Acquisizione Dati in condizioni difficili: prove affidabili per applicazioni scabrose

Per le prove in condizioni realmente difficili - quali umidità eccezionale, temperature abnormi e vibrazioni estreme - sono necessarie apparecchiature di misura e prova ultra-robuste, se si vogliono ottenere risultati di misura precise. Per garantire tale elevato livello di prestazioni, la strumentazione per l'acquisizione dati deve essere provata a fondo prima di utilizzarla in campo. Usando i nuovi robusti moduli QuantumX come esempio, vogliamo descrivere in dettaglio le relative procedure di prova. 

I nuovi moduli QuantumX vengono denominati ultra-robusti. Ma cosa garantisce la durevolezza operativa e l'affidabilità di acquisizione nelle prove che abbiano luogo in terreni e condizioni meteorologiche scabrose?

A prima vista, il semplice impiego di una custodia metallica sigillata e di connettori resistenti sembra essere sufficiente a rendere l'apparecchiatura di acquisizione dati (DAQ) idonea per tutti gli ambienti. Tuttavia, una delle prime sfide è di esaminare più da vicino le applicazioni a cui essa è destinata e le specifiche condizioni ambientali, poiché esse possono influenzare la progettazione globale di questa unità DAQ. Le adatte applicazioni ultra-robuste dovrebbero comprendere gli impieghi mobili e stazionari nelle costruzioni edili e minerarie, quelli in agricoltura ed in marina, come pure quelli nei laboratori sperimentali. 

Lavorando a stretto contatto con gli utenti, la HBM ha collezionato profili di carico tipici, usandoli poi per sviluppare un'ampia gamma di filtri per ottimizzare la qualità dei dati. I profili di carico sono una miscela di ampiezze e frequenze raccolte nel corso del tempo, la cui combinazione è variabile influenzando diversamente la strumentazione di acquisizione dati. 

Garanzia di affidabilità

La HBM è inoltre impegnata a focalizzare le prove ambientali, simulando le situazioni fisiche più impegnative al fine di garantire l'affidabilità dei propri moduli di acquisizione dati in ambienti difficili.

Lo sviluppo delle prove standardizzate è l'aspetto principale di questo lavoro, in quanto le prove standardizzate restituiscono informazioni preziose per lo sviluppo di moduli capaci di fornire risultati riproducibili. Ad esempio, i moduli restano completamente operativi allorché l'imballaggio è schiacciato od un filo è rotto?

Molte delle verifiche di affidabilità vengono effettuate nei laboratori accreditati HBM per le prove ambientali. Essi sono equipaggiati con camere ambientali, sistemi elettromeccanici per urti e vibrazioni, bacini idrici e strutture per prove EMI: vengono utilizzate anche strutture di prova esterne specializzate per la verifica addizionale delle prestazioni.

Prove dell'influenza della temperatura e dell'umidità

Figura: prova di passaggio del punto di rugiada

Una delle importanti specifiche di progettazione era la necessità dell'estensione del campo di temperatura ambientale a -35 ... 80 °C (-30 ... 175°F) per i nuovi moduli QuantumX robusti.

La verifica che i moduli potessero funzionare propriamente anche a queste temperature estreme era effettuata con camere climatiche per esaminare l'influenza sulle unità di rapide variazioni cicliche di temperatura ed umidità. Queste prove assicurarono la continuazione del funzionamento in tali condizioni ambientali sia transitoriamente, che durante il magazzinaggio, che durante l'esercizio.   

Per determinare la capacità dell'unità a sopportare gli sbalzi di temperatura, furono effettuate prove di shock termico. Esse sono le prove più severe di tutte quelle di temperatura perché comportano variazioni rapide dei ratei di variazione della temperatura. I moduli sono progettati per variazioni operative del rateo di 30°C al minuto. Sono verifiche particolarmente critiche perché i moduli si possono impiegare per prove invernali dei veicoli, ove essi sono completamente congelati da spenti per poi riscaldarsi dopo la riaccensione.

Gli ingegneri della HBM simulano le condizioni reali esponendo il modulo a -40 °C per tre ore, portandolo poi a 85°C entro breve tempo. La temperatura resta a questo livello per ulteriori tre ore prima di essere riportato a temperatura ambiente, così da passare il punto di rugiada e provocare la condensa dell'acqua per verificarne l'effetto sul modulo. Questa prova viene ripetuta almeno dieci volte. 

Prove di urti e scuotimenti

La resistenza agli urti e scuotimenti di un componente o di un gruppo si verifica con le prove di vibrazione. Esse sono richieste per determinare la resistenza dei moduli quando vengono impiegati per prove in campo su terreno molto accidentato. La maggior probabilità di danni si verifica quando lo strumento vibra alla sua frequenza naturale o frequenza di risonanza. 

Figura: Prova di vibrazione 

Per garantire la massima vita operativa, il modulo viene montato su uno shaker o sistema vibrante e quindi sottoposto ad un profilo di vibrazione con ampiezza di 5 g, per 35 minuti, fra 55 e 2000 Hz in tutti e tre gli assi direzionali. Ogni frequenza di risonanza individuata viene riprovata per ulteriori 5 minuti con ampiezza costante di 0,06 pollici (1,524 mm). Le frequenze inferiori di 10 ... 55 Hz vengono spazzolate in un minuto, con durata complessiva delle prove di 2 ore in ciascuna direzione. 

Figura: Prova di vibrazione – spazzolata sinusoidale 

Similmente, per la prova d'urto dell'unità era specificata un'ampiezza di 35 g. Per questa prova il modulo era montato su un sistema vibrante e sottoposto ad urti di ampiezza di 35 g per 6 ms in tutti e tre gli assi direzionali. 

Figura: Prova di urto 

Infine, l'unità è stata sottoposta a prove di caduta dall'altezza di un metro, verificando la correttezza del funzionamento dopo l'impatto. 

Prove d'infiltrazione di acqua, polvere e sporcizia

La HBM effettua le prove in due parti. Sia per IP65 che IP67, il modulo è posto in una camera a polvere sigillata ermeticamente in cui una pompa fa circolare polvere di talco estremamente fine. Viene utilizzata una pompa a vuoto per assicurare che il modulo stesso resti al di sotto della pressione atmosferica ambientale. Queste prove ebbero successo poiché non si verificò alcuna infiltrazione di polvere nell'unità.  

Nella seconda parte della prova IP65, il modulo fu esaminato per alcune ore con un getto d'acqua proveniente da un ugello ad alta pressione. Per l'IP67, il modulo fu immerso in acqua alla profondità di un metro per 24 ore. In ambedue i casi non fu scoperta alcuna infiltrazione di acqua.   

Figura: Prova IP - Camera di prova a polvere 

Figura: Prova IP - acqua proiettata da un ugello ad alta pressione

Prove di interferenze elettromagnetiche ed immunità (EMI)

A parte la possibile influenza del radar di una nave, le applicazioni per cui è progettato l'ultimo robusto modulo della HBM non richiedono specifici requisiti EMI. Ciò nonostante, la HBM ha provato le interferenze elettromagnetiche secondo la norma EN 61326, e le unità hanno ottenuto il marchio CE essendo risultate conformi alle EMI ed alle Direttive sulla Bassa Tensione.

 

Ulteriori criteri ambientali

Sebbene la HBM abbia provato rigorosamente i propri robusti moduli QuantumX per soddisfare i più stringenti requisiti, esistono ulteriori criteri che non erano considerati essenziali per la verifica di questi moduli.

Essi comprendono: 

  • Bassa pressione (altitudine) – I moduli sono muniti di una speciale membrana, ma non è stata eseguita alcuna prova a bassa pressione o sotto vuoto.
  • Sensibilità alle sostanze chimiche, ai media ed all'ambiente salino. 
  • Influenza dei raggi solari diretti. 
  • Effetti magnetici. 
  • Esplosione ed infiammabilità. 

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Tecnologia di misura robusta dalla HBM

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