Metrologia

Cos’è la METROLOGIA?

La METROLOGIA è la scienza che si occupa della
misura di grandezze fisiche (lunghezza, massa,
temperatura, energia, potenza, ecc.), ne studia i
principi, i metodi, i mezzi necessari per effettuarle e ne
stabilisce i sistemi di misura e le relative unità.

Cos’è una MISURA?

Per MISURA di una grandezza fisica si intende il
prodotto di due fattori, di cui uno è una grandezza
della stessa specie, scelta come unità di misura, e
l’altra è un numero puro, che esprime quante volte
detta unità è contenuta nella grandezza da misurare.

Esempio:
la lunghezza di una trave viene definita attraverso una doppia informazione
3,5 m
dove 3,5 rappresenta il rapporto esistente tra la
lunghezza della trave e il metro assunto
come unità di misura.

Come si misura?

Per
ottenere
una misura si può ricorrere a due metodi
•
misurazione
diretta  si ha quando l’operatore riesce a leggere direttamente
sullo strumento il valore della misura nella corrispondente unità Per esempio
sono misurabili direttamente l’altezza di un uomo, il battito cardiaco, la massa di
un tavolo
•
misurazione
indiretta  Si ha quando la misura è fatta con uno strumento che
consente la lettura immediata solo medianti operazioni successive di confronto
Per esempio vengono misurate indirettamente la velocità di un’auto, la potenza di
una lampadina, la distanza Terra Luna oppure una lunghezza misurata con un
compasso

Gli obiettivi della metrologia

Metrologia

• Studia i sistemi di misura
• Assegna le unità alle grandezze
• Valuta gli errori
• Sceglie e studia gli strumenti

Sistema e unità di misura
Si

Sistema e unità di misura
Si
definisce
sistema di unità di misura un complesso di norme con le quali
vengono assegnate le unità di misura ad alcune grandezze, dette fondamentali

Massa
 kg

Lunghezza
 m

Tempo
 s
Le
unità
di misura delle altre grandezze, dette derivare vengono assegnate
mediante relazioni che legano alle grandezze fondamentali

Forza
 𝑘𝑔𝑚𝑠2

Sistema internazionale
di misura

Il
Sistema
Internazionale di Unità, la cui
abbreviazione è SI, è fondato su sette grandezze
fondamentali la lunghezza, la massa, gli intervalli di
tempo, l’intensità di corrente elettrica, la
temperatura, l’intensità luminosa e la quantità di
sostanza
Tutte
le
altre grandezze sono derivate da queste
Il
Sistema
SI è un sistema decimale, quindi con
multipli e sottomultipli in base 10

Errori nelle misurazioni
Si

Si
definisce
errore di misura la differenza fra l’indicazione fornita dallo
strumento (quella acquisita dall’operatore) e la dimensione vera o di progetto
della grandezza
Il
valore
di una grandezza fisica diventa più affidabile quando la misura viene
ripetuta più volte e si assume come definitivo il valore medio 𝑀𝑚
𝑴𝒏=(𝑴𝟏+𝑴𝟐+⋯+𝑴𝒏)/𝒏

Tipologie di errori


Errori
grossolani  dovuti alla scarsa abilità dell’operatore o a inefficienza degli strumenti

Errori
sistematici  si ripetono sempre allo stesso modo nelle misure dello stesso tipo Possono
dipendere dalla mancata taratura dello strumento o dal metodo di misura adottato

Errori
d’insensibilità  dipendono dal limite presentato dagli strumenti (errori strumentali oggettivi) o
dall’operatore (errori soggettivi) Non possono essere corretti perché non si verificano sempre allo
stesso modo

Errori
accidentali  sono dovuti a cause non definibili e perciò tali da sfuggire a ogni previsione

Errore
assoluto, 𝑬𝒂=𝑴−𝑮 è la differenza algebrica tra la misura M fornita dallo strumento
interpretata dall’operatore e il valore di progetto G della grandezza misurata

Errore
assoluto medio, 𝑬𝒂𝒎=𝑴𝟏+𝑴𝟐+⋯+𝑴𝒏𝒏−𝑮

Errore
relativo, 𝑬𝒓=𝑬𝒂𝑮=𝑴−𝑮𝑮

Errore
relativo, 𝑬𝒓%=𝑬𝒓 100

Cause di errore


Strumento
 errori attribuibili a difetti di costruzione o all’usura di alcune
parti dello strumento di misura

Ambiente
 errori originati dalle variazioni di temperatura che provocano
dilatazioni dello strumento e dell’oggetto da misurare

Operatore
 errori che possono essere originati non solo da insufficiente
capacità operativa, ma anche dalle caratteristiche fisiologiche dell’uomo Un
errore di questo tipo è l’errore di parallasse
L’errore
di parallasse  errore in cui si incorre eseguendo una lettura da una
visuale non perpendicolare al piano della scala graduata

Strumenti per misure lineari

•
CAMPIONI MATERIALI
Sono
apparecchi che riproducono una grandezza di valore
noto con una data incertezza essi non possiedono indici
né parti mobili durante la misurazione
Tra
essi si possono citare

blocchetti
piano paralleli parallelepipedi con
dimensioni impresse sul pezzo, utilizzati per la taratura e
l’azzeramento di strumenti di misura

calibri
fissi di vari tipi e forme, per il controllo rapido di
dimensioni che rientrino entro un determinato campo di
incertezza
Strumenti per misure lineari

Strumenti per le misure lineari

•
STRUMENTI MISURATORI
Sono
apparecchi che forniscono la misura per
lettura diretta
Tra
essi si possono citare

righe
millimetrate, di vari materiali e
dimensioni

calibri
a corsoio, di vari tipi e forme, con una
parte fissa e una scorrevole, a cui è solidale una
scala aggiuntiva detta nonio

micrometri,
di vari tipi e forme, con parte fissa
e parte mobile, azionata da una vite
micrometrica

Nonio

È una scala graduata accessoria che caratterizza il calibro a corsoio.
Esso consente di misurare anche frazioni di millimetro, quindi fornisce allo strumento una risoluzione
inferiore a 1 mm.
In generale il nonio è una scala graduata con passo diverso dal millimetro, che invece caratterizza la
scala dell’asta fissa.
La differenza tra il passo della scala fissa e quello del nonio fornisce la risoluzione dello strumento.
A seconda del numero delle parti che formano la scala del nonio si hanno:

• nonio decimale (risoluzione 1/10 mm)
• nonio
  ventesimale (risoluzione 1/20
• nonio
  cinquantesimale (risoluzione 1/50

Nonio decimale

Esso consiste in una scala lunga 9 mm divisa in
10 parti uguali. Pertanto ogni parte della scala
del nonio è lunga 9/10 mm = 0,9 mm.
Essendo la risoluzione dello strumento pari alla
differenza tra il passo della scala fissa e quello
del nonio, si ha:

I valori delle misure fornite da un calibro di questo tipo sono composte da una parte intera
e una parte decimale. La parte intera viene fornita dalla posizione del tratto 0 del nonio.
Se esso si trova perfettamente allineato con un trattino della scala fissa, da quest’ultimo si
ricava il valore della misura (per esempio nella figura a fianco si legge la misura 12,0
m m )
La certezza
dell’allineamento dello 0 del nonio con il trattino della scala fissa è verificabile
dall’allineamento anche del tratto 10 del nonio con uno della scala fissa.
Se invece il tratto 0 del nonio non coincide con uno della scala fissa

• la parte intera del valore si ricava dal tratto della scala fissa che si trova a sinistra del
  tratto 0 del nonio (in figura questo valore è 38 mm);
• la parte decimale viene indicata dal tratto del nonio allineato con uno della scala fissa (in
  figura è il tratto 7 e quindi il valore decimale è 0,7 mm). Quindi la misura fornita è 38,7
  mm.

Nonio decimale doppio

Questa variante del nonio decimale è più pratica nella lettura, ma ha la stessa risoluzione (0,1 mm); la sua
lunghezza complessiva è pari a 19 mm. Anche in questo la scala del nonio è divisa in 10 parti uguali, che
pertanto risultano di 1,9 mm ciascuna (v. figura a fianco).
La lettura dei valori interi e decimali delle misure è identica a quella del nonio decimale, ma si ha il
vantaggio della maggiore ampiezza del passo del nonio che aumenta la leggibilità..

La scala di questo tipo di nonio è lunga complessivamente 19 mm ed è divisa in
20 parti uguali.
Quindi ogni parte della scala del nonio è lunga 19/20 mm = 0,95 mm. La
differenza tra il passo della scala fissa e quello del nonio fornisce la risoluzione:

In questo caso la scala del nonio pur essendo divisa in 20 parti è numerata da 0 a
10, ma solo per facilitare il calcolo decimale. Con questo nonio se è allineato il
primo trattino, alla parte intera della misura dovremo aggiungere un valore
decimale di 0,05 mm; così al secondo trattino la parte decimale è di 0,10, al terzo
è 0,15 e così via.

Ha una scala divisa in 20 parti ma di lunghezza totale pari a 39 mm. La
risoluzione
dello strumento è 0,05 (cioè identica a quella del nonio ventesimale ), però la maggiore
ampiezza delle singole parti del nonio facilita la leggibilità della parte decimale della
misura.

Nonio
cinquantesimale

Nonio
cinquantesimale
Questo nonio ha una scala di lunghezza complessiva 49 mm ed è diviso in 50
parti uguali. Quindi ogni parte della scala del nonio è lunga 49/50 mm =
0,98 mm.
La differenza tra il passo della scala fissa e quello del nonio fornisce la
risoluzione:ù

La scala del nonio è divisa in 50 parti ma è numerata da 0 a 10 per facilitare
il calcolo decimale. delle misure è analoga a quella degli altri tipi di nonio. Se
è allineato il primo trattino, alla parte intera della misura dovremo aggiungere
un valore decimale di 0,02 mm; se è allineato il secondo trattino la parte
decimale è di 0,04, per il terzo è 0,06 e così via.

Calibro a corsoio

CARATTERISTICHE
COSTRUTTIVE
In
genere è realizzato in acciaio inox temprato, molto resistente alle deformazioni e all’usura
Le
superfici di contatto tra asta graduata e corsoio devono essere piane e levigate per garantire
uno scorrimento fluido e in una sola direzione
Il
corsoio possiede un dispositivo di bloccaggio che funziona in qualunque posizione di misura
I
becchi devono garantire parallelismo e planarità Le loro estremità sono affilate, talvolta
raccordate o smussate
Campo
di misura da un minimo di 0  135 mm, ad un massimo di 0  1000 mm

IMPIEGHI

USO DEL CALIBRO PER MISURAZIONI DI ESTERNI

Micrometro a vite

Il
micrometro a vite è uno strumento a misurazione diretta con il quale è possibile effettuare
misure esterne, interne e di profondità con approssimazione fino a 0 01 mm
Il
micrometro a vite è costituito da un corpo principale a forma di arco che sostiene a sinistra un
tassello fisso, detto incudine per l’appoggio del pezzo da misurare e a destra una madrevite dentro
la quale scorre una vite con passo relativamente piccolo e preciso (normalmente di 0 5 e 1 mm)
La
vite termina a sinistra con uno stelo mobile mentre a destra è solidale con un tamburo graduato
con 50 o 100 tacche incise sulla sua superficie periferica,
Il
tamburo viene manovrato mediante un nottolino a frizione che slitta quando la forza di chiusura
esercitata sul pezzo ha raggiunto il valore prestabilito
Il
principio di funzionamento dello strumento per ogni giro completo del tamburo la vite avanza di
una lunghezza pari al suo passo p Questo avanzamento della vite viene diviso in parti uguali e
visualizzato dalla scala graduata praticata sul tamburo

La
lettura della misura avviene in due tempi successivi sulle due scale: la parte intera della misura si
legge sulla scala graduata orizzontale, sull’ultima lineetta scoperta del tamburo, e la parte frazionaria
aggiuntiva si legge sul tamburo graduato in corrispondenza della linea di riferimento.


Indicazione numerica della quota sul display con l’eliminazione degli errori di
misura

Memorizzazione della quota e spegnimento nel caso di inutilizzo

Approssimazione pari a 0,001 mm

Goniometro universale

Il
goniometro universale è uno strumento utilizzato per la misura degli angoli che richiedono un’approssimazione
inferiore al grado
Le
parti principali che compongono lo strumento sono

Squadra
fissa solidale a un disco grande graduato da 0 a 90 sui quattro quadranti (due in senso orario e due in
senso antiorario)

Disco
rotante coassiale con il disco rotante e scorrevole, rispetto a esso, mediante scanalatura

Pomelli
per il bloccaggio dell’asta e del disco graduato sul disco rotante e squadra

Lente
d’ingrandimento per facilitare la lettura
della
misura
Il
nonio angolare utilizzato dai goniometri è
del
tipo raddoppiato e il suo funzionamento è
analogo
a quello lineare

Comparatore

Il
comparatore è uno strumento utilizzato per il controllo degli errori di
superfici ( planarità, conicità, circolarità, concentricità,
perpendicolarità, ecc o per misure fatte per comparazione tra le misure di un
pezzi da misurare e quelle di un pezzo campione
Il
principio di funzionamento
Il
comparatore, sostenuto da una base di supporto, è posto con il testatore a
contatto della superficie da controllare e fatto scorrere su di essa
Le
irregolarità della superficie provocano il movimento traslatorio del testatore
e dell’asta scorrevole Tale movimento è amplificato e trasformato in moto
rotatorio dell’indice sul quadrante
A
ogni spostamento di 1 mm del testatore si fa corrispondere un giro
dell’indice del quadrante e poiché questo è suddiviso in 100 parti, ognuna di
esse rappresenta lo spostamento di 1 100 0 01 mm del testatore stesso