Tracciabilità metrologica nella misurazione della forza Tracciabilità metrologica nella misurazione della forza | HBM

Come abbreviare i tempi per le misurazioni comparative

Anche se non se ne siamo consapevoli, la tracciabilità metrologica è importante per la nostra vita quotidiana. Ad esempio la costruzione automobilistica è impensabile senza dimensioni meccaniche corrette. La tracciabilità garantisce che un risultato di misurazione possa essere riferito o correlato a uno standard. Un valore di misura tracciabile è correlato a questo standard riconosciuto da una catena continua di misurazioni comparative con incertezza di misura nota. Tuttavia, per ciascuna di queste continue misurazioni del confronto, il risultato di questo diventa "ordine inferiore". Gli strumenti di misurazione attentamente selezionati possono ridurre questo effetto. Per questo motivo, le misurazioni comparative, sia che si tratti di misurazioni comparative internazionali, come "confronti chiave CIPM" o "confronti chiave RMO", che di misure comparative multilaterali o bilaterali da parte di laboratori accreditati, devono essere eseguite con la massima cura.

Per preparare una misurazione comparativa, un laboratorio pilota con diversi anni di esperienza, che di solito ha anche richiesto questo tipo di misurazione, sviluppa quello che viene chiamato il "protocollo tecnico", definendo le specifiche per i sistemi di misurazione da utilizzare. Infine, un budget di incertezza di misura deve essere disponibile in ogni laboratorio partecipante, che a sua volta dipende dalle apparecchiature di misurazione utilizzate. Tali misurazioni comparative richiedono naturalmente molto tempo, impiegando da due mesi a un anno a seconda del tipo. Pertanto, vale la pena provare a ridurre il tempo richiesto.

È diventato evidente che i trasduttori basati su estensimetri (SG) presentano le più basse incertezze di misura per le variabili misurate forza e coppia. Pertanto, vengono utilizzati come trasduttori di riferimento e standard di trasferimento per misurazioni comparative.

Trasduttori di forza di trasferimento TOP

Come produttore di soluzioni tecnologiche di misurazione, HBM ha acquisito, nel corso di diversi decenni, il know-how specialistico necessario per poter offrire catene di misura di riferimento. I trasduttori di forza di riferimento della serieTOP-Z30A  si mettono in evidenza come rappresentanti dei trasduttori di forza di trasferimento TOP e sono stati appositamente progettati per misurazioni comparative internazionali. TOP-Z30A offre una precisione estremamente elevata sia per le forze di trazione che per quelle di compressione e supera i requisiti della più alta classe di precisione 00 della norma internazionale ISO 376: 2011, in parte fino a un fattore di 10. Allo stesso tempo, i sensori hanno una ripetibilità particolarmente elevata. TOP-Z30A è disponibile di serie con TEDS, un tipo di scheda elettronica integrata con il trasduttore. TEDS (Transducer Electronic Data Sheet) consente di leggere i dati direttamente nell'amplificatore di misura. Se il trasduttore viene inviato da un laboratorio all'altro durante un confronto inter-laboratorio, il tempo necessario per configurare la catena di misurazione nel rispettivo laboratorio si riduce significativamente.

Fig. 1: TOP-Z30A Transfer Reference Force Transducer

Trasduttore di trasferimento di coppia TN

Fig. 2: TN Reference Torque Transducer

I trasduttori di coppia di riferimento TN di HBM sono inoltre ottimizzati per le misurazioni comparative internazionali. In questo caso, la sfida speciale è che per le misurazioni comparative è richiesto un design monolitico a forma di albero. Tuttavia, i sensori dell'albero possono essere progettati solo come sensori "aperti" e non ermeticamente chiusi, come nel caso della parte migliore dei sensori basati su estensimetri. Ciò pone la sfida di rendere il sensore immune alle fluttuazioni dell'umidità relativa, una necessità anche se i laboratori sono climatizzati poiché il sensore deve essere trasferito da un laboratorio all'altro.

La versione utilizzata per il trasduttore di coppia di riferimento TN mostra una dipendenza così bassa dall'umidità che la “regolazione climatica” può essere eseguita nel più breve tempo possibile. Ciò implica che il tempo totale richiesto per passare attraverso tutti i laboratori, incluso il tempo di trasferimento, può essere ridotto, ma i risultati soddisfano ancora una certa condizione di misurazione.

Amplificatori di precisione

Poiché il segnale proveniente dal ponte di Wheatstone di un trasduttore basato su estensimetri è estremamente piccolo, è sempre necessario un amplificatore a ponte per poter finalmente visualizzare o elaborare il risultato. Il trasduttore di riferimento e l'amplificatore di misura di precisione formano insieme una catena di misura di precisione. I requisiti imposti su questi amplificatori di misura di precisione sono persino superiori ai requisiti sui trasduttori di riferimento associati.

L'amplificatore di precisione DMP41 idi HBM è l'amplificatore più preciso per misurazioni estensimetriche in tutto il mondo, rendendolo ideale per misurazioni di confronto internazionali. È il risultato dello sviluppo della serie DMP, che dura ormai da più di quattro decenni; colpisce per la sua eccezionale stabilità a lungo termine e la facilità d'uso, come il funzionamento del touchscreen. L'impatto dell'umidità sulla sensibilità, come spiegato sopra, è rilevante anche per gli amplificatori di precisione: con un budget di incertezza di misura in costante diminuzione, l'influenza dell'umidità non può più essere trascurata. Questa consapevolezza è stata considerata nello sviluppo del dispositivo e, quindi, la sensibilità del DMP41 all'umidità potrebbe essere ridotta di circa un'altra potenza di 10, rispetto al suo dispositivo precedente, il DMP40.

Fig. 3: DMP41 Precision Amplifier

Esperienza HBM nella misurazione di precisione

Solo per dare una idea, la macchina torque dead weight di 20 kN · m di HBM aveva il ruolo di "standard nazionale" in Germania fino al '92/'93, è mostrata nel teaser di questa pagina .