Le unità del nuovo Sistema Internazionale di misura SI 2019

L’esigenza di misurare le grandezze fisiche è sempre stata oggetto di ricerca e di miglioramento dei metodi di misura, sin dal periodo in cui l’uomo utilizzava il baratto delle merci e il conseguente inserimento della moneta.

Le basi per arrivare al Sistema Internazionale delle unità di misura, furono gettate in Francia quando l’assemblea Nazionale Costituente, istituita appena dopo la rivoluzione francese, decise di unificare il sistema di pesi e misure, che in precedenza assumevano valori diversi in funzione del luogo in cui ci si trovava.

Le commissioni scientifiche elaborarono le definizioni del metro e del grammo e di seguito furono realizzati i due campioni in platino conservati a Parigi. Con il passare degli anni le definizioni cambiarono sino alla data del 20 maggio 1875, quando si istituì la Convenzione del Metro e l’ufficio Internazionale dei Pesi e delle Misure il BPIM. La prima Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure (CGPM) si tenne nel 1899 definendo quali fossero le unità di misura del SI. Periodicamente il CGPM si riunisce per discutere eventuali cambiamenti da apportare per migliorare il Sistema Internazionale.

L’attuale Sistema Internazionale che è entrato in vigore il 20 maggio 2019, prevede l’adozione di 7 unità di base, per le seguenti grandezze fisiche:

  • Lunghezza;
  • Massa;
  • Tempo;
  • Corrente Elettrica;
  • Temperatura Termodinamica;
  • Quantità di Sostanza;
  • Intensità luminosa.

Dalle quali derivano tutte le altre unità di misura.

Ogni unità derivata è funzione di unità di base, come mostrato nella seguente tabella (non sono riportate tutte le unità derivate) di esempio:

Per queste unità si è resa necessaria la definizione di multipli ed i sottomultipli, ed è compito del CGPM di formulare i prefissi e i relativi simboli utilizzati in metrologia.

Definite le unità di misura si passa alla loro realizzazione, solitamente utilizzando tre procedimenti differenti:

  1. Realizzazione fisica dell’unità di misura, a partire dalla sua definizione, come ad esempio l’orologio atomico al cesio, che realizza l’unità di tempo.
  2. La realizzazione dell’unità basata su un fenomeno fisico, per esempio l’impiego di laser stabilizzati in frequenza per realizzare il campione del metro.
  3. Oppure l’adozione di un campione di misura materiale, come quello del chilogrammo campione di riferimento.

I campioni ottenuti dalla realizzazione delle unità di misura con l’utilizzo di equazioni fisiche sono detti campioni primari.

Il metodo di realizzazione tramite l’utilizzo di un’equazione della fisica, è detto metodo primario ed è una procedura impiegata per ottenere un risultato di misura senza eseguire un confronto con un campione di misura di una grandezza della stessa specie.

L’impiego del nuovo SI imporrà lo sviluppo di nuovi metodi di realizzazione dei campioni primari, con l’utilizzo delle conoscenze e delle tecnologie attuali, questa sarà la sfida degli istituti metrologici primari NMI per il raggiungimento di metodi sempre più performanti.

Nulla cambia invece nella vita quotidiana, anche in ambito lavorativo e non sarà necessario sostituire gli strumenti di misura che già abbiamo in azienda, poiché le esigenze di incertezza di misura per la taratura degli strumenti commerciali, sono di gran lunga superiori e pressoché ininfluenti nella vita misuristica di tutti i giorni.

La Conferma Metrologica

Cos’è il processo di conferma metrologica di uno strumento di misura

Siamo soliti eseguire le tarature degli strumenti di misura, perché questa operazione è richiesta dalle norme sul sistema di gestione qualità, un po’ come se fosse un’imposizione.

Nell’ articolo Perchè Tararare uno strumento abbiamo parlato di questo.
Il cliente che riceve il certificato di taratura, spesso si limita alla registrazione e non sa come invece dovrebbe utilizzare il documento che viene rilasciato dal laboratorio di taratura.

Iniziamo con il pensare che la taratura, non è un’operazione fine a sé stessa, oltre a definire le caratteristiche metrologiche dello strumento, può essere utilizzata per eseguire la conferma metrologica.

Entrambe le operazioni sono fondamentali per garantire che gli strumenti di misura rientrino nelle specifiche prefissate dall’organizzazione e vengono utilizzati per la verifica di conformità dei prodotti e dei servizi erogati in modo idoneo.

La ISO 9001:2015 al paragrafo 7.1.5.2 prevede che l’organizzazione metta in atto programmi di verifica che possano garantire che le apparecchiature di misura siano adatte all’utilizzo previsto, e debbano garantire la validità dei risultati di misura.

ISO 9001:2015 7.1.5.2

Questo vale anche per i dati derivati dalle tarature eseguite internamente all’azienda.

Come dicevamo in precedenza la taratura non è fine a sé stessa ed è utile anche per eseguire la conferma metrologica. La conferma metrologica è un’attività che prevede l’utilizzo del documento di taratura e dei dati contenuti in esso. Il concetto di “conferma metrologica”, viene descritto nella norma UNI EN ISO 10012: 2004 “Requisiti per i processi e le apparecchiature di misurazione”, ed è il seguente:

Insieme di operazioni richieste per garantire che un’apparecchiatura per misurazione sia conforme ai requisiti per l’utilizzazione prevista.

La conferma metrologica di uno strumento di misura è solitamente suddivisa in 3 fasi:

Prima fase: Taratura;

Seconda fase: Definizione dei criteri di accettazione;

Terza fase: Esecuzione della conferma metrologica, e definizione dell’intervallo di conferma.

Prima fase: Taratura.

Per la prima fase l’organizzazione si può affidare ad uno dei laboratori di taratura Accredia LAT. Questi laboratori sono qualificati all’utilizzo di procedure, personale ed apparecchiature idonee allo scopo di accreditamento, secondo la norma ISO/IEC 17025. È importante precisare che la taratura di per sé non assicura che lo strumento sia conforme alle specifiche prefissate, poiché i laboratori solitamente non rilasciano informazioni circa la conferma metrologica, ma forniscono solamente gli errori di misura dello strumento, rispetto al campione di riferimento utilizzato dal laboratorio.

La seconda fase: definizione dei criteri di accettazione.

Devono essere decisi in funzione dell’utilizzo dello strumento, per un determinato processo aziendale.

La terza fase: conferma metrologica.

Consiste nel confronto dei dati di misura, presi dalla taratura appena eseguita (ultima), rispetto ai dati raccolti nella taratura precedente. Durante le fasi di confronto delle due tarature, è fondamentale considerare anche l’incertezza di misura attribuita al misurando. L’incertezza di misura è il parametro associato al risultato di una misurazione che caratterizza la dispersione dei valori che possono ragionevolmente essere attribuiti al misurando. (secondo la UNI CEI ENV 13005). Se durante il confronto tutti i punti di misura rientrano nelle specifiche prefissate, lo strumento è confermato metrologicamente, e non resta che decidere con quale intervallo temporale rieseguire la conferma.

La Norma ISO 14253-1 descrive la regola decisionale da utilizzare per capire se lo strumento è in conformità secondo le specifiche definite dall’utilizzatore.

Dalla rappresentazione grafica si capisce quale sia l’importanza attribuita all’incertezza di taratura, poiché essa influisce negativamente, restringendo la zona di sicura conformità dello strumento.

Nel caso in cui lo strumento non sia all’interno della zona di sicura conformità, è necessario eseguire la messa in punto (dove possibile), ovvero il riallineamento dei valori di misura rispetto a quelli di riferimento.

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Nel caso estremo in cui, anche dopo la messa in punto, lo strumento non rientra nella zona di sicura conformità, lo strumento andrà declassato (utilizzandolo in attività di misura con un livello di precisione inferiore) o Accantonato (Segregare anche in ubicazione segnalata e identificarlo come non utilizzabile).

Ecco il diagramma di flusso che descrive le regole decisionali da utilizzare durante le fasi di conferma metrologica.

La definizione della Conferma
Il Flusso per la conferma Metrologica

As Found, As Left

As Found, As Left!

due inglesismi utilizzati in metrologia

Inglesismo o anglicismo è una parola, o una costruzione della lingua inglese, che viene utilizzata o recepita in un’altra lingua.

Ci sono un paio di termini inglesi che vengono utilizzati in metrologia per esprimere due differenti condizioni di taratura di uno strumento. Mi riferisco al termine As found e al termine As left.

La taratura As found o verifica iniziale, serve a conoscere le caratteristiche metrologiche di uno strumento. As found, “come trovato”, indica che lo strumento di misura viene verificato senza eseguire nessuna operazione di aggiustaggio o messa in punto.

La taratura As found può essere utilizzata per effettuare la conferma metrologica dello strumento, operazione prevista della Norma UNI EN ISO 10012, tramite il confronto delle misure eseguite, rispetto alla taratura precedente.

La conferma metrologica è utile per verificare se lo strumento, nel lasso di tempo tra una taratura e la successiva, è rimasto all’interno dei limiti prefissati, cioè in regime di conformità.

Quando uno strumento, al termine della taratura As found, risulta essere fuori dal regime di conformità, e quando lo strumento in questione ha la possibilità di essere riallineato, si può procedere all’operazione di aggiustaggio o messa in punto (in inglese calibration) Ti potrebbe interessare l’articolo sulla differenza tra Calibrazione o Taratura.

Questa operazione, che in passato si eseguiva tramite regolazione manuale, oggi sempre più spesso, viene eseguita attraverso un software che va a riallineare i parametri di calcolo interni dello strumento, riportandolo vicino al valore nominalmente più corretto.

La taratura As left “come lasciato”, viene effettuata al termine della messa in punto, con lo strumento perfettamente riallineato ai valori di riferimento utilizzati per la verifica.

Ora vi domanderete: “ma quale delle due tarature devo eseguire sul mio strumento di misura?”.

In linea teorica la taratura As left si rende necessaria solo quando la taratura As found ha fornito risultati che non hanno soddisfatto, durante la conferma metrologica, i limiti di conformità prefissati, altrimenti la taratura As found è sufficiente in termini di soddisfacimento della Norma UNI EN ISO 10012 e UNI EN ISO 9001.

La messa in punto e la taratura As left, possono essere comunque eseguite per avere uno strumento ancora più preciso, nonostante questo si sia rivelato, durante la taratura As found, all’interno della fascia di conformità.

Parlare la giusta lingua in metrologia, differenza tra taratura e calibrazione

Le parole sono importanti

Palombella rossa, film italiano del 1989 diretto e interpretato da Nanni Moretti.

L’utilizzo di parole corrette in metrologia è molto importante, per farsi capire bisogna parlare la stessa lingua.

Per trasferire le corrette informazioni, è fondamentale utilizzare termini appropriati.

Il Vocabolario di Metrologia Internazionale

Negli anni ’80 i metrologi di fama mondiale hanno intuito, l’esigenza di uniformarsi, favorendo lo scambio di informazioni, in modo corretto, certo, di fatto eliminando i fraintendimenti generati fino a quel giorno.

Nacque così nel 1984 a cura dell’ISO (International Organization for Standardization, trad. Organizzazione internazionale per la normazione), il primo Vocabolario di Metrologia Internazionale, nel quale sono definiti i concetti fondamentali e generali utilizzati in metrologia. Negli anni il VIM si è evoluto diventando una vera e propria Norma, la UNI CEI 70099.

Ma cosa significa realmente usare termini corretti?

Per farvi un esempio, uno dei termini spesso utilizzati in Italiano per definire la taratura, è la parola calibrazione. Questa parola, frequentemente utilizzata da chi si occupa di misure, è infatti da bandire, poiché deriva dalla traduzione inglese del termine Calibration. Proviamo ora, con l’utilizzo del V.I.M., a capire cosa realmente significano questi termini.

Riportandolo da VIM:

Taratura: operazione eseguita in condizioni specificate, che in una prima fase stabilisce una relazione tra i valori di una grandezza, con le rispettive incertezze di misura, forniti da campioni di misura, e le corrispondenti indicazioni, comprensive delle incertezze di misura associate, e in una seconda fase usa queste informazioni per stabilire una relazione che consente di ottenere un risultato di misura a partire da un’indicazione.

Il VIM inoltre aggiunge la seguente nota nazionale: Il termine «calibrazione» non dovrebbe essere usato per designare la taratura, proprio perché di per sé forviante.

Il termine calibrazione, correttamente tradotto in inglese con adjustment, produce un significato differente, poiché in metrologia il termine aggiustamento (adjustment) significa regolazione di un sistema di misura.

Questo termine è descritto nel VIM nel seguente modo.

Regolazione di un sistema di misura (aggiustamento): insieme di operazioni svolte su un sistema di misura, affinché esso fornisca indicazioni prescritte in corrispondenza di determinati valori di grandezze da sottoporre a misurazione. Nella nota 2 del VIM infatti si precisa: La regolazione di un sistema di misura non dovrebbe essere confusa con la sua taratura, che è un prerequisito della regolazione.