Appunti di Agrometeorologia sugli Strumenti di Misura Agrometeorologici

Caratteristiche generali degli strumenti di misura:

• Linearità
• Sensibilità: coeff. Angolare della curva in/out, può essere funzione dell’input;
• Range: intervallo dei valori utili;
• Risoluzione: più piccolo valore della grandezza misurata rilevabile dallo strumento;
• Accuratezza: approssimazione del valore misurato al reale.
• Precisione: bassa variabilità. Capacità di avere deviazioni minime rispetto al valore più probabile della quantità misurata;
• Prontezza: rapidità con cui il sensore si mette in equilibrio con la grandezza misurata;
• Ripetibilità: grado di prossimità tra misure successive della stessa grandezza;
• Errore: differenza tra valore misurato e valore vero, espresso in termini relativi e assoluti.

Taratura

: confrontare la scala di uno strumento rispetto ai valori di riferimento forniti da campioni materiali o rispetto ai valori forniti da uno strumento di riferimento.

Regolazione: Operazione con la quale viene migliorata l’accuratezza di uno strumento di misura.

Gli strumenti di misura possono dare come risultati segnali elettrici, possono essere registrare continuamente su carta o direttamente sullo strumento.

Una stazione meteorologica deve essere circondata da una recinzione in rete metallica alta di almeno 1,2m. La misura minima deve essere di almeno 10×10 m. La superficie deve essere seminata a prato polifita e tenuto sfalciato a 5-10 cm. Il prato può essere irrigato. Buona abitudine avere un registro di manutenzione della stazione. Il sito prescelto deve essere rappresentato dalle condizioni climatiche, ortografiche e vegetazionali di una zona quando più ampia possibile. Gli strumenti devono essere affidabili, robusti e di facile manutenzione. Deve essere lontana da fiumi, laghi, ostacoli (case, siepi, alberi), depressioni. È opportuno tenere conto di altre stazioni agrometeorologiche già presenti. Le stazioni automatiche registrano i dati autonomamente, conservandoli in un data-logger ed a pronta disponibilità.

Capannina meteorologica: schermatura a forma di casetta bianca (riflette i raggi solari), che serve a proteggere gli strumenti per la misurazione meteorologica (termometro, igrometro, termoigrografo) dalla pioggia e dalle radiazioni dirette dei raggi solari, permettendo la circolazione dell’aria al suo interno, dunque senza falsare le misurazioni ovvero minimizzando gli errori strumentali. La capannina, rigorosamente di colore bianco, ha in genere la forma di una casetta in legno (cattivo conduttore), dotata di persiane esterne ed interne. Il tetto della capannina meteorologica è formato da due pannelli di legno inclinati a “spiovente” per permettere alla pioggia di scorrere liberamente e alla neve di non depositarsi massicciamente. Viene posizionata verso nord e nella parte settentrionale della stazione.

I termometri di massima e minima forniscono tre distinte indicazioni: la temperatura attuale, la temperatura minima registrata, la temperatura massima registrata. Può essere formato da due termometri separati; uno a mercurio che viene utilizzato per la temperatura massima, costituito da una strozzatura nel capillare che impedisce al metallo di rifluire all’abbassarsi della temperatura. Il mercurio, infatti, all’aumentare della temperatura si dilata. Il secondo è un termometro che misura la temperatura minima ed è costituito da alcol. Il capillare e il bulbo sono di dimensioni maggiori, a causa della bassa conducibilità termica e della alta capacità termica dell’alcol. Al diminuire della temperatura, il menisco dell’alcol trascina l’indicatore di vetro. Per evitare l’influenza della forza di gravità i due termometri vengono tenuti orizzontalmente. Vi sono anche termometri nei quali i due steli laterali contenenti mercurio sono comunicanti, formando un unico stelo ad ‘’u’’. Ogni stelo contiene un indice (cavaliere) che indica il valore misurato.

I termometri tradizionali sono di due tipi: a lamina bimetallica e a tubo di bourdon. Nei primi il sensore è costituito da due lamine di metalli diversi saldate assieme. Poiché i due metalli hanno coefficienti di dilatazione termica differenti, al variare della temperatura la lamina tende a flettersi, trasmettendo questo movimento ad un pennino, che registra su carta. Il termometro a tubo di bourdon è formato da un tubo metallico di sezione ellittica avvolto a spirale, riempito da un liquido con buona dilatazione termica. Uno dei due estremi è vincolato, mentre l’altro registra su carta le deformazioni del sistema al variare della temperatura tramite un pennino.

I sensori elettronici più diffusi sono: termoresistenze, termistori, termocoppie, sensori a semiconduttori integrati. Termometri a infrarossi.

Igrometri: Strumenti che misurano l’umidità relativa  . Gli igrometri di tipo resistivo utilizzano materiali che variano la loro resistività al variare dell’umidità (Sali igroscopici). Sono inseriti tra due elettrodi e deposti su un supporto solido. La loro prontezza è maggiore in caso di aumenti di umidità relativa. Valori alti di umidità possono provocare un eccesso di acqua assorbita che potrebbe portare alla dissociazione dei Sali con conseguente aumento della conducibilità del materiale influendo sulla misurazione.  Gli igrometri capacitivi si basano sull’utilizzo di polimeri che variano la loro costante dielettrica al variare dell’umidità relativa del gas che li circonda.  Posti come dielettrico tra le armature di un condensatore la cui capacità varierà al variare dell’umidità ambientale. Gli igrografi a capelli sfruttano il cambiamento di lunghezza del capello umano al variare solo dell’umidità relativa dell’aria, e non della temperatura. L’elemento sensibile dello strumento è costituito da un fascio di capelli biondi, lisci e opportunamente trattati. La loro variazione è non lineare e il meccanismo dello strumento corregge questo effetto. Termografo a tubo di bourdon e igrometro a capelli spesso accoppiati nel termoigrografo. L’umidità relativa può essere ricavata anche da misure di temperatura dell’aria, mediante uno strumento detto psicometro. Consiste in due termometri, uno col bulbo asciutto e l’altro umido tramite una garza immersa ad una estremità in un serbatoio di acqua. I due sensori sono sempre aerati tramite un flusso d’aria presente nello strumento. L’acqua evaporando sottrae calore e la temperatura di un bulbo umido scende fino ad un punto di equilibrio. La quantità di evaporato dipende dalla differenza tra la tensione di vapor saturo sul bulbo e la tensione di vapore attuale. Proporzionale alla differenza di temperatura dei due sensori.

Pluviometro: Misura la quantità di acqua raccolta (quantità di pioggia caduta). Il pluviometro a vaschetta basculante prevede che la vaschetta si rovesci quando il contenuto è pari a 20g, equivalenti ad una pioggia di 0,2mm. Utilizzare una bolla per verificarne l’orizzontalità. La vaschetta è collegata ad un sistema che scrive su carta. Due rulli tendono la carta permettendo ad una penna di scrivere come su un piano. In caso di pioggia vengono rappresentate delle oscillazioni. In caso contrario una linea orizzonatale.

Radar meteorologico: strumento che comunica se sta piovendo, dove e quando. Servizio di protezione civile. Fa anche delle previsioni sulle precipitazioni.

Radiometro: Misura il flusso elettromagnetico emesso da una superficie o un oggetto per effetto della sua temperatura. I radiometri possono misurare la radiazione diretta, se vengono esposti direttamente ai raggi solari, e quella diffusa, caratterizzato da un anello che scherma il sensore dalla radiazione diretta, seguendone il movimento diurno e stagionale. Radiazione globale: diretta (direttamente dal sole) + diffusa (non direttamente dal sole). Il radiometro netto misura la differenza di radiazione fra la superficie e l’atmosfera. Viene posizionato a 1,5 m dalla vegetazione. Per questo tipo di misurazione si utilizzano due radiometri, uno posizionato verso l’alto e l’altro verso la superficie. L’eliofanografo o solarimetro misura l’insolazione. Un supporto metallico sostiene una sfera di vetro di 10 cm di diametro che sostiene apposite strisce di carta particolare che presentano un diagramma orario. La sfera ha la funzione di lente; il movimento naturale del sole durante il giorno fa variare la posizione del fuoco sulla carta, bruciandola (non arde). La traccia lasciata dalle bruciature indica la durata in ore dell’insolazione. Il supporto metallico della sfera ha un’inclinazione pari alla latitudine del sito in cui è posto.

Evaporimetro: Misura l’intensità dell’evaporazione atmosferica. Evaporimetro di classe A. Vasca in acciaio. Livello dell’acqua 50-75 mm dal bordo superiore. Viene isolato a 10 cm dal terreno tramite un rialzo di legno, per far circolare l’aria sotto di esso e per prevenire scambi di calore con il suolo. È provvista di un pozzetto di calma nel quale si rileva quotidianamente l’abbassamento del livello per mezzo di una vite micrometrica o di un sensore elettrico, in mm. La manutenzione prevede l’utilizzo di alghicidi o sostanze in grado di mantenere limpida l’acqua.

Anemometro: Misura la velocità e la pressione del vento. Gli anemometri tradizionali utilizzano la direzione della banderuola o della coda per rilevare la direzione del vento. Un rilevatore utilizza i segnali ricevuti dal movimento dell’elica o delle coppette per registrare l’intensità del vento. Gli anemometri statici misurano la variazione di pressione del vento tramite un sensore stazionario. Gli anemometri sonici misurano la variazione di velocità di propagazione del suono nell’aria in movimento.

(L’indice della velocità media giornaliera di una particella è rappresentato dal vento sfilato)

Misura della profondità di falda attuata tramite freatimetri o piezometri. Questi sono tubi di piccolo diametro che vengono inseriti nel terreno, ad una profondità di circa 2m, a contatto con la falda. Un cavo elettromagnetico viene inserito nel tubo. A contatto con l’acqua si chiudono i circuiti, mandando il segnale elettrico di riferimento al rilevatore esterno. Viene registrata la lunghezza del cavo che si trova internamente al piezometro non appena il rilevatore riceve il segnale. La profondità di falda sarà il risultato della differenza di questo valore e della parte sporgente del piezometro in superficie.

L’umidità del terreno è calcolata tramite il metodo gravimetrico. Spesso utilizzato per tarature. Tramite sistema TDR, formato da generatore di segnale, un oscilloscopio, e una sonda che viene infissa nel terreno. Il generatore manda un impulso lungo il cavo. L’impulso entra nella sonda, prosegue fino alla fine e viene riflesso completamente. Quando questo segnale ripasserà dal punto di ingresso della sonda, verrà letto dall’oscilloscopio.