LABORATORIO METROLOGICO E SALE CMM: Accorgimenti utili per il controllo della TEMPERATURA

Analisi delle esigenze per l’allestimento di un ambiente stabile per il miglior funzionamento delle macchine di misura con particolare riferimento agli effetti della temperatura nel controllo di misure di grande precisione

Nell’evoluzione delle soluzioni, prese per realizzare un ambiente ad atmosfera standard di riferimento, storicamente sono nate le prime realtà per laboratori di metrologia utilizzando locali seminterrati, caverne, tunnel sotterranei dove le influenze esterne, in assenza di dissipazioni di calore interne significative, erano ridotte al minimo e l’aria in quiete. Per sorgenti termiche più consistenti, dovute all’avvento di strumentazione elettrica e a controllo elettronico, l’adozione di sistemi a flusso laminare consentiva di garantire un controllo su un fronte degli strumenti con tolleranze di una certa precisione.

Solo per pochi è stato possibile realizzare un’atmosfera standard con uno di questi due sistemi tecnicamente opposti, ma l’impiego sempre più diffuso di macchine di misura ha imposto sia agli utenti, l’adozione di impianti di condizionamento più semplici sia ai costruttori, più ampie tolleranze di lavoro per non escludere una vasta gamma di impiego.

Di fatto l’esigenza si è consolidata su due parametri quali:

Temperatura ambiente:	20 +/- (0,3 - 0,5) °C
Umidità relativa:	(45 - 50) +/- 5 %

compromesso che però richiede un’esatta valutazione di:

A) Pareti
ovunque venga realizzata la sala per una macchina di misura, le pareti devono garantire un’adeguata tenuta al passaggio del calore, del vapore, della polvere e dell’aria esterna.

B) Distribuzione
escludendo l'impiego di un flusso laminare, l’aria immessa nel locale deve garantire i valori richiesti anche in presenza di gravose condizioni di esercizio, interne ed esterne, senza provocare nello spazio della macchina di misura gradienti termici orizzontali e verticali che ne deformino l’assetto. La velocità dell’aria pertanto in tale zona dovrà essere ridotta al minimo e possibilmente limitata ai movimenti ascensionali dell’aria calda emessa ed al relativo richiamo di aria condizionata che li compensa.

C) Sovrapressione
l’ambiente della macchina di misura dovrà essere in leggera sovrapressione rispetto all’esterno, ed il suo valore massimo verrà garantito da adeguate barriere all’accesso del locale quali: precamera con eventuale interblocco delle porte ed immissione di aria esterna di rinnovo bilanciata con l’espulsione dell’aria viziata.

D) Materiale da sottoporre a misura
dovrà essere introdotto nell’ambiente solo dopo un adeguato condizionamento che lo avvicini dei valori di 20°C allo scopo di evitare che la sua introduzione alteri la stabilità della macchina di misura e di altri materiali già presenti.

E) Illuminazione
non potendo operare su una macchina di misura senza luce occorre prevedere che le sorgenti di luminosità siano a temperatura controllata ad un valore uguale o di poco inferiore ai 20 °C richiesti nell’ambiente; sulle unità di misura tridimensionali è consigliabile lasciare in ombra l’area di misura, disponendo di un’illuminazione indiretta tramite l’utilizzo di lampade perimetrali.

F) Dissipazione interna
nel caso di una estrazione forzata con elettroventilatori da un quadro comandi, da una consolle o dalla macchina di misura medesima, occorre evitare che turbolenze e deviazioni del getto dell’aria espulsa alterino l’uniformità nello spazio intorno alla macchina di misura, convogliandola con opportuno condotto all’aspirazione dell’impianto di condizionamento. Le sorgenti non convogliabili quali l’operatore ed il calore dissipato da griglie di aerazione per movimento naturale non devono mai interferire con l’immissione diretta dell’aria condizionata, che perturberebbero in modo incontrollabile l’uniformità in alcuni punti o in tutto il locale.

G) Irraggiamento
oltre all’illuminazione di cui si è già parlato ogni irraggiamento deve essere evitato per un buon funzionamento delle apparecchiature più precise; la presenza dell’operatore di fronte a tali strumenti richiede l’uso di appropriati schermi riflettenti che respingono ogni influenza sull’apparecchiatura. Pannelli visori, finestre, porte e quant’altro interrompa la tenuta delle pareti dovranno essere ad un’adeguata distanza ed opportunamente schermati con l’uso di film riflettenti e di strutture a taglio termico; se investiti da raggi solari con tende avvolgibili esterne.

H) Regolazione delle variabili
la fluttuazione della temperatura può essere contenuta solo grazie ad un’azionamento in banda proporzionale da attuatori a minima inerzia termica in tempi di ciclo di qualche secondo in modo da consentire di rimanere dell’ambito di 1.0 K/h. Per tolleranze inferiori di 0.5 K occorrerà disporre di una regolazione in più sequenze successive. La risoluzione dell’impostazione dei parametri deve essere la più alta possibile (a lettura centesimale) per poter correggere agevolmente i valori impostati.

I) Registrazione
il sistema di registrazione delle temperature di misura deve essere del tutto indipendente dal sistema di acquisizione dei valori di regolazione per percepire anche minime alterazioni dell’andamento storico della stabilità delle condizioni del laboratorio. La precisione dovrà essere conforme all’accuratezza delle misure in corso e la posizione della o delle sonde dovrà presiedere alla situazione degli strumenti. Le sonde saranno poste a un’adeguata distanza dalle pareti e non esposte a sorgenti calore di qualsiasi tipo.

J) Taratura
le sonde di cui sopra dovranno essere periodicamente confrontate ad una sonda o strumento campione dotato di un certificato rilasciato all’ente proprietario da un centro SIT che ha eseguito la verifica dello scostamento dal campione primario

M) Filtrazione
l’aria condizionata dovrà provenire da un set di filtri, posti a valle del ventilatore, che abbiano un’efficienza non inferiore al livello EU 9 per soddisfare due esigenze:

la classe di pulizia compresa tra 10.000 e 100.000

una salubrità dell’ambiente condizionato, che operando in modo continuo, deve garantire l’assenza di cariche batteriche concentrate dannose alle vie respiratorie degli operatori

La pulizia dell’ambiente è affidata anche all’utilizzo di tappeti decontaminanti all’ingresso. all’impiego di una doccia ad aria nella precamera e di particolari abiti e accessori antipolvere.

N) Rumorosità
l’uso di accorgimenti sul percorso dell’aria condizionata e la posizione dell’impianto dovranno essere tali da garantire un livello accettabile di rumore di base contenuto nel valore da 40 a 45dB(A).

O) Vibrazione
la superficie del laboratorio su cui poggiano le macchine di misura dovranno essere esenti dalla trasmissione di vibrazioni provenienti dall’ambiente esterno e dalla struttura dello stesso impianto di condizionamento. Previo un’accurata analisi della situazione esistente prima della realizzazione del laboratorio e delle specifiche imposte dal costruttore della macchina di misura alcuni accorgimenti quali un massetto indipendente, isolato con opportuni materiali dal pavimento circostante su cui poggiano le pareti ed l’impianto di condizionamento o l’impiego di opportune sospensioni antivibranti pneumatiche permetteranno di operare evitando tale tipo di disturbo.

P) Carica elettrostatica
Per evitare cariche elettrostatiche il pavimento deve essere coperto da materiale conduttivo oggi disponibile con rete di piattina di rame e costituito da materiale in classi di resistenza fino a 10 Ohm .

Q) Tutela dell’ambiente
nel processo continuo di condizionamento delle macchine di misura ogni economia nei costi di esercizio si riflette, dove possibile, nel risparmio di energia ottenuto dal recupero del calore di condensazione del circuito frigorifero per il post-riscaldamento dell’aria trattata e nell’impiego di opportuni scambiatori sui flussi per la ventilazione dell’aria di rinnovo e l’espulsione dell’aria viziata .

R) Aria compressa
l’aria compressa deumidificata utilizzata in alcune macchine di misura di elevata precisione, oltre a soddisfare i requisiti di pressione e portata richiesti dal costruttore, dovrà essere erogata con una temperatura di 20°C o di poco superiore (3°C).

Concludiamo dicendo che questi sono solo alcuni degli argomenti da affrontare per la realizzazione di un laboratorio, in quanto la realtà presenta esigenze di soluzioni ogni volta diverse e non sempre le conclusioni raggiunte permettono di risolvere le nuove necessità, ma ci auguriamo che questo elenco permetta di darVi alcuni utili suggerimenti, per altro già indicati dal testo elaborato dall’istituto di metrologia “G. Colonnetti” per definire la struttura di un laboratorio metrologico.