2.2 LA CONFERENZA GENERALE DEI PESI E DELLE MISURE (CGPM)

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1 MARIO SAVINO CAPITOLO II 2.1 CENNI STORICI INTRODUTTIVI La metrologia è, in senso lato, la scienza della misurazione delle grandezze fisiche e, più propriamente, lo studio storico dei sistemi metrici utilizzati dai vari popoli nelle diverse nazioni. Essa è scienza antica e le sue origini sono difficilmente databili, in quanto pur avendo certezza sull'esistenza di diverse unità di misura, utilizzate anche prima della nascita di Cristo, non ne conosciamo né il valore né chi le propose. È da ricordare la data del 7 aprile 1795, quando con decreto legge in Francia la Convenzione Nazionale istituì il Sistema Metrico Decimale, che riconduceva tutte le unità di misura a soltanto quattro grandezze fondamentali e permetteva l'uso di soli multipli e sottomultipli decimali. Il metro, unità di lunghezza, era definito come la decimilionesima parte di quadrante di un particolare meridiano terrestre passante nei pressi di Parigi e serviva a definire anche l'unità di superficie. Il kilogrammo, unità di massa, era definito come la massa di un decimetro cubo di acqua distillata alla temperatura della sua massima densità (4 C). Il litro, unità di capacità o di volume, era definito come il volume di un kilogrammo di acqua distillata sempre alla temperatura di 4 C. La poca praticità delle unità di misura così definite portò all'accordo di costruire dei campioni materiali disponibili in laboratorio. Il 29 giugno 1799 una delegazione dell'istituto Nazionale delle Scienze e delle Arti presentava al Consiglio dei Cinquecento e deponeva negli archivi francesi i prototipi metallici del metro e del kilogrammo, detti degli Archivi. 2.2 LA CONFERENZA GENERALE DEI PESI E DELLE MISURE (CGPM) Nel 1875, con la partecipazione di rappresentanti provenienti da 17 paesi, veniva istituita la Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure (CGPM), dove per misure si intendevano le lunghezze e le loro grandezze geometriche derivate. Inoltre si formavano sia il CIPM (Comité International des Poids et Mesures), braccio esecutivo della CGPM, organizzato in Comitati Consultivi, sia il BIPM (Bureau International des Poids et Mesures), la cui sede è Sèvres con compiti di ricerca e coordinamento internazionale. La CGPM è ancora operante e mentre inizialmente si riuniva ogni sei anni, attualmente è convocata a Sèvres ogni quattro anni. Fu la undicesima CGPM, tenutasi a Parigi dall'11 al 20 ottobre 1960 che, considerata sia la sesta risoluzione della decima CGPM, con la quale erano state adottate sei unità di un sistema pratico di misure per le relazioni internazionali, sia la terza risoluzione adottata nel 1956 dal CIPM, sia le raccomandazioni adottate dal CIPM nel 1958, concernenti l'abbreviazione del nome di questo sistema e i prefissi per la formazione dei multipli e sottomultipli delle unità, decise: 1

2 1) Il sistema metrico fondato sulle sei unità di misura base: metro; kilogrammo; secondo; ampere; kelvin; candela, è designato con il nome di "Sistema Internazionale di Unità"; 2) L'abbreviazione internazionale di detto sistema è "SI". Nel 1971 la quattordicesima CGPM aggiunse nell'si una settima unità base per le quantità di sostanza, costituita dalla mole. Il Sistema Internazionale è stato legalmente adottato in Italia con la legge n.122 del 14 aprile 1978 e con il D.P.R. n.802 del 12 agosto 1982 ed ha avuto l'approvazione oltre che dall'iec anche dall'iso (International Standards Organization). 2.3 UNITA' DI MISURA FONDAMENTALI E DERIVATE Una qualsiasi grandezza fisica o chimica, per poter essere compiutamente espressa e quindi confrontata con altre o perché su di essa possano essere eseguiti dei calcoli, deve essere definita sia qualitativamente sia quantitativamente. La misurazione come si è detto è un processo che porta ad ottenere sperimentalmente uno o più valori che possano ragionevolmente essere attribuiti al misurando e può essere intesa come il rapporto tra la grandezza fisica osservata e l'unità di misura della grandezza stessa, essa deve avere l'indicazione dell'unità ed è il mezzo utilizzato in tutto il mondo per fornire le informazioni necessarie sia sul tipo o specie sia sull ampiezza della grandezza fisica in oggetto. Per unità di misura si intende quella grandezza reale scalare definita ed adottata per convenzione, con la quale può essere confrontata qualsiasi altra grandezza della stessa natura, per esprimere il rapporto di due grandezze come un numero. Priva di unità la misura non ha alcun significato fisico. Questo mezzo efficiente di cui oggi si dispone, che ci consente di parlare la stessa lingua, anche se si lavora in continenti diversi, e che ci appare così logico e naturale, è in realtà, come si è tentato di mostrare sinteticamente nel paragrafo precedente, il frutto di un lavoro antico e faticoso di unificazione e razionalizzazione al quale hanno partecipato scienziati di tutto il mondo. E questo lavoro spesso sommerso continua e procede di pari passo con lo sviluppo ad abbracciare tutti i campi e i settori scientifici e tecnologici in rapida espansione. Le unità di misura si suddividono in unità base o fondamentali e unità derivate. Per unità base o fondamentale si intende l unità di misura adottata per convenzione come grandezza base, mentre unità derivata è l unità di misura di una grandezza derivata, definita, in un sistema di grandezze, in funzione delle grandezze base dello stesso sistema. Un unità derivata si definisce coerente quando è un prodotto di potenze di unità base senza altro fattore di proporzionalità che non sia l unità. Le unità base e derivate costituiscono un sistema di unità, inteso appunto come l insieme delle unità base e derivate, con i loro multipli e sottomultipli, definito in accordo con regole fornite, in relazione a un dato sistema di grandezze. Un sistema di unità si definisce coerente quando tutte le unità derivate comprese in esso siano coerenti. La scelta di alcune grandezze fisiche, da assumere come fondamentali e dalle quali, attraverso le leggi fisiche note, ricavare quelle derivate, non è stato affatto semplice ed è tutt'ora oggetto di discussione. È evidente, infatti, che da questa scelta dipende l'adozione di un certo sistema di unità di misure invece di un altro. Inoltre è da precisare che fra le grandezze fondamentali ve ne sono alcune cosiddette indipendenti in quanto non richiedono la definizione preventiva di alcuna unità. 2

3 Le grandezze e quindi le unità derivate possono essere definite o mediante le loro dimensioni, espresse in funzione delle unità base, o con nomi propri. Per esempio nell'si l'unità di superficie è il metro quadro (m 2 ), mentre quella di forza è il newton (N) che dimensionalmente risulta pari a kg m/s 2. Si riportano di seguito le unità base di misura del Sistema Internazionale, che è un sistema di unità coerente, con le definizioni e il simbolo, oltre che con le indicazioni sia della CGPM in cui tale definizione è stata adottata, sia dell'anno in cui si è tenuta la Conferenza. Grandezze fondamentali dell'si: 1) Il metro (m) è la lunghezza del tragitto compiuto nel vuoto dalla luce in un intervallo di tempo pari a 1/ di secondo (diciassettesima CGPM del 1983) 2) Il kilogrammo (kg) è la massa del prototipo internazionale conservato al "Pavillon de Breteuil" in Sèvres (terza CGPM del 1901) 3) Il secondo (s) è l'intervallo di tempo che contiene periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra i due livelli iperfini dello stato fondamentale dell'atomo di cesio 133 (dodicesima CGPM del 1966) 4) L'ampere (A) è l'intensità di corrente elettrica che, mantenuta costante in due conduttori rettilinei, paralleli, di lunghezza infinita, di sezione circolare trascurabile e posti alla distanza di 1 m l'uno dall'altro nel vuoto, produce tra i due conduttori la forza di N su ogni metro di lunghezza (nona CGPM del 1948) 5) Il kelvin (K) è la frazione pari a 1/273,16 della temperatura termodinamica del punto triplo dell'acqua (tredicesima CGPM del 1968) 6) La candela (cd) è l'intensità luminosa in una assegnata direzione di una sorgente che emette una radiazione monocromatica di frequenza pari a Hz e la cui intensità energetica in quella direzione è di 1/683 W/sr (sedicesima CGPM 1979) 7) La mole (mol) è la quantità di sostanza di un sistema che contiene tante entità elementari quanti sono gli atomi in 0,012 kg di carbonio 12 (quattordicesima CGPM del 1971). Vi sono inoltre due unità supplementari relative agli angoli: 8) Il radiante (rad) è l'angolo piano fra due raggi di un cerchio che sottende sulla circonferenza un arco di lunghezza pari al raggio (undicesima CGPM del 1960) 9) Lo steradiante (sr) è l'angolo solido che avendo il suo vertice al centro di una sfera sottende una calotta sferica avente un'area di dimensioni pari al quadrato del raggio (undicesima CGPM del 1960). Nel 1980 il CIPM ha precisato che nell'si le grandezze angolo piano e angolo solido devono esser considerate come grandezze derivate adimensionali e che, di conseguenza, le unità supplementari radiante e steradiante sono unità derivate adimensionali che possono o meno essere utilizzate nelle espressioni delle unità derivate. Risulta evidente che con l'introduzione della nuova definizione del metro del 1983 oltre a dover fissare 0 = m kg/s 2 A 2 la permeabilità del vuoto è stato necessario definire un'altra costante fondamentale, in particolare, la velocità della luce nel vuoto c=2, m/s. In tal modo, per la legge di Maxwell, resta fissata anche la permettività del vuoto 0 =1/ 0 c 2 = 8, s 4 A 2 /kg m 3. In realtà per la definizione della mole è stata implicitamente fissata anche la costante di Avogadro. Le grandezze base indipendenti attualmente sono il kilogrammo, il secondo e il kelvin. Infatti la definizione del metro richiede quella del secondo, l'ampere è definito sulla base del kilogrammo e del metro, la mole utilizza la definizione del kilogrammo e la candela è definita in base al secondo al kilogrammo e al metro. 3

4 È interessante inoltre notare che le attuali unità base possono essere raggruppate in tre distinte categorie. La prima categoria è quella che fa riferimento a un prototipo e in essa è compreso esplicitamente il kilogrammo e in parte anche la mole, per il suo riferimento al kilogrammo. La seconda categoria è quella che fa riferimento alla caratteristica di un fenomeno o di uno stato fisico. Appartengono a questo gruppo esplicitamente il secondo e il kelvin e in subordine la candela. La terza categoria è quella che fa riferimento a costanti fondamentali e in essa rientrano il metro e l'ampere. TABELLA 2-1 Quantità Nome Simbolo Dimensioni Derivazione Area metro quadro L 2 m 2 Volume metro cubo L 3 m 3 Densità di massa kilogrammo per (o al) metro cubo L -3 M kg/m 3 Velocità lineare metro per (o al) secondo LT -1 m/s Velocità angolare radiante per (o al) secondo T -1 rad/s Accelerazione lineare metro per (o al) secondo quadro LT -2 m/s 2 Accelerazione angolare radiante per (o al) secondo quadro T -2 rad/s 2 Frequenza hertz Hz T -1 1/s Forza newton N LMT -2 kg m/s 2 Pressione pascal Pa L -1 MT -2 N/m 2 Potenza watt W L 2 MT -3 N m/s Energia joule J L 2 MT -2 N m (W s) Carica elettrica coulomb C TI A s Potenziale elettrico volt V L 2 MT -3 I -1 W/A Flusso magnetico weber Wb L 2 MT -2 I -1 V s Densità flusso magnetico tesla T MT -2 I -1 Wb/m 2 Resistenza ohm L 2 MT -3 I -2 V/A Conduttanza siemens S L -2 M -1 T 3 I 2 A/V Capacità farad F L -2 M -1 T 4 I 2 As/V (C/V) Induttanza henry H L 2 MT -2 I -2 Vs/A (Wb/A) Flusso luminoso lumen lm cd sr Illuminamento lux lx lm/m 2 Luminanza nit nt cd/m 2 Concentrazione mole per (o al) metro cubo mol/m 3 Campo elettrico volt per (o al) metro LMT -3 I -1 V/m Campo magnetico ampere per (o al) metro L -1 I A/m Coppia newton metro L 2 MT -2 N m Viscosità dinamica pascal secondo L -1 MT -1 Pa s Tensione superficiale newton per (o al) metro MT -2 N/m Densità di potenza watt per (o al) metro quadro MT -3 W/m 2 Densità di energia joule per (o al) metro cubo L -1 MT -2 J/m3 Capacità termica joule per (o al) kelvin L 2 MT -2 K -1 J/K Resistività ohm metro L 3 MT -3 I -2 W m Permettività farad per (o al) metro L -3 M -1 T 4 I 2 F/m Permeabilità henry per (o al) metro LMT -2 I -2 H/m Densità di corrente ampere per (o al) metro quadro L -2 I A/m 2 Forza magneto motrice amperspira I A 4

5 È estremamente difficile prevedere come si evolverà e si modificherà il gruppo delle unità base nell SI. Certamente il vincolo attuale dell'ampere a una grandezza meccanica quale il kilogrammo, definito tramite il prototipo, limita l'accuratezza delle misure di grandezze elettriche, in contrasto con le disponibilità oggi offerte dalla strumentazione in commercio. Questo lascia presumere che si possa andare presto alla sostituzione con altra dell'unità elettrica fondamentale. Già il CCE, nella diciottesima sessione del 1988, ha raccomandato la riproduzione del volt con l'effetto Josephson, fissando la costante 2e/h= ,9 GHz/V, con un'incertezza di 4 parti in Una giunzione fra due materiali superconduttori costituita da un sottilissimo strato di materiale isolante quando sia irradiata con energia a radiofrequenza di frequenza f presenta una caratteristica tensione frequenza a gradinata indipendente dalle condizioni sperimentali, con una netta distinzione fra i livelli relativi a due gradini successivi. L'ampiezza di un gradino di tensione è data da: h V = 2e f Effetto Josephson in corrente alternata : Relazione tra la tensione (asse orizzontale) e la corrente (asse verticale) ai capi di una giunzione. In rosso sono evidenziati gli intervalli di valore di corrente ( gradini ) in cui il valore della tensione è costante e dipende solamente dalla frequenza del segnale con cui la giunzione viene irradiata. dove h è la costante di Planck, e la carica dell'elettrone. Per mezzo di questa relazione è possibile effettuare una misurazione di tensione elettrica, indirettamente, con una misurazione di frequenza. La giunzione isolante può essere prodotta in diversi modi e in genere per frequenze di qualche decina di gigahertz manifesta livelli di tensione di diverse decine di microvolt. Il volt è quindi il possibile futuro sostituto dell'ampere tra le unità fondamentali. Nella Tabella 2-1 sono riportate alcune importanti unità derivate nell'si, il loro nome, il simbolo, la dimensione e la derivazione. 5

6 Nella Tabella 2-1 sono riportate anche le dimensioni fisiche delle grandezze derivate, avendo indicato le dimensioni della lunghezza con L, della massa con M, del tempo con T e della corrente elettrica con I. L'indicazione dimensionale di una grandezza ha un duplice scopo, sia di facilitare il passaggio da un sistema di misura a un altro, sia di verificare la correttezza qualitativa di una relazione. Infatti per passare da un sistema di misura a un altro basta assegnare a ogni dimensione l'unità corrispondente e trasformare le unità da un sistema all'altro, il che risulta molto utile nel passaggio da vecchi sistemi all'si. Inoltre per un rapido esame della correttezza formale di una relazione si può utilizzare il principio dell'omogeneità dimensionale, in base al quale il primo e il secondo membro di una determinata uguaglianza devono essere dimensionalmente identici. È bene precisare che il CIPM ha anche fissato il modo in cui scrivere le unità di misura e i relativi simboli. Le unità anche se derivate da nomi propri devono essere scritte in carattere tondo, minuscolo e prive di accenti. I simboli vanno scritti con l'iniziale maiuscola se derivati da nomi propri, minuscola in tutti gli altri casi, inoltre, essendo simboli e non abbreviazioni, non devono mai essere seguiti dal punto e infine vanno scritti sempre dopo il valore numerico. L'unità di misura, quando non accompagnata dal valore numerico, nel contesto di una frase va riportata per esteso e mai in simbolo. Per le unità derivate, composte da due o più altre, nella scrittura del simbolo non si devono usare trattini, ma o uno spazio vuoto o un punto a mezza altezza. Per quanto riguarda il prefisso kilo-, la scrittura riportata si preferisce in italiano a quella chilo-, inoltre esso nel simbolo va scritto con la lettera minuscola. Si consiglia infine, nella scrittura di un numero, di suddividere le terne di cifre partendo dalla virgola. Nella Tabella 2-2 sono invece riportate alcune unità ausiliarie il cui uso è ancora temporaneamente ammesso o riservato solo a campi specifici. Per concludere questo paragrafo si riportano sinteticamente alcune definizioni relative ai sistemi di unità di misura. Un sistema si dice completo quando le sue unità fondamentali siano tali da consentire di rappresentare tutti i fenomeni osservabili. L'aggettivazione di assoluto compete ai sistemi caratterizzati dall'invariabilità temporale e spaziale delle unità per la cui definizione non occorre quindi ricorrere a sperimentazioni. Un sistema, come si è detto, è coerente quando il prodotto e il quoziente di più unità danno luogo a una nuova unità di valore unitario. Decimale è il sistema i cui multipli e sottomultipli delle sue unità sono potenze del dieci. Un sistema si dice razionalizzato quando i coefficienti numerici che legano le diverse grandezze contengono il numero irrazionale solo in formule relative a configurazioni circolari, sferiche o cilindriche. Si ricorda che la razionalizzazione dei sistemi di unità è dovuta all'acume di Giovanni Giorgi, che includendo il fattore 4 nell'espressione della permeabilità del vuoto, consentì di far scomparire il numero irrazionale dalle equazioni dei campi non circolari scritte in unità CGS. Un'ultima notazione va fatta a proposito della temperatura, per la quale oltre al kelvin è previsto anche l'uso del grado celsius che ha per simbolo C, detto anche meno propriamente grado centigrado. Per definire la scala fondamentale delle temperature termodinamiche si fa riferimento al punto dello zero assoluto, al quale i corpi posseggono un'energia termica nulla. A scopi pratici sono stati fissati due punti sulla 6

7 scala di temperatura Kelvin, precisamente 273,15 K e 373,15 K, che definiscono la scala pratica internazionale di temperatura, ovvero le temperature di riferimento, 0 C e 100 C, della scala Celsius. Così in termini di intervalli di temperatura si ha la seguente uguaglianza 1 K = 1 C, mentre come livelli di temperaura per ottenere dai gradi celsius i kelvin occorre aggiungere 273,15. TABELLA 2-2 Quantità Simbolo Equivalente SI giorno d s ora h s minuto (tempo) min 60 s grado (angolo) /180 rad minuto (angolo) ' / rad secondo (angolo) " / rad ara a 1 dm 2 = 100 m 2 ettaro ha 1hm 2 =10 4 m 2 barn b 100 fm 2 =10-28 m 2 atmosfera standard atm Pa bar bar 0,1 MPa = 10 5 Pa litro l 1 dm 3 =10-3 m 3 tonnellata t 10 3 kg = 1 Mg unità di massa atomica u 1, kg angstrom Å 0,1 nm = m elettron-volt ev 1, J curie Ci 3, s -1 rontgen R 2, C/kg 2.4 CAMPIONI METRICI E SISTEMA DI CERTIFICAZIONE Uno dei problemi più delicati e di più difficile soluzione nell'ambito della metrologia è quello di definire e realizzare opportuni campioni delle unità di misura adottate, in modo da ottenere riferimenti precisi e accessibili a chiunque avesse interesse a utilizzarli. Inizialmente i campioni erano dei prototipi che consentivano essi stessi la definizione delle unità di misura. Si ricordino il metro e il kilogrammo degli archivi. Oggi, come si è visto, questo è valido solo per il kilogrammo, in quanto i prototipi hanno svariati difetti quali la variazione delle caratteristiche con il tempo, l'influenza delle condizioni ambientali, il limite nell'accuratezza della loro misura. Attualmente i migliori campioni sono quelli atomici per l'invariabilità delle proprietà degli atomi in un isotopo di un dato elemento. Infatti i requisiti di un buon campione sono soprattutto quelli di elevata accuratezza e di stabilità, ovvero di invariabilità con il tempo, e quindi quelli di accessibilità e riproducibilità. L'accuratezza è requisito indispensabile perché si possa contare su un riferimento certo, per tutti coloro che avessero necessità di controllare la taratura dei propri strumenti di laboratorio. La stabilità come si è detto è notevolmente migliorata 7

8 con l'adozione dei campioni atomici, che, a differenza di altri, risentono in minima parte l'effetto delle grandezze di influenza. In tal modo risulta anche meno problematica l'accessibilità al campione a scopi di confronto. La riproducibilità di un campione, necessaria per cautelarsi da accidentali danneggiamenti, richiede che siano precisati nei minimi particolari i dati di progetto e di costruzione. Poiché non è pensabile poter disporre di campioni metrici che presentino le precedenti caratteristiche in tutti i laboratori dove si eseguono tarature, si è pensato di realizzare diversi tipi di campioni di misura. Come per le unità di misura esistono quelle fondamentali e quelle derivate, così i campioni si classificano in: internazionali, nazionali, primari, secondari, di riferimento, di lavoro (o operativi), da trasporto e intrinseci. I campioni internazionali di misura sono quelli definiti come riconosciuti dai sottoscrittori di un accordo internazionale ed intesi al servizio del mondo intero. Basati su un accordo internazionale sono valutati e controllati mediante misure assolute, in termini delle unità fondamentali. Questi campioni sono conservati dal BIPM (Bureau International des Poids et Mesures) e non sono disponibili per l'ordinaria taratura degli strumenti di misura. I campioni nazionali di misura sono quelli riconosciuti da una autorità nazionale per essere utilizzati nello Stato o nell economia come strumento base per l assegnazione dei valori delle grandezze ad altri campioni di misura della stessa natura. Essi sono quelli disponibili presso i laboratori metrologici dei paesi aderenti alla Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure (CGPM). Essi rappresentano dei campioni primari, definiti come quelli impiegabili per una procedura di misura primaria, o creati come oggetto, scelto per convenzione, e sono tarati indipendentemente, mediante misure assolute in ognuno dei laboratori nazionali. I risultati delle misure sono confrontati con quelli ottenuti dagli altri laboratori, per giungere a un valore medio mondiale relativo a quel campione, con la definizione dell'incertezza. I Cicli internazionali di confronto sono organizzati dai singoli comitati consultivi del CIPM e, in ambito della Unione Europea (UE), dal "Bureau Communautaire de Référence" (BCR). I campioni primari hanno lo scopo di consentire la verifica e la taratura dei campioni secondari. In Italia, la realizzazione dei campioni metrici primari è affidata all'istituto Elettrotecnico Nazionale Galileo Ferraris (IENGF) e all'istituto di Metrologia Gustavo Colonnetti (IMGC), che sono confluiti nell'inrim (Istituto nazionale di ricerca metrologica) con Decreto Legislativo n. 38 del 21 gennaio Uno degli istituti metrologici più famosi nel mondo è quello allogato a Gaithersburg e Boulder negli USA, che dal 1988 ha assunto il nome di National Institute of Standards and Techonology (NIST), cambiando quello più noto di National Bureau of Standards (NBS), istituito nel I campioni secondari (detti anche campioni di prima linea) sono quelli tarati attraverso un confronto con i campioni primari relativi alla grandezza in esame e rappresentano, insieme con i campioni primari, i cosiddetti campioni di riferimento, definiti come quelli destinati alla taratura di altri campioni di misura per grandezze della stessa natura in una determinata organizzazione o in un dato ambiente. Essi sono utilizzati nei laboratori di misura dell'industria e dei centri di taratura, cui è demandato il compito del loro mantenimento e della verifica periodica. Essi con una certa frequenza sono inviati presso gli istituti primari per una verifica della taratura, inoltre dispongono di un certificato attestante la data della verifica e lo scostamento del valore da quello del campione primario. I campioni di lavoro o operativi (detti anche campioni di seconda linea) definiti come quelli impiegati di routine per tarare o verificare la taratura di strumenti o sistemi 8

9 di misura. Sono quelli disponibili sul mercato a prezzi contenuti in un ampio campo di valori, per consentire il controllo e la taratura di strumenti da laboratorio impiegati per svariate applicazioni industriali. La loro accuratezza è in genere dell'ordine di parti per milione (ppm). La loro utilizzazione è aumentata notevolmente con l'avvento dei sistemi automatici di prova e di quelli di controllo della qualità. In questi casi consentono di verificare che il sistema di misura operi nei limiti di accuratezza richiesti. I campioni operativi sono controllati in sequenza e con una certa periodicità all'interno dei laboratori industriali mediante i campioni secondari. I campioni da trasporto sono quelli realizzati con tecniche particolari in modo che possano essere trasportati fra luoghi diversi senza danneggiarsi o perdere le loro caratteristiche. I campioni intrinseci sono quelli basati su una proprietà intrinseca e riproducibile di un fenomeno o di una sostanza. Così ad esempio una cella dove è conservato il punto triplo dell acqua costituisce un campione intrinseco della temperatura termodinamica. Così un riferimento di tensione ad effetto Josephson rappresenta un campione intrinseco di differenza di potenziale elettrico, ovvero di tensione. A causa della difficoltà di realizzazione di un campione di ampere, in base alla definizione di esso data nell'si, la maggior parte degli istituti metrologici nazionali utilizza banchi di pile campione e resistori per il mantenimento dei campioni primari dell'ampere. Il confronto degli standard nazionali è fatto regolarmente attraverso il BIPM a Sevres in Francia. Quindi il campione di intensità di corrente elettrica è ricavato dalla legge di Ohm mediante due campioni, uno di f.e.m. e uno di resistenza. In Italia entrambi i campioni sono custoditi presso l'inrim di Torino. Il campione di f.e.m. è un gruppo di pile Weston sature, controllate mediante l'effetto Josephson, il che assicura un'incertezza intorno a 10-7 ; quello di resistenza elettrica è definito come la resistenza media di un gruppo di 10 resistori campione in manganina da 1, con un'incertezza di rispetto a quello del BIPM. Allo scopo di evitare l'influenza delle resistenze di contatto tra resistore e circuito di misura, i resistori campione presentano una particolare realizzazione a quattro morsetti, due amperometrici esterni, in genere di dimensioni geometriche maggiori degli altri due, attraverso i quali il resistore è soggetto al passaggio della corrente elettrica, e due voltmetrici interni rispetto a quelli amperometrici, dai quali si preleva la caduta di tensione causata dalla circolazione della corrente elettrica Il confronto tra le pile campione, nonostante mostri che esse presentano un elevato livello di precisione e stabilità, non garantisce il valore assoluto delle pile stesse. Per far questo attualmente nei laboratori primari si ricorre sempre più frequentemente all'effetto Josephson. Sfruttando l'effetto Josephson si riesce a correggere la deriva delle f.e.m. delle pile campione il che ha permesso di ottenere una maggiore uniformità nelle misure del volt tra i diversi laboratori primari. Per quanto attiene ai resistori campioni a essi si richiede stabilità, basso coefficiente di temperatura e l'insorgere di f.e.m. termoelettriche di entità trascurabile nel contatto tra materiali diversi. I migliori risultati in tal senso si sono ottenuti con leghe di rame, manganese e nickel, immerse in olio. La riferibilità metrologica delle misurazioni è la proprietà che ha un risultato di misura solo quando tale risultato possa essere ricondotto a un riferimento attraverso una catena ininterrotta e documentata di tarature, le quali contribuiscono ciascuna alla determinazione dell incertezza di misura. La riferibilità ai campioni nazionali o internazionali delle unità del Sistema Internazionale (SI) delle unità di misura, con 9

10 riferimento alle misure eseguite nei laboratori dell'industria e dei centri di ricerca è oggi garantita dal Servizio di Taratura in Italia (SIT), che opera secondo quanto previsto dalla normativa tecnica, dagli accordi internazionali siglati dal SIT e dalla legge n 273/91 sul Sistema Nazionale di Taratura. La certificazione rilasciata dal SIT ha una validità che supera l'ambito nazionale, in quanto il SIT è consociato alla WECC (Western European Calibration Cooperation) che vede dal 1975 la partecipazione di più di una decina di paesi europei. Con funzioni analoghe al SIT in Italia operano il BCS (British Calibration Service) in Inghilterra e il DKD (Deutscher Kalibrierdienst) in Germania, questi servizi hanno concordato il mutuo riconoscimento dell'equivalenza tecnica dei rispettivi certificati di taratura. Nel 1991 è stato istituito l SNT (Sistema Nazionale di Taratura) con il compito di disseminazione delle diverse unità di misura sul territorio nazionale. Esso è composto dai laboratori primari dell'inrim, dell'enea (Ente Nazionale per la Ricerca e per lo Sviluppo dell'energia Nucleare e delle Energie Alternative) e dell'iss (Istituto Superiore di Sanità), dal SIT e da una serie sempre crescente di laboratori accreditati dagli istituti primari di metrologia. Questi laboratori, detti anche Centri di Taratura, operano come laboratori secondari, riconosciuti idonei ad affiancare gli istituti primari nella disseminazione delle unità di misura. Ogni centro di taratura è dotato di campioni secondari o di prima linea, che vanno verificati negli istituti primari e quindi devono assicurare stabilità anche se soggetti a trasporto. Per accreditamento si intende attestazione dell acquisizione delle competenze e consiste in un procedimento con cui un organismo riconosciuto attesta formalmente la competenza di un altro organismo (o di una persona) a svolgere specifiche funzioni. I centri di taratura autorizzati devono quindi avere l accreditamento SIT. Gli enti normatori in Italia sono l UNI (Ente Nazionale Italiano di Unificazione) e il CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano). Questi enti sono i rappresentanti italiani nei principali organismi di normazione e certificazione internazionali, l UNI nell ISO e il CEI in: IEC, CENELEC, IECQ, IECEE, CIGRE, AVERE. Il CEI inoltre, tramite il CONCIT, partecipa all attività dell ETSI, ente normatore europeo nel settore delle telecomunicazioni. Nel 1988 l UNI e il CEI, con il patrocinio del Ministero dell Industria del Commercio e dell Artigianato (MICA), del CNR, dell ENEA e delle Camere di Commercio, Industria, Artigianato e Agricoltura, hanno dato vita al SINAL (Sistema Nazionale per l Accreditamento dei Laboratori). L accreditamento, ovvero l accettazione in ambito nazionale dei risultati delle prove eseguite, è concesso ai laboratori di prova nazionali ed esteri che operano in conformità alle norme UNI CEI EN ed alle prescrizioni dello stesso SINAL. Nel 1991, sempre per iniziativa dell UNI e del CEI, con la partecipazione di MICA, CNR ed ENEA, è stato costituito un altro ente di accreditamento, il SINCERT (Sistema Nazionale per l Accreditamento degli Organismi di Certificazione). Il compito specifico di quest ente è quello di accreditare organismi di certificazione di sistemi di qualità, prodotti, personale, sistemi di gestione ambientale e organismi di ispezione. A seguito di una direttiva comunitaria (regolamento CE 765/2008) che prevede in ogni nazione un unico istituto di accreditamento, nel 2009 il SINAL e il SINCERT si sono fusi in ACCREDIA ed è sorto il COPA (Consorzio pubblico per l accreditamento). 10