Strumenti di misura
Che cosa sono gli strumenti di misura?
Gli strumenti di misura sono dispositivi che servono a determinare il valore di una determinata grandezza fisica, con riferimento a una prefissata unità di misura di quella grandezza.
Gli strumenti di misura consentono dunque di rendere quantitativi i risultati delle osservazioni dei fenomeni: per esempio, dalla nozione qualitativa di caldo e freddo si passa alla definizione quantitativa della temperatura e alla formulazione delle leggi della termologia mediante l'uso sistematico dei termometri.
L'insieme degli strumenti di misura adoperati in una ricerca, in un ramo della scienza o in un impianto industriale, prende il nome di strumentazione.
Classificazione degli strumenti di misura
Una prima classificazione degli strumenti di misura può essere fatta in base al tipo di uscita.
Si chiamano indicatori gli strumenti che forniscono il valore che la grandezza da misurare assume al momento in cui si fa la misura; questo valore è segnalato dalla posizione di un indice su una scala graduata (strumenti a indice) oppure dal numero stesso che lo esprime formato da cifre luminose (strumenti numerici).
Si chiamano invece registratori gli strumenti che forniscono una traccia più o meno duratura dei valori successivi della grandezza durante un intervallo di tempo più o meno lungo.
Un'altra classificazione degli strumenti di misura si basa sulla struttura e sul funzionamento degli elementi componenti. Si hanno strumenti meccanici, ad azionamento idraulico o pneumatico (quando l'elemento di collegamento è un fluido o un gas), elettrici (quando la misura si traduce in quella di una tensione, corrente o potenza elettrica), elettronici (quando contengono circuiti elettronici in funzione di amplificatori, trasduttori, rivelatori), ottici e via dicendo.
Un'altra classificazione degli strumenti si può fare in base alla grandezza che servono a misurare, ottenendo evidentemente l'elenco di tutte le grandezze fisiche.
Caratteristiche degli strumenti di misura
Riguardano essenzialmente quelle proprietà che hanno influenza sul risultato che si vuole ottenere adoperando uno strumento di misura. Le principali caratteristiche degli strumenti di misura sono:
- sensibilità
La sensibilità di uno strumento di misura è data dal più piccolo valore della grandezza da misurare che un dato strumento consente di misurare con errore prefissato.
La sensibilità degli strumenti trova un limite nel "rumore", ossia in genere sia nelle fluttuazioni casuali delle grandezze da misurare sia in quelle che sono intrinseche al funzionamento del rivelatore e che non sono eliminabili perché vengono amplificate ed elaborate insieme al segnale corrispondente alla grandezza da misurare.
- prontezza
Altra caratteristica importante, comune a tutti gli elementi di un sistema di misura, è la prontezza, ossia la rapidità con cui il sistema risponde alle brusche variazioni della grandezza da misurare, dalla quale dipende la durata delle operazioni di misura.
Quest'ultimo aspetto del problema è particolarmente importante nel caso di strumenti registratori e quando l'uscita viene elaborata per ottenere il controllo o la regolazione dei processi.
- precisione e sensibilità
Precisione e sensibilità sono le caratteristiche più importante di uno strumento di misura.
La precisione è espressa in generale mediante l'errore con cui si ottiene il valore della grandezza da misurare.
La precisione è distinta dalla sensibilità, in quanto la seconda dipende dalla costituzione del complesso e dal modo di funzionare dello strumento e riflette l'attitudine a segnalare piccole variazioni della grandezza da misurare, mentre la prima dipende dalla stabilità dei diversi componenti e dalla esattezza con cui sono noti i valori dei loro parametri caratteristici.
Per esempio un termometro può essere molto sensibile, rivelando piccolissime differenze tra i valori delle temperature da misurare, ma poco preciso, fornendo valori di queste temperature con errori notevoli.
Riassumendo
Lo scopo di uno strumento di misura è di fornire informazioni quantitative, quanto più possibile esatte (cioè con piccoli errori) e obiettive sullo svolgimento di qualche fenomeno.
Quindi, gli strumenti vengono adoperati in tutti i rami della scienza e della tecnica e i principi, sui quali si basa il loro funzionamento, si può dire che coprono tutto il campo della fisica e dell'ingegneria.
Il progresso della scienza e della tecnologia è strettamente connesso con lo sviluppo della strumentazione, in quanto maggiori precisioni e più spinte sensibilità consentono di affinare la conoscenza e di perfezionare di conseguenza gli stessi strumenti.
In generale lo sviluppo della strumentazione si svolge nel senso di ottenere maggiore precisione, sensibilità più spinta, campo di misura più ampio, rapidità di risposta più elevata (per citare un esempio oggi si possono misurare intervalli di tempo inferiori al nanosecondo, cioè miliardesimo di secondo), insensibilità sempre maggiore alle condizioni ambientali.
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