Classificazione degli strumenti di misura

Strumenti di Misura: Definizione, Classificazione e Caratteristiche

Uno strumento di misura è un dispositivo utilizzato per quantificare grandezze fisiche ed elettriche. Il concetto di misurazione implica fondamentalmente il confronto tra due grandezze che condividono la stessa unità. Una di queste grandezze ha una magnitudine sconosciuta, che viene poi confrontata con un valore standard predefinito. Attraverso questo confronto, si ottiene un risultato numerico, che rappresenta il valore misurato della grandezza sconosciuta.

Gli strumenti di misura possono essere classificati in tre tipi principali:

• Strumenti Elettrici

• Strumenti Elettronici

• Strumenti Meccanici

Gli strumenti meccanici sono progettati principalmente per misurare le grandezze fisiche. Sono adatti per applicazioni che coinvolgono condizioni statiche e stabili. Tuttavia, il loro limite sta nella loro incapacità di rispondere efficacemente a condizioni dinamiche o rapidamente mutevoli. Ad esempio, potrebbero non catturare con precisione eventi transitori o fluttuazioni dei parametri fisici.

Gli strumenti elettronici, d'altra parte, offrono un significativo vantaggio con i loro tempi di risposta rapidi. A differenza degli strumenti elettrici e meccanici, possono rilevare e reagire rapidamente ai cambiamenti della grandezza misurata. Questo li rende ideali per applicazioni che richiedono monitoraggio e misurazione in tempo reale di fenomeni rapidamente variabili.

Gli strumenti elettrici sono specificamente progettati per misurare grandezze elettriche come corrente, tensione e potenza. Esempi di strumenti di misura elettrica includono l'ammetro, il voltmetro e il wattmetro. L'ammetro è utilizzato per misurare la corrente elettrica in ampere, il voltmetro per misurare la tensione, e il wattmetro per determinare la potenza elettrica. La classificazione degli strumenti elettrici spesso dipende dai metodi utilizzati per visualizzare o rappresentare la lettura dell'output. Diversi strumenti possono utilizzare quadranti analogici, display digitali o altri mezzi per trasmettere i valori misurati, ognuno con il proprio set di vantaggi e applicazioni a seconda dei requisiti specifici del compito di misurazione.

Tipi di Strumenti Elettrici

In questo articolo, esploreremo i vari tipi di strumenti elettrici, ognuno con le sue caratteristiche uniche e applicazioni.

Strumenti Assoluti

Uno strumento assoluto determina il valore di una grandezza misurata basandosi su costanti fisiche. Queste costanti fisiche possono includere parametri come l'angolo di deflessione, gradi specifici o costanti del metro. Per ottenere il valore della grandezza misurata da uno strumento assoluto, sono generalmente necessari calcoli matematici per interpretare la relazione tra la costante fisica osservata e la grandezza misurata.

Un esempio principale di strumento assoluto è il galvanometro tangenziale. In questo dispositivo, la magnitudine della corrente che passa attraverso la sua bobina viene calcolata utilizzando la tangente dell'angolo di deflessione della bobina, insieme a fattori come il componente orizzontale del campo magnetico terrestre, il raggio della bobina e il numero di avvolgimenti del filo. A causa della loro dipendenza da relazioni fisiche precise e dalla necessità di calcoli dettagliati, gli strumenti assoluti sono comunemente utilizzati in ambienti di laboratorio dove sono essenziali misurazioni accurate e fondamentali.

Strumenti Secondari

Gli strumenti secondari mostrano la magnitudine della grandezza misurabile attraverso la deflessione. Per una misurazione accurata, la taratura di questi strumenti contro uno strumento standard è cruciale. A differenza degli strumenti assoluti, gli strumenti secondari forniscono un output diretto, eliminando la necessità di calcoli matematici complessi per determinare il valore misurato. Questa semplicità li rende altamente pratici per una vasta gamma di compiti di misurazione quotidiana.

Strumenti Digitali

Gli strumenti digitali presentano il loro output in un formato numerico, offrendo diversi vantaggi rispetto ai loro omologhi analogici. Uno dei principali benefici è l'aumento dell'accuratezza, poiché le letture digitali eliminano il potenziale errore umano associato alla lettura delle scale analogiche. Questo rende gli strumenti digitali particolarmente adatti per applicazioni in cui la precisione è di primaria importanza, come nella ricerca scientifica, nell'ingegneria e nel controllo della qualità industriale.

Strumenti Analogici

Gli strumenti analogici sono caratterizzati da un output che varia in modo continuo. Tipicamente presentano un indicatore che si muove lungo una scala calibrata per indicare la magnitudine della grandezza misurabile. Gli strumenti analogici possono essere ulteriormente classificati in due sottotipi:

Strumenti a Zero (Null Type)

Gli strumenti a zero utilizzano una deflessione zero o nulla per indicare la magnitudine della grandezza misurata. Questi strumenti sono noti per la loro alta accuratezza e sensibilità. Operano sul principio del confronto tra una grandezza nota e una grandezza sconosciuta. Quando i valori della grandezza nota e sconosciuta sono uguali, l'indicatore dello strumento mostra una deflessione nulla o zero. Gli strumenti a zero sono comunemente impiegati nei potenziometri e nei galvanometri per identificare con precisione i punti nulli, che sono essenziali per misurazioni accurate in varie applicazioni elettriche ed elettroniche.

Strumenti a Deflessione

Gli strumenti a deflessione determinano il valore della grandezza misurata in base alla deflessione di un indicatore. Quando la grandezza misurata agisce sullo strumento, causa la deflessione dell'indicatore del sistema mobile (montato su una scala calibrata). Osservando la posizione dell'indicatore sulla scala, si può determinare la magnitudine della grandezza misurata.

Gli strumenti a deflessione possono essere ulteriormente suddivisi in tre categorie:

• Strumenti Indicativi: Questi strumenti sono progettati per mostrare direttamente la magnitudine della grandezza misurata. Tipicamente presentano un quadrante con un indicatore che si muove su una scala graduata. Esempi di strumenti indicativi includono voltmetri, ammetri e misuratori del fattore di potenza, ampiamente utilizzati per il monitoraggio e la misurazione dei parametri elettrici in vari circuiti e sistemi.

• Strumenti Integratori: Gli strumenti integratori sono utilizzati per misurare l'energia totale fornita in un periodo specifico. L'energia totale misurata da questi strumenti viene calcolata come prodotto del tempo e della grandezza elettrica misurata. Esempi comuni di strumenti integratori sono i contatori di energia, i wattorè, essenziali per la fatturazione precisa dei consumatori per l'energia elettrica consumata.

• Strumenti Registratori: Gli strumenti registratori sono utilizzati per documentare le condizioni del circuito a intervalli regolari. Tipicamente presentano un sistema mobile che porta una penna o uno stilo, che tocca leggermente un foglio di carta o altro supporto di registrazione. Man mano che cambia la grandezza elettrica misurata, il movimento della bobina viene tracciato sul supporto di registrazione, creando una curva che illustra la variazione della grandezza elettrica nel tempo. Questa rappresentazione grafica è inestimabile per l'analisi delle tendenze, la diagnosi dei problemi e il monitoraggio delle prestazioni dei sistemi elettrici.

In confronto agli strumenti elettrici e meccanici, gli strumenti elettronici generalmente presentano tempi di risposta significativamente più rapidi. Questa risposta rapida consente loro di rilevare e reagire rapidamente ai cambiamenti delle grandezze elettriche, rendendoli altamente adatti per applicazioni che richiedono monitoraggio e analisi in tempo reale, come nei sistemi di acquisizione dati ad alta velocità, nei sistemi di controllo e nelle tecnologie di comunicazione moderne.