TARATURA

Enciclopedia Italiana (1937)

TARATURA

Gilberto BERNARDINI

. Una misura, nel campo scientifico come in quello industriale, può essere eseguita o con un confronto diretto con l'unità di misura (come per es., in una misura di lunghezza) o in base a un fenomeno fisico che, collegando grandezze diverse fra loro dipendenti, permette dalla determinazione numerica dell'una di risalire alla misura dell'altra. Questo secondo caso è il più frequente. Per es., in un termometro, da una dilatazione, cioè dalla determinazione di una lunghezza, si risale a una temperatura, in uno strumento di misura elettrico a lettura diretta, come un comune amperometro o voltmetro, dalla misura di un angolo (dalla deviazione cioè di un equipaggio mobile, che può essere una bobina o un ago magnetico) si deduce un numero che esprime nell'uno l'intensità della corrente in ampère, che fluisce ai morsetti, nell'altro la caduta di tensione, in volt, che intercede fra un morsetto e l'altro. La lettura, nei varî casi, è resa immediata e corrente da opportune scale graduate sulle quali scorrono indici, aghi, traguardi, ecc., riducendosi in sostanza quasi tutte le misure, per quanto riguarda la loro materiale esecuzione, a delle misure di lunghezza o di angoli.

Così ogni strumento di misura va dotato di una scala graduata conveniente, che trasforma un apparecchio, indicante qualitativamente un determinato fenomeno fisico, in uno strumento di misura. Tarare uno strumento significa appunto determinare questa scala convenientemente graduata, sulla quale un indice, un ago o un traguardo indicano, con la loro posizione, un numero, che esprime, rispetto a una ben definita unità di misura, la misura di una certa grandezza omogenea (cioè della stessa specie) con l'unità medesima.

Anche nel primo caso, in cui la misura consiste in un confronto diretto fra i campioni dell'unità di misura (e dei suoi multipli e sottomultipli) e la grandezza da misurare, si usa questo verbo tarare, quando a sua volta si confrontano questi campioni con altri che si ha ragione di ritenere più attendibili (v., per es., il caso di due pesiere); ma noi ora ci volgeremo in particolare al secondo, essendo questo il caso al quale più frequentemente si adatta questo verbo tarare.

Normalmente, nella pratica corrente dei laboratorî scientifici e industriali, uno strumento viene tarato confrontandolo con un altro strumento del genere preso come strumento campione, o, più direttamente, in base a campioni di quella classe di grandezze che lo strumento poi deve poter misurare. Ma come sono stati stabiliti e misurati, una volta per tutte, i campioni di cui noi disponiamo per le nostre tarature correnti? È questo che noi vogliamo ora vedere un po' più da vicino rifacendoci dal prendere in esame il quesito della scelta delle unità di misura, perché è appunto a un confronto con i campioni base di queste che si deve in definitiva ridurre ogni taratura.

Com'è noto, in principio, un'unità di misura può essere scelta in modo completamente arbitrario purché risponda al requisito essenziale di essere invariabile. Inoltre è desiderio comune di stabilire le unità di misura in modo che possano essere di uso generale non solo nei limiti di un determinato stato, ma in quelli più vasti di tutta la collettività umana. Si è giunti così, per lo meno per quanto riguarda le unità di misura più importanti, a definire delle unità di uso internazionale, appositamente scelte e campionate secondo congressi e convenzioni internazionali.

I campioni delle unità così scelte sono stati poi depositati presso istituti speciali di questa o di quella nazione (in particolare al Bureau international des Poids et Mesures di Breteuil) mentre le altre nazioni che hanno aderito alle convenzioni ora dette hanno alla loro volta depositato, presso istituti analoghi (per es., l'Istituto di pesi e misure per l'Italia, il Bureau of Standard per gli Stati Uniti, la Reichsanstalt per la Germania, ecc.) delle copie di detti campioni a tutti gli effetti civili e legali, in modo che, sia nel campo tecnico sia in quello scientifico, si potesse realizzare la massima coincidenza possibile per le unità fondamentali.

Per le unità di lunghezza e di massa è noto come esistano i campioni in platino deposti presso il Bureau international di Breteuil (Parigi).

Il confronto delle copie con i campioni viene fatto direttamente impiegando dei sistemi ottici (microscopî comparatori) per raggiungere una maggior precisione. La precisione che così si può raggiungere è di 0,1 micron. I sottomultipli, come le divisioni intermedie si ottengono per mezzo di precise macchine a dividere.

Per le masse, i confronti vengono fatti con bilance la cui precisione è facilmente calcolabile. Nella pratica dei laboratorî generalmente esistono delle pesiere campione, con le quali le pesiere correnti vengono confrontate e quindi tarate. Per l'altra unità meccanica fondamentale, ossia per l'unità di tempo (il secondo, cioè, che è la 86.400 parte del giorno solare medio), il controllo è astronomico. Gli orologi degli osservatorî vengono regolati sui movimenti degli astri. Le stazioni radio trasmettono giornalmente il segnale orario per i controlli correnti.

Definite queste tre unità fondamentali, da queste si potrebbero e si possono poi dedurre tutte le unità derivate per tutte le grandezze meccaniche, termodinamiche (in realtà occorre ancora un'unità per la temperatura) ed elettromagnetiche e quindi in senso assoluto tarare dovrebbe significare ridurre l'indicazione data da un determinato strumento a queste unità fondamentali.

Esistono a questo scopo degli strumenti, detti appunto assoluti, che permettono di far questo in modo più o meno diretto.

Per le grandezze elettriche sono classici la bussola delle tangenti di Nobili-Weber e l'elettrometro assoluto di lord Kelvin.

La prima è costituita in modo da poter fornire l'intensità di corrente direttamente in unità elettromagnetiche assolute (deducibili da quelle meccaniche fondamentali) ed è semplicemente un piccolo ago magnetico rotante, posto nel centro di un avvolgimento circolare composto di un certo numero di spire (naturalmente in numero piuttosto limitato). Se n è il numero di spire, r il raggio (medio) di queste (in cm.), H il campo magnetico terrestre, in unità elettromagnetiche assolute, la corrente viene espressa in unità assolute dalla relazione

dove α indica la deviazione dell'ago.

Il secondo (fig. 1) è una vera e propria bilancia che serve a misurare in grammi peso e quindi in dine la forza elettrostatica che si esercita fra due piatti piani A e B, quando fra questi sia stabilita la differenza di potenziale V da esprimere in unità assolute.

Tra la forza F e il potenziale V, intercede la relazione

dove S è la superficie del piatto mobile B, e d la distanza fra i due piatti A e B. In figura, C è un anello di guardia.

Ma sia nel campo scientifico sia in quello industriale, per quanto riguarda misure elettriche di ogni specie, misure ottiche, ecc., gli strumenti di uso normale non sono mai tarati in unità assolute, bensì secondo unità internazionali stabilite in base a criterî pratici.

Le unità assolute rimangono, specialmente nel campo scientifico, come base di riferimento, per quanto già da adesso, viste le notevoli complicazioni a cui si va incontro, vi sia una spiccata tendenza ad assumere come sistema base il sistema metro, chilogrammo, secondo, coulomb (sistema Giorgi), che non è altro che il sistema elettrico pratico internazionale integrato dalle unità meccaniche pratiche (v. unità).

Le unità elettromagnetiche internazionali vennero stabilite cercando che esse, pur avendo per la loro grandezza i requisiti pratici richiesti, fossero in una precisa relazione con le unità assolute e precisamente il coulomb fu scelto in modo che fosse 1/10 dell'unità assoluta elettromagnetica di carica.

Nella pratica poi si preferì abbandonare questa definizione e fissare il coulomb per mezzo di un campione, giacché i fenomeni elettrolitici, di cui ci si serve per stabilire questo campione, permettono delle tarature (dei confronti di cariche) molto più precise di quanto non lo permettano delle misure fatte con fenomeni elettromagnetici.

Furono così definite le unità pratiche internazionali di cui abbiamo già fatto parola.

Di queste unità sono stati dati dei campioni base e le copie di questi (normali) sono quelle che servono alla taratura degli strumenti.

I campioni base sono appunto: a) il coulomb int. definito per mezzo del voltametro ad argento; b) l'ohm int. definito (secondo i criterî di costruzione del campione di resistenza Siemens 1860) per mezzo di una colonna di mercurio; c) gli elementi normali, come i campioni Weston, che hanno un piccolissimo coefficiente di temperatura.

Per gli scopi scientifici si è dovuto poi, naturalmente, tarare in unità assolute questi campioni.

Poiché l'elettrometro assoluto e la bussola delle tangenti non permettevano di raggiungere la precisione desiderata si sono costruiti a questo scopo diversi strumenti dei quali i più importanti sono quelli che servono a misurare in unità assolute l'ohm e l'ampère internazionali.

La determinazione assoluta dell'Ohm può essere eseguita in molti modi basati su principî diversi, da quello di Weber dello smorzamento delle oscillazioni di un ago magnetico posto in una bobina (si viene così a misurare in unità assolute la resistenza della bobina) a quello di Lippmann-Lorenz, nel quale una forza elettromotrice generata per induzione in bobine o dischi rotanti posti nell'interno di un grande solenoide, viene confrontata, per compensazione, con una caduta di potenziale V = Ri lungo la resistenza da tarare.

Merita di essere infine segnalato, per la grande precisione raggiunta, il metodo sviluppato dalla Reichsanstalt e da A. Campbell. L'autoinduzione di una bobina viene calcolata in base alle sue condizioni geometriche. D'altra parte la bobina viene misurata in Henry internazionali per mezzo di un ponte a corrente alternata, utilizzando una capacità. La capacità a sua volta viene misurata col metodo di Maxwell in farad. internazionali per mezzo di una resistenza normale.

Poiché un'induttività ha le dimensioni di una resistenza per l'inverso di un tempo (frequenza) si ottiene così il rapporto della resistenza normale al suo valore espresso in unità assolute.

Per la misura assoluta della corrente non esistono tanti metodi diversi; anzi essi si riducono in sostanza a un identico principio che è quello della bilancia di lord Rayleigh (fig. 2). A un braccio di una bilancia, in mezzo a due grosse bobine A e C è sospesa una bobina circolare B. Nelle bobine A e C fluisce una corrente (in senso inverso l'una all'altra) così che le azioni delle due si sommino. Anche nella bobina B circola una corrente così che questa, per azione elettrodinamica, viene attratta verso il basso. Si compensa questa attrazione con un peso conveniente da cui si deduce in unità assolute (in dine) la forza elettrodinamica esercitantesi fra la bobina B e quelle A e C.