CH 24 L'attività di disseminazione dell'unità di forza in Italia: interconfronto nella taratura

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1 L'attività di tti disseminazione del VI ongresso dell'unità Metrologia di forza in & Italia: Qualità interconfronto (Torino 7 9 nella prile taratura 29) di macchine prova materiali H 24 L'attività di disseminazione dell'unità di forza in Italia: interconfronto nella taratura di macchine prova materiali RLO FERRERO ISTITUTO NZIONLE I RIER METROLOGI:.FERRERO@INRIM.IT Sommario Nel 999, 2, e nel 24 tre confronti interlaboratorio (IL), per la taratura di macchine prova materiali (MPM) sono stati organizzati in Italia dal SIT con l INRiM come laboratorio pilota. i diversi IL hanno partecipato numerosi entri ccreditati SIT (2) e 2 entri in via di accreditamento, con un gran numero di trasduttori di forza di riferimento (oltre 9 campioni di prima linea). Nella presente memoria sono discussi i principali risultati ottenuti in IL sulla taratura delle MPM nell arco di quasi anni al fine di validare il processo di disseminazione della grandezza forza in Italia Parole chiave: taratura, macchina prova materiali, interconfronti ) Introduzione In questi ultimi anni si è assistito ad un incremento notevole della domanda nella misura delle forze, nell estensione dei campi di misura e nei livelli delle incertezze, di un miglioramento quindi dei campioni primari e dei campioni secondari, in altre parola in un ulteriore necessità di : a) miglioramento nelle taratura b) certificazione c) disseminazione d) riferibilità. In conformità alla legge 273/9 l INRIM provvede a disseminare su tutto il territorio nazionale la riferibilità ai campioni delle grandezze meccaniche, termiche ed elettriche, in modo da consentire misure e prove di elevata qualità. ttualmente vi sono in totale 94 entri SIT di cui 24 nel settore forze (celle di carico, macchine prova materiali, pendoli di harpy e trasduttori di coppia). Molte delle normative impiegate nei Sistemi di Qualità (UNI ISO 9, UNI EN 45) hanno al loro interno regole universalmente accettate. l fine di evitare o limitare problemi di incompatibilità fra i risultati delle misure effettuate da Laboratori diversi le varie norme concordano sulla necessità che gli strumenti di misura impiegati all'interno di Sistemi di Qualità certificati debbano avere la riferibilità ai ampioni Nazionali o Internazionali. Riferibilità implica la definizione del campo di incertezza entro cui lo strumento è compatibile con il campione nazionale di riferimento. Per tale motivo è stata preparata la "Guida per la valutazione delle incertezze" // a cura dei vari enti normativi e metrologici internazionali (IPM, OIML, ISO, IUPP, IE, IF, IUP).

2 macchine prova materiali. Tale Guida sta diventando il documento di riferimento per la valutazione della compatibilità della strumentazione di misura nell'ambito dei Sistemi di Qualità. l fine di "garantire" la riferibilità occorre garantire una catena ininterrotta di tarature fra lo strumento utilizzato ed il campione nazionale. La riferibilità viene quindi realizzata attraverso una catena ininterrotta di tarature fra il campione nazionale, il campione di prima linea (o di trasferimento), fino allo strumento di lavoro. Valutando l'incertezza associata ad ogni passo della catena di riferibilità è possibile quindi determinare la compatibilità o meno dei risultati di misura ottenuti con strumenti diversi e presso differenti laboratori. Per quanto riguarda le macchine prova materiali la nuova normativa adottata per la taratura delle macchine di prova materiali è la UNI EN ISO 376, mentre per le macchine di prova a compressione dei materiali da costruzione è la UNI EN Le varie norme stabiliscono dei valori di tolleranza ed una classificazione delle differenti macchine di prova.. Le macchine vengono classificate sulla base delle disuguaglianze che vengono determinate fra i risultati ottenuti durante la taratura ed i valori di riferimento. Nel 999, 2 e nel 24 tre ILs, per la taratura di MPM sono stati organizzati in Italia dal SIT con l INRiM come laboratorio pilota. i diversi IL hanno partecipato numerosi entri ccreditati SIT (2) e 2 entri in via di accreditamento, con un gran numero di trasduttori di forza di riferimento (oltre 9 campioni di prima linea). Per questa ragione è stato deciso di considerare come valore di riferimento per i vari intervalli di misura delle diverse MPM il valor medio dei risultati di taratura realizzati da tutti i laboratori. Le differenze rispetto ai valori di riferimento e le best measurement capability (bmc) dei vari laboratori sono state valutate utilizzando l indice di compatibilità En, in accordo con la guida E-2/3 Nella presente memoria vengono discussi i principali risultati ottenuti nell IL, in particolare sono confrontati i valori di ripetibilità ed accuratezza determinati dai diversi laboratori di taratura accreditati. 2) Macchine Prova Materiali e procedure l fine di valutare nel miglior modo possibile durante l IL le capacità di Taratura di ciascun laboratorio, sono state scelte MPM di diversa capacità e differente struttura (due o tre colonne), in particolare: a) nel 999 furono scelte due MTM da 6 e 5 di capacità massima, situate presso il Politecnico of Torino:

3 macchine prova materiali MPM-METROOM (no. 6596/76) in trazione e compressione MPM-GLINI modello PM/5 (no. 9933) in compressione (tre intervalli di taratura:, 25 e 5 MN). ll IL-99 parteciparono 4 Laboratori SIT con 2 trasduttori di forza di riferimento. b) Nel 2 furono utilizzate tre MTM da,, 5 fondo scala, situate rispettivamente presso il Politecnico di Torino e l IMG-NR: MPM- Instrom modello in trazione; MPM-PM 5 5 MN in compressione (tre scale di misura); MPM-PM in compressione (tre scale: 2, 5 ed MN). ll IL- parteciparono 8 Laboratori SIT con 53 trasduttori di forza di riferimento. Nella Tabella I è fornita, a titolo di esempio, una sintesi dell interconfronto IL-. Testing Load alibration entres (MTM IL - 2) Number of Machine Range E F G Transducers Instrom N - YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES PM - 5 YES YES YES YES YES YES 7 kn - YES YES YES YES YES YES 5-5 YES YES YES YES PM5 - YES YES YES YES 4-25 YES YES YES YES YES c) Nel 24 furono utilizzate MTM e presse da, 3 fondo scala, collocate presso l Università di ncona. Tipo METROOM 3 MN (modello MI 3, no 665/75) in compressione; Tipo METROOM (modello MI 6, no 6876/77) in compressione ; ll IL-4 parteciparono 6 entri SIT ccreditati con 24 trasduttori di forza di riferimento. i vari ILs hanno partecipato numerosi entri di Taratura (4) con un gran numero di trasduttori di forza di riferimento (oltre 9). Per questo motivo è stato deciso di considerare come valore di riferimento (reference value), per ciascuna scala di misura delle differenti MPM il valor medio complessivo determinato sulla base delle tarature effettuate dai laboratori interessati. on questo metodo, prendendo per ciascun laboratorio il valor medio su diverse posizioni angolari (secondo la UNI EN ISO 75-), è possibile ridurre fortemente l effetto dovuto alle componenti parassite generare dalle diverse MPM.

4 macchine prova materiali. Le differenze rispetto alla regressione polinomiale possono essere considerate dipendere quindi principalmente,se non esclusivamente, dalle capacità di taratura (tecniche ed operazionali) di ciascun laboratorio con solo un limitato contributo dell errore di accuratezza delle diverse macchine. i diversi laboratori è stato richiesto di effettuare la taratura delle MPM utilizzando la propria procedura accreditata (generalmente UNI EN ISO 75- e/o EN 239/4). 3) Risultati sperimentali dei confronti interlaboratorio 3.) Interconfronto IL-99 Le Figg. - 4 danno l errore di accuratezza e la ripetibilità determinati dai 4 entri SIT accreditati sulla MPM METROOM-6 in compressione (scale: 2, 3 e 6 ). METROOM n.678/76 FUL SLE 2 (calibration in compression) METROOM n.678/76 FULL SLE 6 (calibration in compression) accuracy % -,5 - -,5 accuracy %,5 -, Le Figg danno l errore di accuratezza e la ripetibilità determinate a trazione METROOM n.678/76 FULL SLE 3 (compression) METROOM n.678/76 FULL SLE 6 (compression),6 repeatability %,8,6,4,2 repeatability %,4, Fig. 5 METROOM n.678/76 SLE 3 (in traction) Fig.6 METROOM n.678/76 SLE 3 (in traction) accuracy %,5 -,5 repeatability %,8,6,4,

5 macchine prova materiali Nelle Figg. 7-8 sono fornite le deviazioni massime di tutti i Laboratori rispetto alla regressione polinomiale totale. Fig.7 ccuracy deviation from the average regression values (range 3 ) Fig.8 Repeatability deviation to respect the average regression value ±, ±,8 ±,6 ±,4 ±,2 ±, % ±, ±,8 ±,6 ±,4 ±,2 ±, % Le Figg. 9- danno l errore di accuratezza e la ripetibilità determinate dai 4 entri SIT accreditati sulla Pressa Galdabini da 5 MN. Fig. 9 MTS GLINI n.9933/958 Full Scale 5 MN,5 MTS GLINI n.9933/958 Full Scale 5 MN Fig. accuracy %,5 -,5 repeatability %,8,6,4, Nelle Figg. -2 sono fornite le deviazioni massime di tutti i Laboratori rispetto alla regressione polinomiale complessiva per la MPM Galdabini da 5 MN. Repeatability deviation to respect the average regression (range 2,5 MN) ccuracy deviation from the average regression (range MN) ±,6 ±, % ±,4 ±,2 % % ±,8 ±,6 ±,4 ±,2 % ±, ±, Fig. Fig. 2

6 macchine prova materiali. La concordanza dei risultati ottenuti dai Laboratori accreditati SIT può essere considerate molto buona per tutte le scale delle MPM METROOM-6 e Galdabini-5MN. E necessario sottolineare come l accuratezza (q), definita dalla norma ISO 75/, sia una proprietà intrinseca della MPM. 3.2) Interconfronto IL- La Fig. 3 dà i valori di ripetibilità determinati dai sei laboratori SIT partecipanti all IL (; ; ; E; F; G) sulla MPM-PM- (scala da 5 ). Nella Fig. 4 viene fornita l errore di accuratezza misurata a compressione dai 6 laboratori sulla stessa MPM. Fig. 3 F ig. - PM Testing machine Fig. 4 Fig -2 PM Testing machine Repeatability [%],8,6,4, Load [] E F G ccuracy[%],8,6,4, Load [] E G Nella Fig. 5a,b vengono forniti i risultati della taratura a trazione (ripetibilità ed accuratezza) per la MPM-Instrom da a. Fig Fig. 5a 6a - Instron 8562 Testing machine Fig. 5b Fig 6b - Instron 8562 Testing machine Repeatability [%],9,8,7,6,5,4,3,2, Load [] E F ccuracy [%],9,8,7,6,5,4,3,2, Load [] E F 3.3) Interconfronto IL-4 Nel 24 furono utilizzate una MTM da ed una pressa da 3 fondo scala, collocate presso l Università di ncona. In Fig. 6 è riportata una sintesi di questo interconfronto, in particolare viene fornito l errore di accuratezza [%] determinato a compressione da 7 differenti laboratori accreditati SIT sulla MPM-METROOM (modello MI 6).

7 macchine prova materiali Fig. 6,9,8,7,6,5,4,3,2, TMT ERMET N. PIGN. OMEO MET.OM LG ONTROL verage 4) nalisi dei risultati I risultati della Taratura delle MPM a trazione indicano, come era lecito aspettarsi, una minore deviazione fra i diversi laboratori accreditati rispetto alle prove a compressione sulle medesime MPM. Le condizioni di trasmissione della forza risultano infatti maggiormente uniformi per i laboratori nelle prove a trazione e pertanto risultano ridotte le componenti parassite del vettore forza. Le differenze rispetto ai valori di riferimento e le best measurement capability (bmc) dei vari laboratori sono state valutate utilizzando l indice di compatibilità En, in accordo con la guida E-2/3 e la ISO 43: En X L = () 2 2 L U X + U ove: X L = risultato della Taratura del Laboratorio X = valore di riferimento U L = incertezza accreditata riportata dal Laboratorio U = incertezza del valore di riferimento. Tutti i laboratori partecipanti ai diversi interconfronti hanno ottenuto un En<

8 macchine prova materiali. 5) onclusioni i vari ILs hanno partecipato 2 Laboratori ccreditati SIT e 2 Laboratori in via di accreditamento, con 9 trasduttori di forza di trasferimento di diversa capacità e tipologia costruttiva. Per questa ragione è stato deciso di considerare come valore di riferimento per i vari intervalli di misura delle diverse MPM il valor medio dei risultati di taratura realizzati da tutti i laboratori. Le differenze rispetto ai valori di riferimento e le best measurement capability (bmc) dei vari laboratori sono state valutate utilizzando l indice di compatibilità En, in accordo con la guida E-2/3 ed alla norma ISO 43. I risultati ottenuti da tutti i entri che hanno partecipato ai diversi interconfronti hanno dimostrato un buon accordo sia per quanto riguarda le caratteristiche metrologiche (ripetibilità ed accuratezza) determinate per le diverse MPM (generalmente entro +/-,2 %) sia per quanto riguarda la classificazione delle medesime (classe in compressione e classe in tensione), dimostrandosi uno strumento indispensabile per validare il processo di disseminazione della grandezza forza in Italia 6) ibliografia []. Ferrero, S. Emilio, ccreditation of alibration, Testing Laboratories and ertification odies in Italy, SINO-ITLIN SEMINR ON METROLOGY, eijing, (2). [2]. Ferrero, The E Mechanical Measurement ctivities: ccreditation of alibration and Testing Laboratories and the Force and Torque issemination in Italy, International Symposium METROLOGY 22, uba, (22), 3-6F. [3]. Ferrero, Report on the ctivities of the E-Expert Group Mechanical Measurements, E/L, Madrid, (2) [4]. Ferrero,. Marinari, alibration of material testing machine intercomparison, IMEKO T3/T5/T2, elle, (22) [5]. Ferrero, L. ianchi: The SIT activity to disseminate physical quantities in Italy : calibration of material testing machine intercomparison, Proc. IMEKO T3 onf., Messico, (27). ontact points: arlo Ferrero, Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM), Strada delle acce, 73; Torino -35 Italy. Phone int.: ; Fax int.: Ferrero@inrim.it