Campo di applicazione
Taratura statica di torsiometri, sia per impiego generico che «transfer standards»
E’ descritta la procedura di classificazione dei torsiometri
Non utilizzabile per taratura di chiavi dinamometriche
Di seguito, i numeri identificano i paragrafi della norma
4. Caratteristiche dei torsiometri
Tutti i componenti dello strumento, incluso il cavo, devono essere identificati (nome costruttore, tipo, 4 o 6 conduttori, numero di serie, ecc.)
Deve essere indicato il lato di misura, (lato di applicazione coppia) se importante. È il caso per esempio di trasduttori rotanti, in funzione della presenza di slip-ring
Il torsiometro e componenti del montaggio non devono introdurre forze laterali o momenti flettenti
5.1 Taratura dei torsiometri
Taratura = Applico coppie di valore noto e registro i valori indicati
Posso scambiare l’unità di lettura se l’ulteriore incertezza dovuta allo scambio è inferiore a 1/3 della incertezza relativa del risultato di taratura (SCS ne tiene conto nel bilancio dell’incertezza)
Componenti e adattatori devono sopportare 1,5 volte la coppia massima trasmessa
Alla coppia massima la variazione in lunghezza del dispositivo di misura e adattatori deve essere inferiore a 1 mm
Prima della taratura il trasduttore e gli adattatori devono essere caricati per almeno 4 volte con un sovraccarico da 8 a 12% della coppia nominale, per 1 a 1,5 minuti (per sicurezza ed evitare danni durante la taratura)
5.2 Risoluzione indicatore
La risoluzione r è l’incremento dell’ultimo numero attivo, a condizione che la fluttuazione massima sia 1 incremento quando lo strumento è scarico
Se l’indicazione varia più di 1 incremento, la risoluzione è metà della fluttuazione + 1 digit
Il minimo valore del campo di misura è definito in funzione della classe nella tabella che vedremo più avanti (criterio di classificazione)
5.3 Preparazione alla taratura
Tutte le eventuali regolazioni-aggiustaggi devono essere registrate
Le misure devono essere eseguite dopo stabilizzazione della temperatura
Registrare il valore di zero prima e dopo la taratura a coppia scarica in posizione verticale
Applicare la coppia dal lato definito dal costruttore
Indicazione positiva per coppie in senso orario
5.4 Procedura di taratura
Taratura in senso orario e/o antiorario, negli step previsti (solitamente 5 step nel campo di misura)
Abbiamo definito un’attesa di 10 secondi ogni step, il più possibile costanti
Il precarico alla coppia nominale deve essere eseguito 3 volte al primo ciclo del senso di taratura e una volta dopo ogni cambio della posizione di montaggio
Dopo ogni precarico (tempi brevi) attendere la stabilizzazione dello zero (max. 3 minuti) e registrare il valore
Dopo l’ultimo precarico nella prima posizione di montaggio, registrare il creep dopo 3 minuti
Preferibilmente la taratura si dovrebbe fare in 3 posizioni a 120°
Per torsiometri con attacco quadro si usano 4 posizioni a 90°
Per le classi 1, 2 e 5 è possibile utilizzare una sola rotazione a 90° o 120°
Il numero di serie di misure dipende dalla classe del torsiometro, come indicato nella tabella seguente
Serie di misure secondo la classe
Il numero minimo di punti di misura (in aggiunta alla fase zero) devono essere normalmente come segue per ciascuna direzione:
– classi 0,05 e 0,1 = 8 (opportunamente distribuiti sul campo di misura)
Nota: ad esempio, in step di 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80 e 100 % ME oppure 2, 5, 10, 20, 40, 60, 80 e 100 % ME
– classi 0,2 e 0,5 = 5 (20, 40, 60, 80 e 100 % ME)
– classi 1, 2 e 5 = 3 (20, 60 e 100 % di ME) (Ns. procedura: 5 punti in classe 1)
Il valore minimo del campo di misura MA deve essere uno dei valori di taratura
UN TORSIOMETRO PUO’ ESSERE TARATO SEPARATAMENTE PER DIVERSI CAMPI DI MISURA
Esempio di ciclo di taratura classe 1
La temperatura ambiente deve essere compresa fra 18 e 28°C (preferibilmente 22°C) e stabile entro ±1°C
L’intervallo fra due step di carico deve essere lo stesso, specie in presenza di creep
L’indicazione prima delle misure può essere riportata a zero o tenuta in considerazione nel calcolo
Per strumenti con scala definita (N·m) l’indicazione deve essere azzerata all’inizio di ogni serie di misure
5.4.7 Valutazione e risultati di misura
Caso I: solo carichi crescenti
Il risultato di taratura è ottenuto dalla media di tutti i valori delle serie crescenti nelle diverse posizioni e corretto al punto zero. Viene calcolata la funzione cubica e lineare di smoothing mediante il punto di origine e determinata la deviazione di interpolazione
L’isteresi non entra nella classificazione e non contribuisce all’incertezza di misura standard, mentre viene considerato l’errore di interpolazione
Caso II: carichi crescenti e decrescenti
Il risultato di taratura è ottenuto da tutti i valori delle serie crescenti e decrescenti nelle diverse posizioni e corretto al punto zero. Viene calcolata la funzione lineare di smoothing mediante il punto di origine e determinata la deviazione di interpolazione
Nel caso di strumenti con scala fissa (N·m) l’errore di interpolazione è sostituito dall’errore di indicazione
L’errore di inversione (isteresi)e l’errore di interpolazione (o errore di indicazione) sono presi in considerazione per la classificazione e come contributo all’intervallo relativo di incertezza di misura standard
Risultato di taratura
Caso I: solo carichi crescenti
Il risultato di taratura Y(Mk)è ottenuto dalla media di tutti i valori delle serie crescenti nelle diverse posizioni e corretto al punto zero
Caso II: carichi crescenti e decrescenti
Il risultato di taratura Yh(Mk) è ottenuto da tutti i valori delle serie crescenti e decrescenti nelle diverse posizioni e corretto al punto zero
Nota: per le classi 0.05 e 0.5 non vengono considerate le misure nella posizione 0° della seconda serie crescente
Riproducibilità b(MK) e ripetibilità b’(MK)
La riproducibilità b(MK) è calcolata per ogni punto di taratura come errore di ripetibilità delle serie crescenti ridotte al punto zero in diverse posizioni di montaggio
La ripetibilità b’(MK) è calcolata per ogni punto di taratura come errore di ripetibilità delle serie crescenti ridotte al punto zero nella stessa posizione di montaggio
Errore relativo di zero f0
Il valore di zero deve essere registrato prima di ciascuna serie crescente e dopo ogni serie decrescente
Il valore zero deve essere letto circa 30 secondi dopo il completo scarico
L’errore di zero f0 è calcolato come valore assoluto massimo della differenza delle due letture in tutte le posizioni di montaggio
Errore di reversibilità (isteresi) h(MK)
L’errore relativo di reversibilità h(MK) è calcolato in ogni punto di taratura come il massimo dei valori assoluti delle differenze tra i valori della serie crescente e decrescente per ciascun punto di misura
Errore di interpolazione fa(MK)
L’errore di interpolazione fa(MK) è determinato con l’aiuto di una funzione di smoothing calcolata attraverso il punto di origine e in funzione dei punti di taratura utilizzati:
Caso I: funzione di 3° grado – cubica (non applicato alle classi da 1 a 5, si impiega una funzione lineare)
Caso II: funzione di 1° grado – lineare
L’errore di interpolazione è calcolato per ciascuna coppia di taratura come differenza tra il risultato di taratura* ed il valore associato della funzione di smoothing
*Risultato di taratura: senza isteresi Yh(MK), con isteresi Y(MK)
Errore di indicazione fq(MK)
L’errore di indicazione fq(MK) deve essere determinato solo per i torsiometri con indicazione diretta dell’unità di coppia (N·m) e non può essere aggiustato elettronicamente con la curva di interpolazione del risultato di taratura
Rappresenta la differenza fra il risultato di taratura e la coppia di riferimento applicata
Creep di breve termine
Il creep di breve termine rappresenta una buona indicazione della qualità del torsiometro (maggiore è il valore e minore è la qualità)
Nella prima posizione di montaggio, è la differenza tra il punto zero prima della serie di misure (dopo 3 minuti di attesa) e il punto zero immediatamente dopo lo scarico del terzo precarico diviso per il risultato di taratura al limite superiore del range
Classificazione dei torsiometri
La classificazione del torsiometro comprende le coppie di taratura dove i criteri sono soddisfatti, dal limite superiore al minimo valore di coppia
Limite inferiore
Per la classificazione il limite inferiore deve essere:
- ≤ 20% di ME per classi da 0.2 a 5
- ≤ 40% di ME per classi da 0.05 a 0.1
Criterio di classificazione
Le quantità assolute sono convertite in quantità relative
(% riferite alla capacità) in accordo con la tabella seguente, considerando questi criteri:
– errore relativo di riproducibilità
– errore relativo di ripetibilità
– errore relativo di zero
– errore relativo di reversibilità (isteresi – solo caso II)
– errore relativo di indicazione o di interpolazione
– risoluzione di lettura dell’indicatore al minimo valore del range
Criterio di classificazione per torsiometri
Certificato di taratura
Più avanti analizzeremo nei dettagli il certificato di taratura che al minimo dovrà contenere le seguenti informazioni:
- identificazione di tutti gli elementi dello strumento tarato e dei componenti che consentono la trasmissione della coppia (adattatori, ecc.;)
- indicazione se coppia oraria e/o antioraria;
- temperatura ambiente alla quale è stata effettuata la taratura;
- data di taratura;
- dettagli del laboratorio di taratura e dei campioni di taratura;
- riferimenti dei campioni agli standard internazionali;
- risultati della classificazione, inclusi i rispettivi campi di misura;
- risultato di taratura (medie dei valori visualizzati nelle diverse posizioni di montaggio per il Caso I e Caso II) indicando la relativa incertezza di misura per il risultato di taratura interpolato o il relativo intervallo di incertezza, ad esempio determinato sulla base dell’allegato C, e, se applicabile, le associate equazioni di interpolazione come pure i corrispondenti metodi di calcolo;
- creep a breve termine
- tabella dei valori misurati e vari parametri calcolati
- grafico delle deviazioni dei valori visualizzati tramite funzione di interpolazione cubica
- grafico della incertezza relativa per il risultato di misura interpolato
- Per i dispositivi di misura di coppia con scala definita (N·m) è possibile la dichiarazione di conformità ai parametri richiesti da una classe; per gli altri dispositivi è possibile solo indicando in aggiunta l’equazione della curva di interpolazione
Periodo di validità
Durata massima del certificato 26 mesi, ma in genere si raccomanda una frequenza annuale, specie se vi sono particolari requisiti per la tracciabilità o richiesto da normative assicurazione di qualità.
Il torsiometro deve essere tarato nuovamente se:
– ha subito un sovraccarico
– dopo eventuali manutenzioni correttive
– dopo un uso improprio
– in caso di dubbi sui risultati di misura
Calcolo dell’incertezza relativa (sec. DIN 51309)
Caso IA: classi 0,05 a 0,5 con funzione cubica di smoothing
Caso IB: con funzione lineare di smoothing
Classi 0,05 a 0,5
Classi da 1 a 5
Caso IIA: solo con funzione lineare – scala indefinita
Classi da 0,05 a 0,5
Classi da 1 a 5
Caso IIB: solo con funzione lineare – scala definita
Classi da 0,05 a 0,5
Classi da 1 a 5
Incertezza del reference
Viene considerata questa unica formula di calcolo con i contributi come da tabella:
Esempio di bilancio incertezza di un trasduttore campione
Certificato di Taratura
Pagina 1: frontespizio
La prima pagina è conforme al modello ACCREDIA: oltre al logo Accredia è presente anche il logo SCS.
Questi logo sono riportati su ciascuna pagina del certificato di taratura.
Nella pagina sono contenute le informazioni di identificazione del cliente e dell’ordine, informazioni sullo strumento da tarare (tipo, modello e serial number) data di ricevimento strumento e data di taratura, informazioni logistiche del laboratorio e firma autorizzata (del Responsabile o del Sostituto).
Pagina 2: informazioni
Nella seconda pagina, conforme al modello Accredia, sono riportate in dettaglio ulteriori informazioni:
– la norma di riferimento
– gli estremi identificativi del reference del Laboratorio e la sua riferibilità (certificato di taratura e incertezze)
– identificazione e caratteristiche del visualizzatore collegato al reference
– caratteristiche cavi e adattatori
Pagina 3: informazioni (segue)
Sono indicate in dettaglio le caratteristiche dello strumento in taratura, visualizzatore, cavi, adattatori, sensibilità.
Vengono indicate l’installazione di taratura, le condizioni ambientali, il luogo di taratura (in caso di tarature esterne) ed il valore del segnale di zero, prima e dopo la taratura.
Inoltre eventuali ulteriori informazioni relative alla taratura.
Pagina 4: risultati di taratura e classificazione
In questa pagina sono indicati i valori di incertezza in funzione delle curve di interpolazione:
– caso I cubica e lineare
– caso II solo lineare
E’ presente anche, se del caso, l’incertezza per strumenti a scala definita.
La seconda tabella fornisce la classificazione secondo DIN 51309 in funzione dei parametri contenuti nella tabella 10 della prossima pagina.
Viene indicato anche il creep a breve termine.
Pagina 5: equazioni di interpolazione e criteri di classificazione
In questa pagina sono indicati:
9. Equazioni di interpolazione, che verranno utilizzate per la classificazione del torsiometro e per ricavare i valori della successiva tab. 13 a pagina 7 (interpolazione cubica)
10. I valori relativi ai criteri di classificazione del torsiometro.
La determinazione della classe è svolta in modo automatico verificando che tutti i parametri soddisfino le prescrizioni della norma.
Pagina 6: valori misurati
– In questa pagina è presente una tabella dove sono indicati i valori misurati in funzione della coppia applicata, secondo i cicli di misura definiti.
– In questa tabella i valori sono in mV/V ma potrebbero essere anche essere espressi in N·m.
Pagina 7: grafici e interpolazione cubica
– Il primo grafico illustra l’errore relativo nei singoli step di taratura
– Il secondo grafico l’andamento dell’errore di interpolazione
– La tabella di interpolazione cubica indica i valori calcolati mediante le formule del paragrafo 9.1 della pagina 5 per i valori intermedi dei vari step di misura