Autocostruiamoci un analizzatore per ossigeno!!!

Sperando di non suscitare l'ira di Lorenzo (che così non ne vende di già fatti) mi piacerebbe esporvi come si costruisce un analizzatore per ossigeno!

Cos'è un Analizzatore per ossigeno e che serve?
E' uno strumento che "legge" la percentuale di Ossigeno presente in una miscela, serve per verificare (evento piuttosto infrequente) che le miscele fatte da Lorenzo siano effettivamente quelle volute!

Prima di tutto alcune precisazioni:
1. Per costruirlo serve un minimo di dimestichezza con l'elettronica;
2. Non è assolutamente detto che questa che descriverò sia la maniera migliore per costruirlo, chi ha altre idee si faccia avanti;

Cosa serve per costruirlo?
1. Un sensore per ossigeno;
2. Un display a cristalli liquidi (un millivolmetro);
3. Alcuni componenti elettronici (un amplificatore operazionale, alcune resistenze e un potenziometro;
4. Un contenitore per il tutto;
5. Un riduttore di flusso (detto così sembra chissà cosa, quando leggerete come farlo vi metterete a ridere).
6. Un saldatore elettrico, un pò di colla, un pò di minuterie, una batteria da 9 volt.

Vediamo adesso cos'è un sensore per ossigeno:
In sostanza un sensore per ossigeno è una microcella a combustione, un dispositivo elettrochimico in grado di "reagire" all'ossigeno producendo elettricità.
Maggiore è il numero di atomi di ossigeno che colpiscono la parte esposta del sensore, maggiore sarà la tensione in uscita al dispositivo.

Un sensore per ossigeno costa in media da 55 a oltre 100 euro, si trovano facilmente su internet su vari siti, io l'ho comprato da Martin ( www.tecme.de ) ma ci sono anche, per esempio, su www.oxycheq.com .(leggermente più caro secondo me), oppure potete ordinarlo tramite Lorenzo.
Io ho preso un PSR-11-39-MD3 della Analytical Industries, pagandolo circa 60 euro (l'anno scorso).
La durata di un sensore dipende dal modello, è variabile da 12 a oltre 60 mesi, così come la rapidità con la quale risponde alle variazioni di ossigeno. Se andate su uno dei siti di cui sopra le tabelle riportano anche il tempo (in secondi).

Torniamo a noi: il sensore produce elettricità in base alla percentuale di ossigeno, quindi basterebbe misurarla, ma non è sufficiente.
La tensione in uscita da un sensore è sempre (salvo pochi casi) molto limitata, nell'ordine di pochi millivolt (generalmente - in aria - da 7 a 20 mV).
Noi però dobbiamo avere una lettura che sia comprensibile a quanto conosciamo, ovvero sappiamo che il nostro strumento dovrà segnare 20,9 quando è in aria e un numero diverso quando misuriamo altre miscele, 50 quando analizziamo un ean50 e così via.
In commercio esistono molti strumenti LCD che vanno benissimo al nostro scopo, ad esempio qui http://www.anteipaolucci.it/scheda.php?id=2698&idsubcat=183&idcat=5 c'è quello che ho usato io.

Come vedete costa un patrimonio (5 euro + iva).
Qui c'è la descrizione http://uploading.com/files/JD7UEGRJ/volmetro digitale2.pdf.html

Ora sorge un problema, come facciamo a far comparire 20,9 sul display quando il sensore è in aria se la sua uscita è 10 mV? (ad esempio)!
Ho visto che collegando direttamente il sensore al millivolmetro, quando siamo in aria questo segna 10 (circa) e nonostante vi sia un trimmer di regolazione non si riesce a far comparire un valore molto diverso.
Io ho risolto il problema mettendo tra sensore e millivolmetro un amplificatore di segnale, realizzato in maniera molto semplice con un LM 358 (Circuito Integrato operazionale, se non è chiaro avete due possibilità, postatemi una domanda o fatevelo spiegare da un amico che ci capisce) In realtà, a parte la battuta, è semplicissimo realizzare questo circuitino che conta pochissimi componenti.
Nella foto dell'interno dello strumento, la parte sulla basetta millefori è l'amplificatore, come vedete c'è un numero ridicolo di componenti.

( www.national.com/ds/LM/LM158.pdf ) qui trovate il datasheet, a noi serve praticamente solo la figura di pagina 9 in alto a sinistra, dove sono riportate le connessioni. Utilizzate il circuito presente sul datasheet come "Amplificatore di tensione", è molto semplice.

Il circuitino amplificatore ha un guadagno regolabile in base alle resistenze che vengono montate, mettete tutte le resistenze da 100KOhm e avrete un guadagno uguale a 2 (circa) ed è quello che serve a noi, in questo modo aumentiamo la tensione che arriva al nostro strumento permettendoci di leggere il valore che vogliamo.

All'uscita del circuito di amplificazione ho messo un potenziometro multigiri da 100KOhm, costa un pò di più di uno normale ma consente regolazioni più precise (di molto!)

Piccola nota: Il sensore (quasi tutti) ha bisogno di una resistenza "di carico" in parallelo ai suoi poli, io ne ho messa una da 10KOhm, secondo me va bene!.
Adesso che abbiamo realizzato il circuito, basta mettere il display dentro una scatoletta, collegare l'amplificatore e il sensore, la batteria e abbiamo finito? ... quasi!

Secondo me il miglior modo per analizzare una miscela senza sprecare troppo gas consiste nel far sì che un flusso costante di gas colpisca il sensore (senza esagerare). Si può quindi realizzare un attacco (tipo quello del GAV) con uno strozzatore in modo da far passare poco gas, basta un flusso di circa 2 litri al minuto.

Per fare ciò ho trovato un raccordo di un vecchio GAV e ho inserito a forza una vite con un pò di teflon, come indicato nella foto sotto.

Fate alcune prove magari immergendo il tubicino con l'accordo strozzato dentro una bacinella, quando escono poche bollicine ma in modo continuo, allora il flusso può andare (si potrebbe anche utilizzare una bottiglia piena d'acqua rovesciata col collo immerso in una bacinella e il tubicino dentro al collo, calcolate in questo modo quanto ci mette a svuotarsi e calcolate se va bene).

Credo di aver detto tutto, quando avete finito il circuito prendete un pezzo di tubo in plastica e mettete il sensore all'interno, fate dei fori di sfogo e incollate un tappo con il raccordo (di cui parlavamo prima) in modo che il gas colpisca la testa del sensore. Con questo sistema utilizzerete la frusta del Gav per la misura. (ricordatevi che se utilizzate miscele iperossigenate con percentuali superiori al 40 % dovreste far pulire a ossigeno la frusta).

Ricordate di fasciare il sensore magari con un pezzettino di neoprene, gli urti non gli fanno granchè bene!

Una nota sulla durata del sensore, molti sostengono che si può conservare se isolato dall'ossigeno, in realtà è un palliativo, la controprova è che anche se è sigillato ha una scadenza, quindi la reazione chimica comincia quando viene costuito e non si arresta sino alla fine.
In genere i sensori, verso la fine della loro vita operativa, aumentano la tensione in uscita, potrebbero falsare la lettura e non essere più stabili, io consiglierei di cambiarli quando è ora senza insistere troppo nel loro uso.
Altra cosa, ho notato che anche muovere il sensore durante la lettura ne falsa il risultato, non capisco perchè ma consiglio di tenere fermo il sensore mentre legge.
La taratura dello strumento andrebbe fatta con diverse percentuali, usando il trimmer presente sul circuito del display, io l'ho tarato con Ossigeno puro, col 50 e con l'aria, adesso quando carico una miscela so che lo scarto è sempre inferiore a 0,2 rispetto all'analizzatore del negozio dove carico, ho provato anche altri analizzatori e vedo che la precisione è più o meno costante. Ovviamente, per la taratura USATE UNA MISCELA NOTA!!!

Totale dei costi:
- sensore 60 euro
- LCD 5 euro
- LM358 + resistenze condensatori eccetera: non lo so, ma sicuramente meno di 2 euro!
- Scatoletta in plastica: 6 euro (mi pare)
Batteria 9 volt non me lo ricordo
tubo di plastica, colla, un pezzettino di neoprene, raccordo GAV: recuperati in giro o in cantina, ma non dovrebbero costare più di 3 euro (penso)

TOTALE esagerando direi 80 euro
Se avete dubbi o domande, sarò felice di rispondere, però tenete presente che non costruisco analizzatori per nessuno, non ne avrei il tempo.

Sperando di aver scritto cosa gradita, saluto tutti, !

Ciao
Andrea