Accuratezza, esattezza e precisione
Queste sonole ragioni per cui i trasmettitori di pressione a lunga stabilità sono una necessità imprescindibile
Gli opuscoli di dati tecnici dei fabbricanti di trasmettitori di pressione riportano spesso molti e diversi dati sul tema dell’accuratezza. Nella maggior parte dei casi applicativi, tuttavia, non tutti i dati sono essenziali. In questo articolo si descrive quali siano le indicazioni da prendere in considerazione e quando. Inoltre, si spiega per quali ragioni i trasmettitori di pressione a lunga stabilità rappresentino nelle applicazioni industriali con requisiti impegnativi la premessa per le ottimizzazioni dei costi.
Accuratezza = esattezza + precisione
L’accuratezza in metrologia è costituita da esattezza e da precisione. Con esattezza si intende l’approssimazione del valore misurato al valore vero, mentre con precisione si intende in sostanza la ripetibilità del risultato della misurazione in presenza di condizioni identiche. In questo modo, uno strumento di misura preciso indica in ogni misurazione lo stesso valore. Questo valore può essere esatto o errato. Solo se questo valore è esatto, anche lo strumento è accurato. Quindi uno strumento accurato deve essere sia esatto che preciso. Tutte le volte che per i valori di misura si parla di accuratezza, si intende propriamente lo scostamento massimo del valore di misura. Questo viene espresso in percentuale dell’ampiezza del campo di misura. Questo scostamento massimo ammesso del valore di misura è l’incertezza da cui un valore di misura è affetto. Per questa ragione si usa spesso anche il concetto di incertezza di misura oppure incertezza del valore di misura.
La temperatura influisce sul valore di misura
Diversi fattori esterni influiscono sul valore di misura. Per questo negli opuscoli dei dati tecnici le corrispondenti cause che provocano le incertezze di misura sono riportate separatamente. Nei trasmettitori di pressione, oltre alla incertezza vera e propria di misura della pressione, la temperatura rappresenta il fattore principale che influisce sull’accuratezza della misura. Per ragioni di semplicità, nella maggior parte dei casi viene indicata una accuratezza di base a temperatura ambiente (di norma a 20 - 25°C). Inoltre, si riportano allora anche gli errori che si verificano a causa di temperature più elevate o più basse. Tipicamente vengono riportati in percentuale di scostamento per ogni 10 K. Sono anche le temperature del prodotto e anche dell’ambiente che possono avere un effetto rilevante sul valore di misura. Se ora un trasmettitore viene usato approssimativamente a temperatura ambiente, l’effetto della temperatura può essere tralasciato.
Scostamento del valore di misura a temperatura ambiente
Le indicazioni più importanti a temperatura ambiente sono lo scostamento del punto finale lo scostamento del valore di fondo scala, come anche la non linearità e l’isteresi (spesso riassunti in un unico valore denominato ZLI). Questi scostamenti vengono riassunti - non sommati - nello scostamento del valore di misura a temperatura ambiente (denominato in Trafag anche accuratezza @25°C). Se in una applicazione, prima del funzionamento vero e proprio, il valore di misura del trasmettitore di pressione nel sistema di comando viene posto a zero, per la funzionalità della macchina di fatto è importante solo il valore ZLI. Infatti con l’impostazione a zero, l’errore del punto zero - e quindi spesso anche una grande parte dello scostamento del valore di fondo scala - per l’applicazione concreta viene eliminato. Questo è ad esempio il caso quando viene tenuta sotto controllo la pressione di una pompa e nel sistema di comando tutti i valori di misura all’avviamento vengono posti a zero: questo in quanto la pressione della pompa all’avviamento dell’impianto è sempre di 0bar.
Solo ZLI è determinante: nel sistema di comando di macchine azionate mediante variazioni della pressione
Se solo la variazione della pressione è necessaria per il comando della macchina, anche ZLI è il solo elemento decisivo. Nei comandi idraulici (o anche nelle pompe) se si verifica un determinato scostamento dal valore nominale, deve essere sollecitata un’azione oppure deve venire aperta una valvola, ad esempio la pompa deve essere riaccesa oppure una valvola deve essere aperta, in modo da mantenere la pressione circostante in un campo strettamente controllato. Così la pressione effettiva nella situazione desiderata - ad esempio, che essa sia effettivamente di 10,0 bar o di 9,98 bar - ha una importanza relativa; infatti la maggior parte delle macchine vengono regolate individualmente su determinati parametri di base quando vengono messe in funzione. Dunque continua a svolgere una propria funzione solo la precisione, quindi, in sostanza, la ZLI, compresa la riproducibilità. L’esattezza assoluta rimane in secondo piano. Nella maggior parte degli altri casi, in cui viene richiesta non solo la precisione, ma anche l’accuratezza, sono importanti sia lo scostamento del punto zero che lo scostamento del valore di fondo scala. In questo modo trova applicazione l’indicazione sullo scostamento del valore di misura a temperatura ambiente.
La temperatura influisce sullo scostamento del valore di misura: Effetti della compensazione e della isteresi
Con gli errori indotti dalla temperatura il comportamento è analogo. Se il trasmettitore, dopo avere raggiunto una temperatura di esercizio statica, viene posto a zero nel sistema di comando, oppure - caso chiaramente ancora più frequente - se si tratta solo della regolazione in presenza di scostamenti del valore nominale nelle stesse condizioni, ad esempio durante la messa in funzione, l’errore del trasmettitore dovuto alla temperatura passa in secondo piano. Lo scostamento del valore di misura del trasmettitore di pressione a causa dell’effetto della temperatura, viene anche suddivisoin effetto di compensazione ed effetto di isteresi. In condizioni di temperatura non statiche in una applicazione, almeno gli effetti dell’isteresi sono sempre rilevanti. Se ora gli effetti della temperatura sulla misura della pressione debbano o meno essere compensati, lo si deve tenere presente nella selezione del prodotto. Infatti la compensazione degli effetti della temperatura su un trasmettitori di pressione comporta in produzione una maggiorazione di costi, che ricade nel prezzo del prodotto Con gli errori indotti dalla temperatura il comportamento è analogo. Se il trasmettitore, dopo avere raggiunto una temperatura di esercizio statica, viene posto a zero nel sistema di comando, oppure - caso chiaramente ancora più frequente - se si tratta solo della regolazione in presenza di scostamenti del valore nominale nelle stesse condizioni, ad esempio durante la messa in funzione, l’errore del trasmettitore dovuto alla temperatura passa in secondo piano. Lo scostamento del valore di misura del trasmettitore di pressione a causa dell’effetto della temperatura, viene anche suddivisoin effetto di compensazione ed effetto di isteresi. In condizioni di temperatura non statiche in una applicazione, almeno gli effetti dell’isteresi sono sempre rilevanti. Se ora gli effetti della temperatura sulla misura della pressione debbano o meno essere compensati, lo si deve tenere presente nella selezione del prodotto. Infatti la compensazione degli effetti della temperatura su un trasmettitori di pressione comporta in produzione una maggiorazione di costi, che ricade nel prezzo del prodotto.
Misurazione del valore di pressione accurato: Quando è utile la Banda totale di errore
Se in una applicazione deve essere misurato con accuratezza il valore di pressione - ad esempio, in un sistema di monitoraggio del carico, in cui si debba arrivare a decidere quali siano le forze operanti - e se questo deve avvenire in condizioni di temperatura variabili, allora è decisiva la banda totale di errore (TEB Total Error Band). Qui sono ricondotti tutti i singoli scostamenti. Poiché l’errore totale aumenta all’aumentare dello scostamento della temperatura ambiente, negli opuscoli dei dati tecnici di Trafag queste indicazioni sono riportate, da un lato, sui valori di fondo scala dell’intervallo di temperatura compensato. Dall’altro, l’indicazione dell’errore totale in funzione dell’andamento della temperatura utilizzata è rappresentata in un grafico.
Effetti sulla stabilità a lungo termine: Invecchiamento, ambiente di utilizzazione, ecc
Tutte le specifiche del fabbricante si riferiscono alle condizioni idi uscita dalla fabbrica. All’aumentare della durata di impiego del trasmettitore di pressione, di norma aumenta lo scostamento dei valori di misura a causa dei fenomeni di invecchiamento, di fatica dei materiali e dell’usura. Questo processo dipende molto dal caso specifico e dipende dalle condizioni di applicazione, dalla tecnologia dei sensori impiegata e dal design e dalla qualità del trasmettitori nel suo complesso. Mentre la tecnologia del film sottile su acciaio, messa a punto da Trafag, presenta un comportamento asintottico di deriva a lungo termine, che oscilla intorno a un valore al di sotto del triplo del valore di un anno, vi sono prodotti della concorrenza che nel test sulla durata di vita presentano nel corso di molti anni un aumento quasi lineare, talvolta persino progressivo degli scostamenti del valore di misura. In particolare, una maggiore temperatura si manifesta con un notevole effetto sulla stabilità a lungo termine. Se ad esempio si impiega un trasmettitore di pressione con una valore di accuratezza di fabbrica dello 0,3%, questo trasmettitore - anche con piccole aliquote di deriva, come lo 0,1% all’anno - può essere inutilizzabile già dopo quattro o cinque anni.
Per macchine e impianti di grande valore e costosi, la durata di vita e la stabilità a lungo termine di un trasmettitore di pressione devono essere particolarmente elevate. Infatti, una interruzione di funzionamento - o addirittura una interruzione di attività - comporta rapidamente costi elevatissimi. Per questo motivo deve essere scelto un trasmettitore di pressione, la cui accuratezza sia garantita negli anni.
Tecnologia superiore di film sottile su acciaio di Trafag
Qui trova applicazione il vantaggio dei trasmettitori di pressione Trafag: Nel primo anno presentano tipicamente una deriva al di sotto dello 0,1%. Anche dopo dieci anni i valori di misura nella maggior parte dei casi si attenuano meno dello 0,3% rispetto allo stato al momento della fornitura. Poiché non vi sono test o criteri di collaudo normalizzati, Trafag ha fissato dei test accelerati di durata di vita, che mettono in evidenza in modo molto efficiente i punti di debolezza degli strumenti. Uno dei test più severi è il test di variazione del carico, nel quale vengono eseguiti 20 milioni di cicli di carico con almeno 1,5 volte la pressione nominale. Solo pochissimi trasmettitori di pressione di concorrenti possono offrire strumenti che resistono a questo test, senza che il sensore subisca danni. I sensori a film sottile su acciaio di Trafag invece presentano, dopo il test di 20 milioni di cicli di carico, una deriva chiaramente inferiore allo 0,05%, cioè sono rimasti praticamente allo stato originale e non hanno subito danni.
Per i fabbricanti di macchine e di impianti, che devono funzionare correttamente e senza guasti per molti anni, è di estremo interesse che la sensoristica da loro montata funzioni perfettamente anche dopo un uso pluriennale nelle condizioni più severe. Infatti nelle applicazioni industriali l’accuratezza, l’esattezza e la precisione costituiscono, assieme a una eccellente stabilità a lungo termine del segnale di misura, una necessità imprescindibile.
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