In questa sede abbiamo spesso descritto sensori complessi; in questo caso trattiamo invece un dispositivo semplice, ma non banale: il pluviometro a bascula. Nello specifico, il modello Siap UM5005.
Fig.1 Il sensore dell' Osservatorio, posto all'interno della cabina Siap UM8240.
Installato presso l’osservatorio fin dal 1986, era parte della prima DCP ed è rimasto da allora sul torrino. Nonostante l’età, si presenta ancora in condizioni eccellenti, grazie alla semplicità costruttiva e alla robustezza dei materiali.
La struttura si supporto, la cabina Siap UM8240, di dimensioni rilevanti, è stata nel tempo utilizzata anche come raccoglitore di acqua piovana destinata al rabbocco degli evaporimetri.
Per anni il sensore è rimasto inutilizzato, a seguito della dismissione della DCP. Recentemente, grazie all’intervento di un socio, è stato ripristinato ed è tornato operativo.
Fig.2 Il cuore del sensore UM5005: vaschetta basculante e sensore reed
Il funzionamento del pluviometro a vaschetta basculante è basato su un principio meccanico elementare: la pioggia raccolta riempie progressivamente una delle due vaschette fino al raggiungimento di una soglia prefissata, causando il ribaltamento della bascula e il conseguente svuotamento.
Fig.3 Scheda pluviogravo a bilancino, che sfrutta lo stesso principio a livello di sensoristica anche se meccanico
Ad ogni ribaltamento viene attivato un contatto reed, che genera un impulso elettrico conteggiabile. Il numero totale di impulsi è direttamente proporzionale alla quantità di precipitazione.
Il contatto Reed è un interruttore elettromagnetico composto da due lamelle ferromagnetiche sigillate in un'ampolla di vetro. Quando un magnete si avvicina, il campo magnetico magnetizza le lamelle, facendole attrarre o distanziarle senza contatto fisico, nessuna usura, garantendo alta affidabilità. Avendo un contenitore basculante a cui è fissato un magnete, va da sè che ogni volta il contenitore compie un movimento, questo viene rilevato dal reed, che genera un impulso.
Questo approccio presenta un vantaggio rilevante: il sistema di misura non richiede alimentazione elettrica per il suo funzionamento intrinseco. L’energia è necessaria unicamente in condizioni ambientali critiche, ad esempio per l’attivazione di sistemi di riscaldamento anti-gelo, che per le nostre latitudini è superfluo dire sia inutile. Il conteggio degli impulsi, e quindi la determinazione della pioggia cumulata, viene tipicamente effettuato tramite un datalogger. Nel nostro caso, il datalogger tradizionale è stato sostituito da una comune scheda Espressif ESP32, oggi di fatto uno standard per applicazioni di acquisizione dati.
Fig.4 Il miniscolo ESP32 che instrada il segnale in wifi direttamente sul server
Il sensore fornisce semplicemente un contatto impulsivo, che viene acquisito dalla scheda. L’ESP32 provvede quindi alla trasmissione dei dati via Wi-Fi verso il server, il quale gestisce l’elaborazione, il salvataggio su database e la successiva visualizzazione sul sito web.
Fig.5 La visualizzazione sul nostro sito www.ossmeteoimperia.org dopo giorni piovosi
I contenitori basculanti, collocati immediatamente sotto l’imbuto di raccolta, sono fissati alla struttura tramite due semplici viti. La loro rimozione consente di liberare completamente il meccanismo, evidenziando una progettazione orientata alla manutenzione: il gruppo è infatti facilmente smontabile per operazioni di pulizia e revisione periodica.
Fig.6 Interno del sensore: vaschette basculanti
Fig.7 Interno del sensore, contrappesi e sensore reed
Un aspetto rilevante legato alla rimessa in funzione è il ritrovamento della documentazione originale del sensore. Sebbene sia noto con buona approssimazione il periodo di acquisizione da parte dell’osservatorio, è plausibile che il progetto del corpo del sensore sia precedente.
Le caratteristiche costruttive — in particolare la massiccia scatola metallica in fusione — richiamano soluzioni tipiche degli anni ’60, verosimilmente mantenute in produzione per lungo tempo senza modifiche sostanziali.
La stessa fattura della manualistica richiama un’epoca in cui disegni e schede tecniche venivano realizzati manualmente, collocabile verosimilmente in un periodo antecedente agli anni ’80.
Fig. 8 Il disegno del sensore sul manuale
Fig.9 descrizione dele caratteristiche, così come da manuale
È interessante notare che nella documentazione compare la dicitura “DRT-5 Hamlin” per identificare marca e modello dell’ampolla reed. Una rapida verifica consente di risalire con buona precisione al componente specifico utilizzato.
Fig.10 caratteristiche dell'ampolla reed
Come indicato in più punti della documentazione, il sensore genera un impulso ogni 20 ml d’acqua raccolta nella vaschetta, equivalenti a 0,2 mm di precipitazione per metro quadrato. Il calcolo della pioggia cumulata sembrerebbe quindi immediato.
In realtà, si tratta di una semplificazione: per ottenere misure affidabili è necessaria una corretta calibrazione dello strumento e la valutazione degli errori sistematici. Questi possono variare in funzione dell’intensità della precipitazione, delle caratteristiche meccaniche della bascula e delle condizioni operative. La disponibilità di documentazione tecnica approfondita su questi aspetti è in pratica inesistente, rendendo spesso necessario un approccio sperimentale per la caratterizzazione del sensore.
Un riferimento particolarmente utile per un’analisi più approfondita è rappresentato dagli articoli pubblicati sulla Rivista Ligure di Meteorologia, davvero interessanti, in particolare la trattazione sulla taratura dei pluviometri e i contributi successivi. Questi lavori illustrano in modo chiaro le principali criticità del metodo a bascula, evidenziando come la risposta del sensore non sia perfettamente lineare al variare dell’intensità di precipitazione. Viene inoltre introdotto il concetto di curva di taratura e sono proposte formulazioni di compensazione per ridurre gli errori sistematici.
Tali indicazioni sono state utilizzate da noi utilizzate come base per sviluppare internamente un algoritmo di correzione delle letture, migliorando l’accuratezza complessiva delle misure acquisite.
Conclusioni
Anche questo sensore è stato riportato in esercizio senza particolari difficoltà, grazie sia alla sua natura costruttiva sia al buono stato di conservazione. Un aspetto determinante è però la manutenzione, in particolare la pulizia: depositi, detriti o ostruzioni possono alterare sensibilmente la risposta della bascula e compromettere l’accuratezza delle misure. Questo porta a ritenere — almeno secondo l’opinione di chi scrive, pur non essendo un professionista — che, nonostante i progressi tecnologici, un osservatorio meteorologico non possa essere gestito in modo completamente automatico. Rimane infatti indispensabile un intervento umano periodico, necessario per garantire corrette condizioni operative e l’affidabilità delle misure nel tempo.
Per finire riteniamo opportuno aggiungere le foto deglia altri pluviometri-grafi completamente meccanici a carta e il nuovo sensore Siap+Micros
Fig.11 Bocche degli pluviografi meccanici, giornaliero e settimanale, funzionanti ed tuttora in uso.
Fig.12 Il sensore t043 TP1000 di Siap+Micros, il pronipote del UM5005, installato sempre sul torrino dell' Osservatorio
Come sempre una avvertenza. Questo lavoro nasce con uno scopo puramente divulgativo e storico. Le immagini utilizzate provengono da materiali d'epoca in nostro possesso ma anche da immagini che potenzialmente potrebbero essere coperte da copyright ; la loro presenza in questo articolo è intesa esclusivamente come citazione e riferimento culturale. Tttavia nel caso di qualsiasi tipo di controversia possiamo provvedere immediatamente alla loro rimozione. Riproporre questi materiali significa contribuire a preservare una conoscenza tecnica che rischierebbe altrimenti di andare dimenticata. L'associazione "Amici dell'Osservatorio" che promuove questa attività opera senza fini di lucro e con il solo intento di documentare, studiare e mantenere viva la memoria di queste realizzazioni tecnologiche.
