsoleto,....è quasi interamente soppiantato da sistemi informatici , che non producono archivi cartacei e che possono elaborare la grandezza misurata in decine e decine di modi,grazie ad interfacce grafiche oramai comuni a tutti ,del tutto intuitive e semplici nella manipolazione.Questo metodo invece produce un "nastro" di carta , che deve essere elaborato ed analizzato visivamente e manualmente dall'operatore , ed infine correttamente archiviato e duplicato perchè  non si perdano le informazioni , soprattutto se il supporto cartaceo che costituisce la registrazione stessa e' di natura chimica ( come carte termo sensibili - presso sensibili o elettro sensibili )non ultima la scomodita' di dover manualmente misurare con un regolo o righello le linee tracciate dal pennino sul supporto a meno di non utilizzare una carta con impressa la scala e l'unita' di misura della grandezza analizzata.

Comunque sia ogni registratore generalmente e' costituito da una scatola entro cui vi sono due sezioni distinte:

L'apparato misuratore-registratore della grandezza elettrica

Il sistema di trascinamento della carta con tutti i suoi componenti quali timer di avanzamento  e sottorulli di contenimento della carta registrata.

Le famiglie si dividono in registratori cumulativi,in inglese oggi detti "cumulative chart recorders" e quelli cosidetti a strappo,dove la carta registrata non viene arrotolata su un secondo rullo ma viene di volta in volta strappata dall'operatore a piacimento per essere utilizzata.Diciamo che il primo metodo era usato negli anni dopo guerra, il secondo molto piu'sbrigativo ed economico dagli anni 80 in poi. Avere infatti uno strumento dotato di un avanzamento del supporto e del suo prelievo a strappo significa risparmio in termini di denaro nella sua realizzazione e nella sua commercializzazione,difatti basta che possieda semplicemente un motore (magari stepper) che fa avanzare in rullo ed il gioco e' fatto;

Nei vecchi registratori a carta cumulativa invece che l'avanzamento sia assicurato da un motorino elettrico , che da un timer meccanico,bisogna in fase di costruzione e progettazione,prevedere un sistema di ingranaggi che faccia ruotare contemporaneamente sia il rullo di trazione che quello di riavvolgimento,e la cosa non e' per niente facile ,dal momento che il rapporto di rotazione non deve esser identico. Difatti il rullo di trazione che solitamente contiene il rotolo nuovo da registrare deve tener conto nel trascinamento del rullo di riavvolgimento che ,con il tempo,il rullo nuovo diminuisce di circonferenza ( perche' la carta si srotola e si consuma ) mentre quello di riavvolgimento diventa via via piu' grande,dal momento che si "riempie" della carta registrata.

PARTICOLARE DEL MOTORE E DEL SERVOMOTORE

Bisogna trovare un compromesso "meccanico" in modo che i due rulli avanzino ad una velocita' media in cui nessuno dei due "tira" l'altro.

Il problema viene "raggirato" in due modi :

o con una connessione fra i due rulli di tipo flessibile e grazie ad una cinghia elastica ,.o con una demoltiplica del 5% sul rapporto -ingranaggio del rullo di riavvolgimento.Nel primo caso si utilizza o una cinghia in gomma flessibile , oppure una cinghia metallica a spirale (molla lunga) che permette di trascinarsi dietro il rullo di riavvolgimento e di variare la sua coppia motrice (per il fatto che non e' rigida) a seconda dei diametri di quello di carico e di riavvolgimento. Nel secondo caso un sistema di pulegge dentate rigidamente connesse con una differenza di rapporto dell'ordine del 5% , fra rullo portante e rullo riavvolgente.

INTERNO "ELETTRONICO" DEL'UNITA' DI CONTROLLO CANALE

il Cuore dell'anemografo o del registratore a carta che dir si voglia e' l'apparato misuratore , in effetti , perche' e quello che misura traducendolo in movimento orizzontale,il variare di una determinata grandezza elettrica in ingresso .La grandezza puo' rappresentare una pressione , una velocita' del vento , una direzione del vento,una temperatura ,purche' sia una variazione elettrica opportunamente compatibile con le caratteristiche dell'apparato misuratore. Generalmente gli ingressi sono standard nel mondo e si dividono in ingressi in tensione continua , in corrente continua ed in frequenza.I campi di variabili sono:

Tensione continua : da 0 a 5 vcc oppure 0-10

Corrente continua : da 0 a 20 mA oppure da 4 a 20 mA

Frequenza : valori fino a 1000Hz

L'apparato misuratore a sua volta puo' essere costituito o da un galvanometro a bobina mobile identico come principio maggiore nelle dimensioni di quelli che si trovano dietro ogni strumentino a lancetta da pannello , oppure i piu' moderni a servo motore , dotati cioe' di un convertitore analogico digitale di solito a 8 bit che fa avanzare a "step" un piccolo motore passo passo avanti o indietro proprio come una comunissima stampante per PC e che permette di assegnare ad una determinata posizione del carrellino che possiede la penna scrivente , un valore binario che tradotto "all'indietro" rappresenta uno ed un solo valore analogico in ingresso.I primi misuratori sono gloriosi ma meno precisi dei secondi servo assistiti in quanto , oltre alla risposta lenta nel tempo dovuta all'inerzia meccanica della bobina e dei contatti  a spirale del galvanometro , tendono ad avere un errore cosiddetto di posizione perche' la penna non si posizione mai nello stesso punto preciso dopo il verificarsi di 2 valori di ingresso identici , intervallati da uno o piu' diversi. In quelli servo assistiti il tempo di risposta nell'arco di misura da 0 al 75-80% del segnale massimo d'ingresso , e' spesse volte inferiore al secondo , ed inoltre poiche la posizione fisica del carrello lungo tutto l'asse orizzontale viene rappresentato elettricamente da un determinato codice binario e trasmesso al motore stepper,e' ovvio che al ripresentarsi di 2 valori identici la posizione assunta dal motore passo-passo sara' sempre uguale.

VISTA DALL'ALTO DEL REGISTRATORE A 2 CANALI SIMULTANEI

Per concludere questa sezione particolare un piccolo cenno sul sistema scrivente:

Generalmente si divide in 4 categorie a seconda del tipo di supporto cartaceo utilizzato per registrare i dati:

Sistema a carta bianca con pennino e inchiostro

Il supporto e' carta bianca lucida molto leggera che puo' essere avvolta o in rotoli o in cosiddetti "Z folder" ,piccoli pacchettini di carta piegata come i volantini pubblicitari a zig e zag.

La penna che puo' avere svariate forme,dimensioni e colori puo' essere a vaschetta d'inchiostro o a pompetta di depressione d'inchiostro oppure piu' semplicemente una penna a pennarello usa e getta.Le prime venivano utilizzate nei primissimi modelli degli anni 60,le seconde piu' "tecnologiche" con la vaschetta a pomepetta fino agli anni 70-80,per terminare con il terso tipo,ancor oggi l'unico metodo esistente in produzione con micro pennarelli imbevuti di inchiostro a lenta essiccazione ( generalmente a base di glicerina) con sottilissime punte in fibra che una volta esausti possono essere gettati e ripristinati con dei nuovi.Hanno 2 difetti che si contrappongono al tempo di manutenzione zero rispetto alle precedenti,....durano poco,dal momento che il "serbatoio" e' molto piccolo,e sono ermetici ,quindi non ricaricabili

Sistema a carta presso - sensibile

In questo tipo di registratori meno precisi fra tutti i modelli ,il galvanometro deve deflettere l'indice ma nello stesso tempo esercitare una certa pressione mediante una punta sulla carta speciale che assomiglia molto a quella copiativa.Sono degli strumenti di massima o di media ,poco adatti e registrare grandezze che variano al 100% del valore iniziale in meno di qualche secondo,poiche' dovendo premere letteralmente sulla carta e' ovvio che il galvanometro , dovendo vincere una certa forza d'inerzia e' meno sensibile e veloce nella risposta

Sistema a carta termica

Sono in pratica gli elettrocardiogrammi,strumenti molto precisi e veloci nella risposta ma che consumano metri e metri di carta anche solo per analisi di pochi minuti,poiche' in questo caso la punta che poggia sul supporto cartaceo si scalda grazie ad una resistenza ,trasformando l'indice in una specie di saldatore.L'elevata temperatura della punta asporta il primo strato della carta che corre a base cerosa in alcuni casi ( i piu' vecchi) oppure fa reagire chimicamente la stessa facendola cambiare colore nella zona di contatto.E' ovvio che per motivi costruttivi non e' buona norma far scorrere la carta troppo lentamente dal momento che l'elevata temperatura persistendo su di un punto della carta scorrevole tenderebbe inesorabilmente a bruciarla.

Sistema a carta elettro - sensibile

E' il sistema che preferisco,tipico delle industrie costruttrici tedesche del dopoguerra;in pratica utilizza una speciale carta a doppio strato che a vista sembra carta stagnola da cucina,color argento.Il primo strato e' nero colorato con depositi di carbone minerale,il secondo strato puo' essere di 2 tipi :ad ossido di alluminio o a depositi di grafite.

Entrambi i supporti sfruttano il fatto che questi ossidi conducono la corrente su tutta la superficie della carta,per cui,mediante un sistema di rullini pressa carta disposti generalmente per tutta la larghezza della stessa dietro al rullo dentato principale.

Il circuito elettrico viene normalmente chiuso da un vero e proprio mini-elettrodo posto solidale all'indice e nel quale viene fatta scorrere una corrente elettrica continua tale da innescare una piccola scintilla di colore bianco o azzurra a seconda del deposito superficiale della carta la quale bruciandolo letteralmente rende visibile il primo strato nero di cui e' composto il supporto e lascia ,ovviamente una traccia fedele alla deflessione dell'indice.

Le carte utilizzate nel corso della loro storia produttiva sono generalmente due e le differenze e le caratteristiche sono le seguenti:

1-carta a deposito di alluminio:

Sono le prime prodotte ed anche le prime ad essere state abbandonate,poiche si dice che i prodotti di combustione risultano nocivi per inalazione ( ma cosa oggi non lo e'?).. La superficie si presenta di color argento lucido molto luminescente.al tatto pure risultano quasi vellutate.

IL REGISTRATORE ASSEMBLATO

Hanno il pregio di essere gia' sensibili a scariche elettriche di innesco del'ordine di pochi milli Ampere,di conseguenza per "eccitarle" basta alimentarle con un elettrodo molto piccolo e sottile come un capello e percorso da una tensione tipica di 27-30Volt continui.Il positivo viene applicato all'elettrodo , il negativo di ritorno ai rullini pressa carta.Hanno l'unico difetto di essere carte difficilmente maneggiabili perche' risentono anche delle minime impronte lasciate dalle dita con il sudore;inoltre con il passare degli anni anche i rotoli nuovi se non correttamente conservati tendono ad annerirsi in tutta la loro superfice.(un po come fa la carta degli scontrini che invece diventa totalmente bianca)

2-carta a deposito di grafite:

Sono le ultime carte prodotte dalle industrie in ordine di tempo fino ai primi anni '70;ancora oggi e' possibile realizzarle a richiesta da ditte specializzate del settore , ma l'ordinativo minimo risulta in molti casi superiore ai 50 pezzi,poiche' come per i "master" si ha lo stesso la necessita' di avviare un preciso e dedicato processo produttivo per ottenerla tagliata a misura e preforata ai lati.Al mondo esistono non piu' di 3 bobine alte un metro e lunghe qualche chilometro di questo tipo di carta ,dopodiche nessuno sara' in grado di coprarla a meno che' qualche grossa industria decida un bel giorno di reinvestire su questo tipo di registrazione "vintage" (cosa che dubito fortemente).

PRIMO PIANO DELLA TRACCIA  ELETTRICA

Ad ogni modo ho pensato bene di farne una bella scorta per le mie apparecchiature in modo da non aver piu' alcun problema per i prossimi 30 anni!!!Tenete presente che un solo rotolo lungo non piu' di 25 metri costa dai 17 ai 20 euro +iva con un tempo di consegna superiore ai 3 mesi.

questo tipo di carta a livello elettrico funziona nel medesimo modo (come tensione e polarita') , si presenta quasi bianca e molto opaca.Ha il vantaggio di essere praticamente insensibile alle macchie lasciate dal sudore delle dita e di essre inattacabile dall'unidita' durante il suo stoccaggio.Innesca la scintilla con correnti dell'ordine di 100-200 milliAmpere. In generale si puo' dire che i registratori a   carta elettro sensibile sono senza manutenzione,ad eccezione della pulizia periodica dell'elettrodo sul quale spesso si accumula un po' di polvere di scarto di combustione,e che lo scorrimento della carta puo' essere portato anche a zero nel tempo,poiche' una volta asportato il primo strato di ossido la carta non conduce piu' corrente.

Non vi sara' piu' nessun passaggio di corrente perche' l'elettrodo si comporta come una normalissima puntina di metallo che appoggia su un foglio di carta.

Poiche' infine,la pressione con cui esso poggia sul supporto cartaceo e' solo quella del suo peso per effetto della forza di gravita',non c'e' neppure il pericolo che l'elettrodo possa forare la carta come spesso accade con le penne ad inchiostro,quando la stessa si muove troppo lentamente nel tempo o peggio ancora per qualche motivo si inceppa.