CARATTERISTICHE METROLOGICHE DEGLI STRUMENTI DI MISURA

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1 CARATTERISTICHE METROLOGICHE DEGLI STRUMENTI DI MISURA 1- Mdalità di funzinament Azzerament: si esercita una azine sull strument tendente ad azzerare l'indicazine. La misura viene ricavata dalla cnscenza della azine esercitata Es. Misura di una frza: si esercita una frza nta che equilibri la frza incgnita. La misura è determinata dalla cnscenza della frza di cntrast applicata. Deflessine: la misura viene ricavata dalla variazine della indicazine prvcata dalla applicazine della grandezza Es. Misura di una frza: si fa agire la frza su di una mlla. La misura è ricavata misurand la defrmazine della mlla ed utilizzand la legge frza-defrmazine. Vantaggi AZZERAMENTO ridtte annullate: Vantaggi DEFLESSIONE immediatezza della indicazine nn linearità del sistema gichi isteresi influenza grandezze estranee attive minre effett di caric miglire accuratezza Svantaggi AZZERAMENTO cst facilità di realizzazine di strumenti per grandezze tempvarianti miglire risluzine Svantaggi DEFLESSIONE minre accuratezza labrisità nella esecuzine delle misurazini 2- Sensibilità: rapprt fra il cambiament dell'indicazine di un sistema di misura e il crrispndente cambiament del valre di una grandezza sttpsta a misurazine (= derivata, ricavata per un determinat valre della grandezza, della indicazine rispett alla grandezza). L'unità di misura [um] della sensibilità, è pari al rapprt fra l'unità di misura della indicazine fratt l'unità di misura della grandezza. Può essere cstante al variare del valre della indicazine (strument lineare): situazine preferita per la immediatezza della lettura, per la facilità cn cui pssn essere eseguite successive elabrazini, per la svrappnibilità degli effetti Può aumentare all'aumentare della indicazine (es. tub di Pitt, tub di Venturi) Può diminuire all'aumentare della indicazine (es. anemmetr di Gill): situazine preferibile qualra si desideri che la incertezza relativa di misura nn cresca, cresca pc, per valri piccli della grandezza misurata

2 3- Risluzine: il più piccl cambiament di una grandezza sttpsta a misurazine che prvca un cambiament rilevabile nell'indicazine crrispndente ([um] = unità di misura della grandezza). Limitazini alla risluzine sn dvute: ptere separatre dell'cchi = 1/1000 della distanza di sservazine 0,2 mm errre di parallasse 1 => riducibile curand la cstruzine, realizzand un quadrante speculare,... incertezza di interplazine ±1/10 della distanza fra due tratti successivi risluzine dei sistemi di cnversine A/D (LSB) 4- Errre di misura: risultat di una misurazine men il valre cnvenzinale del misurand Errre di misura sistematic: cmpnente dell'errre di misura che, durante più misurazini dell stess misurand, rimane cstante varia in md prevedibile. Cause di errri di misura sistematici pssn essere: graduazine della scala nn crretta (per quadranti indicatri) generazine di tensini nei cavi cnduttri (per indicatri elettrici analgici digitali) influenza di grandezze estranee attive (temperatura, pressine, accelerazine, magnetism, gichi, isteresi,...) Si eliminan (si riducn) gli errri sistematici mediante: cura nella cstruzine dell strument (macchinari tarati e cntrllati, scelta dei materiali, dispsitivi di recuper dei gichi, schermatura e messa a terra di cavi ed apparati elettrici...) cntrll delle grandezze estranee attive misura e successiva crrezine dell'errre taratura esecuzine delle misurazini cn prcedure standardizzate Errre di misura casuale (randm): cmpnente dell'errre di misura che, durante più misurazini dell stess misurand, varia in md nn prevedibile. Cause di errri di misura casuali pssn essere: variazini aleatrie nn cntrllate delle grandezze estranee attive turblenza, rumre di fnd mdalità nn standardizzate di esecuzine delle misurazini 1 Fenmen per il quale un sservatre, a secnda della sua psizine rispett al quadrante dell strument, legge valri diversi della indicazine.

3 Si riducn gli errri casuali mediante: cntrll delle grandezze estranee attive esecuzine delle misurazini cn prcedure standardizzate ripetizine delle misurazini in md da pter ridurre l'incertezza (tip A) nel cas di segnali di tip elettrmagnetic di bassa intensità, schermand e raffreddand le apparecchiature 5- Relazine tra risluzine e incertezza: Cncettualmente sn due cncetti nn crrelati, ma: miglirare la risluzine è facile e pc csts, miglirare l'incertezza è difficile, csts, nn sempre fattibile; se la risluzine è pari ad un valre mlt più piccl dell'intervall di incertezza si induce errneamente nell'utilizzatre una percezine sbagliata della incertezza se l'incertezza è mlt più piccla della risluzine nn siam in grad di ttenere le misure cn l'incertezza terica (subentra il calcl di tip B) le nrme stabiliscn un rapprt tipic tra risluzine ed incertezza cmpres tra 1 e 4 in md da avere indicazini di misura univche ma che nn penalizzin l'incertezza 6 - Tipiche cause di errre di misura in strumenti di misura meccanici In strumenti di misura ad indicazine meccanica, nei quali la grandezza da misurare prvca spstamenti defrmazini, le cause tipiche di errre sn: graduazine: la graduazine è realizzata cn macchine utensili, utilizzand funzini di taratura ttenute su prttipi e cntrllate sl in maniera episdica. Si riduce l'errre effettuand la taratura del singl strument (mlt csts, si esegue sl se richiest dalle nrme dal cliente). gichi e discntinuità: l'indicazine relativa ad una medesima grandezza è differente se raggiunta partend da una indicazine minre maggire di quella finale. Si riduce l'errre prevedend sistemi di ripresa dei gichi ppure dispnend nell strument mlle altri sistemi che assicurin, negli accppiamenti, che il cntatt delle parti in mviment avvenga sempre sulle medesime facce. Si riduce l'errre perand in md che, sia durante la taratura sia nel nrmale utilizz, il valre dell'indicazine sia raggiunt sempre partend da indicazine nulla. attriti: le frze di attrit, ppnendsi al mviment, nn cnsentn all'indicatre dell strument di misura di raggiungere la crretta psizine Si riduce l'errre scegliend pprtunamente i materiali cn cui realizzare gli accppiamenti, diminuend le frze scambiate (però si aumentan i gichi), - sttpnend a vibrazini l strument di misura 2 isteresi: l'isteresi fa sì che, quand si misura una grandezza, si ttenga una indicazine differente a secnda che si parta da una indicazine minre da una maggire di quella finale; l'indicazine crretta si ttiene cn una dppia misura, la prima partend da indicazine zer, la secnda partend da indicazine massima, e facend la media fra i due valri csì ttenuti.

4 Si riduce l'errre cn una pprtuna scelta del materiale delle parti sttpste a defrmazini, si riduce l'errre adttand prcedure che bbligan a raggiungere l'indicazine sempre partend dal valre minim (es. dispsitivi autmatici di azzerament fra una misurazine e l'altra) e tarand l strument seguend rigrsamente le medesime Variazini delle grandezze estranee attive: prvcan variazini delle indicazini. Grandezze estranee attive sn: temperatura dell strument di misura, dell'ambiente, dell'ggett misurat accelerazini cstanti (es. accelerazine di gravità: l'indicazine dipende dalla psizine dei baricentri delle parti mbili dell strument di misura) accelerazini variabili (es. vibrazini: l'indicazine varia per effett delle frze d'inerzia) camp elettric: induce sui cnduttri delle tensini nn dvute alla variazine della grandezza da misurare Camp magnetic: induce su parti ferrmagnetiche dell strument di misura frze che pssn alterare l'indicazine; se variabile, vver anche se cstante ma cn cnduttri che si muvn, induce sui cnduttri stessi tensini, nn dvute alla variazine della grandezza da misurare, che mdifican l'indicazine di misura Effett di caric: descrive il fenmen per il quale il valre della grandezza, e cnseguentemente la misura, varian per effett dell'utilizz dell strument di misura L'entità dell'effett di caric dipende sia dalle caratteristiche dell strument di misura sia dal fenmen fisic che varia la grandezza da misurare. es1: nelle misure di temperatura, la temperatura di regime dp l'inseriment di un termmetr, e quindi l'indicazine, è intermedia fra quella iniziale del sistema e la iniziale del termmetr. Se la temperatura varia nel temp, l'entità della variazine sarà differente in presenza di un termmetr in quant aumenta la capacità termica glbale; l'errre è grande se il termmetr è di capacità termica nn trascurabile rispett alla capacità termica dell'ggett, dell'ambiente, sttpst a misura es2: nelle misure di pressine l'indicazine può variare se, al variare della pressine, l strument varia il vlume ccupat dal fluid; l'errre è grande nel cas di misure di pressini di fluidi racchiusi in recipienti, enrme se il fluid è "incmprimibile"; l'errre è del tutt trascurabile in misure in ambienti nei quali la pressine è creata da frze esterne cstanti esercitate, ad esempi, da un stantuff ppure dalla frza di gravità agente sulle particelle di fluid svrastanti es3: nelle misure di lunghezza effettuate cn strumenti che tccan l'ggett da misurare, la frza esercitata dall strument di misura varia la dimensine dell'ggett sttpst a misurazine; l'errre è grande per misure dimensinali di crpi altamente defrmabili (ad esempi la misura del diametr di una sfera di gmma) es4: nelle misure di vibrazine un strument applicat all'ggett vibrante ne varia la massa ed esercita una frza esterna variandne il cmprtament; l'errre è grande se il tast snda dell strument di misura è premut e se l'ggett vibrante è piccl; l'errre è grande se anche sl una parte dell strument di misura è slidale cn l'ggett vibrante ed ha massa cnfrntabile cn l stess. 7 - Cmbinazine di più cause di errre: Qualra esistan cause di errre sistematic è sempre pssibile, e quindi si deve, crreggere l'indicazine sttraend il valre dell'errre. Qualra esistan più cause di errre casuale fra di lr nn crrelate, l'incertezza cmpsta è pari alla radice quadrata della smma dei quadrati degli errri dvuti alle single cause: u= Σ(u i 2 )

5 Da questa definizine si ricavan alcune regle pratiche: se ci sn alcune cause di errre aventi valre elevat ed altre aventi valre più piccl, queste ultime hann influenza trascurabile e quindi pssn nn essere cnsiderate cnsiderand slamente la cause di errre aventi valre elevat, se esse sn in numersità di 4, e sn di valre uguale, quasi, l'incertezza cmpsta è circa dppia rispett alla singla u = 2*u i 9, e sn di valre uguale, quasi, l'incertezza cmpsta è circa tripla rispett alla singla u = 3*u i Le nrme, che stabiliscn le caratteristiche cstruttive degli strumenti di misura, nrmalmente prevedn che gni singla causa di incertezza debba avere valre minre d uguale ad un terz della incertezza ttale dell strument, suppnend quindi che pssan essere presenti, di nrma, una decina di cause indipendenti, e nn trascurabili, di errre. Regla generale: Il valre della incertezza di misura ttenut durante una misurazine sarà nrmalmente superire (mai inferire) a quell ttenut durante la taratura dell strument di misura; l eguaglierà sl qualra si esegua la misurazine cn la stessa prcedura utilizzata per eseguire la taratura. Nessun strument di misura ptrà mai avere un valre di incertezza di misura più piccl rispett al valre di incertezza degli strumenti e dei campini utilizzati per tararl.