I cavi ed il loro impatto sull'apparecchiatura di misura e prova

Per ottenere risultati di misura accurati ed affidabili usando la moderna strumentazione di misura e prova, sono indispensabili competenza e componenti di alta qualità. La maggior parte degli utenti danno per scontato che i trasduttori, gli amplificatori ed il software di misura debbano soddisfare elevati requisiti di qualità. Ma anche i cavi di misura che collegano i trasduttori agli amplificatori devono soddisfare requisiti elevati. Poiché la bontà della catena di misura non può essere superiore a quella del suo anello più debole, si raccomanda di optare per componenti di elevata qualità.

Misurare le grandezze fisiche è fondamentale per molte applicazioni. La misurazione affidabile e precisa delle grandezze rilevanti è importante sia nello sviluppo (ove la strumentazione di misura e prova si usa, ad esempio, nei banchi prova), che nelle linee di produzione (ove la strumentazione di misura e prova è una componente chiave per la garanzia della qualità). Per convertire la grandezza fisica nel segnale di misura si deve usare il giusto trasduttore che si accordi perfettamente a tale grandezza. Un cavo idoneo ha il compito di trasmettere  il segnale all'amplificatore che rende disponibile il valore di misura al successivo software di analisi od alla seguente architettura di controllo di alto livello. I segnali deboli e le interferenze elettromagnetiche dell'ambiente sono le maggiori sfide che tali cavi di misura devono affrontare. 

I progetti di cablaggio nelle applicazioni industriali, nei laboratori di prova o negli ambienti di automazione costituiscono sfide importanti. La disponibilità del sistema è di particolare importanza per la produzione. Di conseguenza, i requisiti sono notevolmente superiori a quelli ad esempio occorrenti per gli uffici. I cavi ed i relativi connettori devono non solo essere particolarmente robusti, ma possedere anche eccellenti proprietà di trasmissione. Non occorre dire che oltre a soddisfare tali requisiti meccanici e di prova, i cavi di misura devono anche rispettare le direttive e normative pertinenti. Oltre alla ROHS  (2011/65/EC) ed alla WEEE (2012/19/EC), esistono altre direttive per specifici campi di applicazione. Ad esempio, la direttiva ATEX (94/9/EC) ha un ruolo importante nelle applicazioni in atmosfere potenzialmente esplosive. 

Gli aspetti meccanici sono fondamentali per la qualità dei cavi e dei connettori. La robusta struttura meccanica è il presupposto per una buona proprietà di trasmissione. Elevata forza di contatto, eccellente conduttività e l'adeguata materia prima sono i fattori più importanti che influiscono sugli organi di connessione. Quindi, quando un'apparecchiatura di misura e prova viene utilizzata per le più svariate applicazioni, si deve tener conto del numero di cicli di innesto e disinnesto. Si devono inoltre considerare la resistenza d'isolamento o la rigidità dielettrica oltre alla potenziale carica elettrostatica dei componenti non conduttivi.

A seconda delle condizioni ambientali dell'applicazione in atto, i cavi devono soddisfare requisiti addizionali. Se, ad esempio, vengono usati all'aperto, ciò comprende la resistenza agli olii, all'acqua ed agli agenti atmosferici. Nelle applicazioni in cui il trasduttore è montato su parti mobili, l'ulteriore requisito è che i cavi siano adatti alle catene di trascinamento. Ciò significa che le proprietà del cavo non devono essere influenzate negativamente dai frequenti movimenti e dalla loro curvatura con raggio predefinito. 

Oltre alle caratteristiche meccaniche sono ovviamente di massima importanza le proprietà elettriche del cavo di misura. È essenziale che il cavo trasmetta all'amplificatore il segnale effettivamente generato dal trasduttore. Risulta cruciale la trasmissione esente da interferenze, poiché tali segnali sono sovente molto piccoli - per esempio di pochi µV. Le interferenze elettromagnetiche, generate dai componenti elettronici di potenza quali gli azionamenti elettrici, i convertitori di frequenza o gli alimentatori, possono essere considerevoli, soprattutto negli ambienti industriali. Quanto detto vale anche se tutti gli strumenti sono conformi alla direttiva EMC (2004/108/EC), poiché perfino le basse interferenze possono avere influenza sui segnali deboli. Per trasmettere tali segnali senza interferenze, i cavi di misura devono possedere una schermatura adeguata.

Di regola, per garantire la sufficiente insensibilità alle interferenze, i cavi devono essere schermati: nella maggioranza dei casi, per lo schermo viene usato materiale non magnetico quale il rame o l'alluminio. Solitamente lo schermo del cavo consiste di due serie di fili intrecciati che corrono in direzioni opposte. Il vantaggio di questa struttura è quello di schermare dai campi elettromagnetici pur conservando l'elevata flessibilità del cavo: la densità e la forza della calza determinano la qualità della schermatura. È essenziale che lo schermo copra la più ampia superficie del conduttore o del paio di conduttori da proteggere, per minimizzare il coefficiente di penetrazione. Per garantire una buona schermatura, deve essere coperta una superficie del circa 95 %: già con meno del 90 % di copertura non viene garantita un'affidabile protezione dalle interferenze e, pertanto, non è possibile l'impiego per segnali molto piccoli. 

Contrariamente alle reti di cablaggio degli ambienti per uffici, per i cavi di misura non esistono norme pertinenti che definiscano in modo uniforme le caratteristiche principali quali la struttura della schermatura. Gli specialisti delle misurazioni della HBM offrono cavi di misura per un'ampia gamma di applicazioni diverse, al fine di soddisfare gli speciali requisiti della tecnologia di misura e prova. Ad esempio, il cavo a sei conduttori della serie 7.5/00-2/2/2, è stato specificamente sviluppato per applicazioni che utilizzino il metodo di misura a frequenza portante. Questo cavo è caratterizzato dalla bassissima capacità fra i fili e fra i fili e lo schermo. Sia il mantello esterno che i rivestimenti intermedi sono di poliuretano, il quale assicura l'elevata flessibilità di tutto il cavo. Nelle cosiddette prove della catena di trascinamento effettuate durante lo sviluppo di questo cavo, esso dimostrò la sua resistenza alla ripetuta piegatura con raggio di curvatura di 75 mm. I fili sono avvolti e schermati a coppie. Una schermatura addizionale ricopre tutti i fili e garantisce l'estrema resistenza alle interferenze.  Grazie alla sua robustezza, alla resistenza all'abrasione ed a quella alle intemperie del mantello esterno, questo cavo è perfettamente idoneo all'impiego all'aperto. 

Risultati di prova affidabili e precisi richiedono condizioni ottimali. La completa catena di misura (trasduttore, cavo di misura, amplificatore e software) deve soddisfare gli elevati standard di qualità. La HBM, con oltre 60 anni di esperienza nelle misure e prove, fornisce la soluzione che meglio si adatta alla vostra applicazione, anche per quanto concerne i cavi di misura.