Strumento di misura

Caratteristiche metrologiche statiche

Con caratteristiche statiche si intendono l’insieme delle proprietà metrologiche che consentono una esaustiva descrizione del funzionamento di un trasduttore, operante in specifiche condizioni ambientali, quando: sono imposte al suo ingresso variazioni lente del misurando, ed in assenza di shock, vibrazioni ed accelerazioni (a meno che, ovviamente, queste grandezze fisiche siano esse stesse l’oggetto della misura).

Se non si specifica altrimenti per condizioni ambientali si fa riferimento a:

  • campo di variazioni della temperatura compresa tra 15° e 35° C;
  • umidità relativa sempre inferiore al 90%;
  • pressione compresa nell’intervallo tra circa 90÷110 kPa.

Nelle ipotesi in cui si potessero scegliere le caratteristiche metrologiche statiche di un trasduttore, si desidererebbe, evidentemente, che la curva di graduazione assuma un andamento lineare, che si traduce ossia in sensibilità costante nel campo di misura scelto, essendo la sensibilità la derivata della curva di graduazione.

Occorre osservare che non è possibile determinare il valore vero di una grandezza fisica, ma possono essere utilizzati campioni oppure valori numerici rilevati con altra strumentazione, i cui campi di incertezza siano di ampiezza sufficientemente contenuta per gli scopi che lo sperimentatore si prefigge. Inoltre, anche se sono stati ridotti a valori trascurabili gli effetti dovuti alle cause di errore sistematico, ripetendo le operazioni di calibrazione si otterrà una distribuzione dei valori misurati, dovuta a variazioni di natura casuale sia del misurando, che delle condizioni di funzionamento del trasduttore, che, infine, dei parametri ambientali.

Per definire compiutamente le proprietà metrologiche di un trasduttore occorrerà quantificare le caratteristiche che qui di seguito sono elencate. Dette caratteristiche fanno riferimento o ad un intervallo di tempo oppure ad un numero minimo di cicli completi di misura, che possono essere imposti senza che si determini un’alterazione non prevedibile delle proprietà metrologiche del trasduttore.

Caratteristiche metrologiche funzione del tempo (dinamiche)

Le caratteristiche metrologiche che risultano funzione del tempo sono:

Quando il trasduttore deve seguire rapide variazioni della grandezza da misurare, operando sempre in specificate condizioni ambientali, occorre evidentemente integrare le caratteristiche metrologiche statiche con quelle dinamiche.

Considerando un ingresso sinusoidale e la corrispondente uscita a regime, si individua la risposta in ampiezza e la risposta in fase. Mediante le curve che esprimono gli andamenti sia del rapporto dell’ampiezza in uscita e di quella in ingresso che della fase in funzione della frequenza del segnale sinusoidale applicato all’ingresso, si viene a caratterizzare completamente, come è noto, il comportamento dinamico di un sistema. Si individuano, infatti, l’errore dinamico e la banda passante.

Una volta che sia stato definito un valore accettabile dell’errore dinamico (costituito da una quotaparte funzione delle ampiezze e da un’altra dipendente dalle fasi) e nota la specifica curva di ampiezza e di fase, si definisce banda passante quell’intervallo di frequenze all’interno del quale l’errore dinamico compiuto è al massimo pari all’errore dinamico ritenuto accettabile.

Per completezza si ricorda che le condizioni di idealità sono:

  1. andamento costante del rapporto dell’ampiezza del segnale in uscita dal trasduttore con quello in ingresso in funzione della frequenza del segnale in ingresso;
  2. andamento lineare della fase in funzione della frequenza del segnale in ingresso.

I sistemi lineari possono essere classificati in:

  • sistemi di ordine zero;
  • sistemi del primo ordine;
  • sistemi del secondo ordine;
  • sistemi di ordine superiore.

Grandezze necessarie per la caratterizzazione dell’affidabilità

Tutte le caratteristiche metrologiche fin qui elencate, in aggiunta alle caratteristiche metrologiche statiche, sono utili per definire l’affidabilità, intesa in senso generale, di un trasduttore; tuttavia è anche di interesse per l’utilizzatore avere una stima del periodo utile del trasduttore stesso. Detto periodo utile viene espresso:

  1. come un intervallo di tempo minimo nel quale il sensore possa operare, continuativamente o meno;
  2. come numero minimo di cicli applicabili che non alterino le condizioni operative del trasduttore.

Occorre porre attenzione anche all’intervallo di tempo che intercorre tra la realizzazione del sensore e la sua messa in esercizio. Sarà quindi rilevante in taluni casi conoscere anche la durata dello stoccaggio.

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