Appunti Misure elettriche ed elettroniche

Metodo di misura e misura

Normazione, accreditamento e certificazione

Nel 1985 nasce nell’Unione Europea la politica del nuovo approccio: c’erano delle barriere tecniche, dovute al fatto che ogni nazione aveva i propri riferimenti normativi, che valevano a livello nazionale (ciò che andava bene in Italia magari non andava bene negli altri stati), quindi la comunità europea ha fissato dei paletti.

1. Aspetto normativo

Compete agli organismi europei di normazione (ISO, CEN, CENELEC, ETSI, …) il compito di elaborare le norme tecniche armonizzate necessarie per l’applicazione delle direttive. A livello nazionale c’è una legge che impone che “materiali, apparecchiature, macchine e impianti siano realizzati secondo la regola dell’arte”. Se faccio realizzare un impianto a qualcuno che ha competenze a riguardo, questo utilizzerà dei materiali con determinate caratteristiche. Alla fine della realizzazione, rilascerà una dichiarazione di conformità che dovrà essere conservata in quanto dà la garanzia che gli impianti siano stati realizzati a regola d’arte: tutte le norme che esistono a riguardo sono state rispettate.

2. Aspetto legislativo

L’aspetto normativo dice che i documenti siano stati fatti da certi soggetti, e non sono obbligatori. L’aspetto legislativo riguarda il fatto che i documenti sono direttive europee: leggi che una volta realizzate vengono pubblicate nella gazzetta della comunità europea, e dopo la pubblicazione divengono obbligatorie. Una direttiva non è quindi una norma ma una legge, che stabilisce i requisiti di sicurezza.

L’intento della comunità europea era quello di realizzare un mercato unico in cui i prodotti piazzati nel mercato abbiano determinati requisiti di sicurezza: salute e sicurezza dei lavoratori; sicurezza e protezione dell’ambiente; sicurezza e protezione dei consumatori. Lo strumento di misura deve essere acquistato in modo che rispetti i requisiti di sicurezza.

Prima di questa direttiva, nel mercato si trovava di tutto; dopo, tutti i prodotti in determinati settori merceologici, per stare sul mercato, devono soddisfare i requisiti di sicurezza, imposti da questi documenti normativi. L’armonizzazione legislativa si limita all’approvazione, mediante Direttive, dei requisiti essenziali di sicurezza (o di altre esigenze di carattere collettivo) ai quali devono soddisfare i prodotti immessi sul mercato che, in tal caso, possono circolare liberamente nella Comunità.

Per esempio, i componenti elettronici all’interno contengono sistemi inquinanti. La direttiva cerca di limitare l’utilizzo di queste sostanze, perché nel momento in cui questi dispositivi devono essere smaltiti, bisogna gestire questa quantità di materiale contenente queste componenti.

3. Direttive specifiche

La direttiva è un documento di carattere generale: nel settore biomedico, i dispositivi medici rientrano nelle direttive riguardanti i dispositivi medici a seconda dell’ambito. Nascono così le regole tecniche: il documento applicativo della direttiva. La regola tecnica è un documento che si applica in maniera semplice. In sostanza, la differenza fra una regola tecnica e una norma è che una regola tecnica è legalmente vincolante mentre la conformità a una norma è volontaria.

C’è un'altra importante direttiva: la direttiva compatibilità elettromagnetica, che riguarda la possibilità che le apparecchiature elettroniche hanno di influenzarsi a vicenda; quindi, bisogna progettare ogni oggetto in maniera che sia “immune”, che non interferisca con altri apparati elettronici.

Se un’azienda realizza qualcosa in Italia, questa deve in qualche modo essere riconosciuta anche negli altri stati europei. Nasce il marchio comunitario (marchio CE). Se un oggetto ha il simbolo CE, vuol dire che questo è conforme alle direttive che per quell’oggetto si possono applicare. Nei dispositivi elettronici è obbligatorio. CE è sinonimo di requisiti di sicurezza: si ha la garanzia che maneggiando quell’oggetto non si corrono rischi.

• Applicazione delle norme della famiglia EN 45000 (rif. 1989) relativa ai criteri di competenza per gli organismi di certificazione e per i laboratori di prova.
• Applicazione delle norme della famiglia ISO 9000 relative alla gestione per la qualità ed assicurazione della qualità.
• Introduzione di un “approccio modulare” alle attività di certificazione.
• Introduzione di un sistema di accreditamento e certificazione per favorire il reciproco riconoscimento di attività, prove e certificati all’interno della Comunità e con i Paesi Terzi.

Le attività svolte

1. Attività di normazione

L’attività di normazione è svolta dagli organismi di normazione, e si occupano di norme tecniche o standard.

Normazione: Attività svolta per stabilire, relativamente a problemi effettivi e potenziali, disposizioni per gli usi comuni e ripetitivi, mirati ad ottenere l’ordine migliore in un determinato contesto.

• Norme tecniche (prodotto, sistema, …): una norma che si applica a un prodotto non si applica a un’azienda, e viceversa.
• Guide e documenti applicativi: norme a supporto alle norme tecniche.
• Regole tecniche: a differenza delle norme sono obbligatorie, e servono per far applicare le direttive.
• Direttive: è una legge, quindi può essere emanata solo da chi ha il potere legislativo. L’organismo di normazione non può avere la paternità di una direttiva, quindi dà solo un contributo per la realizzazione delle norme. L’organismo di normazione realizza norme tecniche, guide e documenti applicativi e regole tecniche.

L’attività di normazione è svolta da organismi (organismi di normazione) riconosciuti a livello internazionale, europea, nazionale. Ha lo scopo di promuovere la normazione nel mondo, al fine di facilitare gli scambi di beni e servizi, nonché di promuovere la collaborazione intellettuale, scientifica, tecnica ed economica.

Fa parte dell’attività di normazione la preparazione, l’approvazione, il recepimento e l’armonizzazione di norme pubblicamente disponibili, nonché la relativa diffusione. L’attività di normazione prevede una dimensione geografica (internazionale, europea, nazionale), una dimensione merceologica ed una dimensione contenutale. L’attività è suddivisa per settori di competenza, distinta per ambito elettrico e altri settori. La struttura è sempre uguale: dimensione mondiale, europea, fino ad arrivare alla dimensione nazionale.

• ISO International Organization for Standardization
• IEC International Electrotechnical Committee
• CEN Comité Européen de Normalisation
• CENELEC Comité Européen de Normalisation Electrotechnique
• ETSI European Telecommunication Standards Institute
• UNI Ente Nazionale Italiano di Normazione
• CEI Comitato Elettrotecnico Italiano

A volte è possibile trovarsi in situazioni per le quali non ci sono delle norme, quindi è necessario realizzarne una.

2. Attività di accreditamento

Accreditamento: riconoscimento formale della idoneità di un Ente (Organismo o Laboratorio) a svolgere una specifica attività secondo determinate norme. Le norme sono già state fatte, e l’organismo di accreditamento si occupa di individuare una norma per effettuare le attività. Si accredita un organismo o un laboratorio.

Quando si fanno le analisi del sangue, si dà per scontato che l’organismo sia stato accreditato: garantisce professionalità oggettiva, indipendenza e trasparenza. La garanzia che un laboratorio è affidabile è data da queste caratteristiche, che sono quindi riconosciute a un laboratorio che segue determinate norme.

In Italia, questo tipo di attività è svolto da:

• SINAL – Sistema Italiano Nazionale di Accreditamento dei Laboratori: Costituito nel 1988 per iniziativa di UNI e CEI, ha come finalità l’accreditamento, a livello nazionale, dei laboratori di prova italiani ed esteri per assicurare che i risultati delle prove da essi effettuate siano accettati ovunque.
• SINCERT - Sistema Nazionale per l’Accreditamento degli Organismi di certificazione: Costituito nel 1991 per iniziativa di UNI e CEI, ha come scopo primario quello di accreditare Organismi di certificazione dei sistemi qualità, prodotti, personale, sistemi di gestione ambientale ed Organismi di ispezione.

22 dicembre 2009: dalla fusione di SINAL e SINCERT nasce ACCREDIA in qualità di Ente unico nazionale di accreditamento, riconosciuto dallo Stato. Le attività svolte sono coordinate a livello internazionale: ACCREDIA è membro dell’European Cooperation for Accreditation (EA) ed operano nell’ambito dell’International Accreditation Forum (IAF). La presenza di specifici accordi di mutuo riconoscimento stipulati a livello internazionale fa sì che certificati e rapporti di prova emessi da Organismi e Laboratori accreditati vengano riconosciuti ed accettati anche all’estero. Quindi merci realizzate in Italia e certificate da ACCREDIA possono essere esportati in tutti i paesi europei, grazie agli accordi di mutuo riconoscimento. Prima di questi accordi, gli oggetti venivano certificati a livello nazionale.

3. Attività di certificazione

Certificazione: atto mediante il quale una parte terza indipendente dichiara che, con ragionevole attendibilità, un determinato prodotto, processo, servizio o organizzazione è conforme ad una specifica norma o ad altro documento normativo. Certificare un prodotto o un processo o un’organizzazione sono cose diverse. Gli organismi di certificazione quindi non fanno norme, ma verificano che l’oggetto, il processo o l’organizzazione sia conforme alle norme. Questo è il motivo per cui questi sono “soggetti terzi”, perché c’è chi realizza qualcosa, e chi compra: questi organismi stanno al di sopra.

• Certificazione di prodotto
• Certificazione di sistema (SGQ, SGA)
• Certificazione del personale
• Attività di ispezione

Ciò che è importante è che si parla di certificazione solo se è svolta da un organismo terzo, cioè l’organismo di accreditamento ha le competenze per dire che certi soggetti sono organismi terzi.

4. Attività metrologica

È svolta dagli istituti metrologici, e assicura la riferibilità metrologica a campioni nazionali. Ovvero stabilisce se gli strumenti hanno determinate caratteristiche e se funzionano correttamente.

Alcune caratteristiche metrologiche degli strumenti sono sensibilità, risoluzione, accuratezza, portata, precisione… quindi la scelta di uno strumento è in base a ciò che devo fare. Lo strumento ha determinate caratteristiche metrologiche, e di solito sono strumenti elettronici, quindi anche se lo uso correttamente nel tempo, oppure se lo utilizzo in “ambienti ostili” per lo strumento, o se subisce una caduta, ecc., dopo tot anni devo verificare se lo strumento fornisce ancora informazioni corrette.

Gli strumenti vanno fatti periodicamente controllare, per esempio confrontandoli con strumenti migliori, ma è importante ricordare che prima o poi anche lo strumento migliore dovrò confrontarlo con un altro migliore: questo processo di confronto tra strumenti si chiama riferibilità metrologica. Questa viene applicata dagli istituti metrologici primari a livello nazionale, con strumenti detenuti dagli strumenti metrologici. In Italia ci sono due ambiti: uno elettrico e uno per grandezze dimensionali (lunghezza, temperatura, ecc…). Gli istituti di taratura si occupano di assicurare la riferibilità dei risultati delle misurazioni ai campioni nazionali. Il sistema di accreditamento in Italia è uguale a quello di molti altri paesi europei, hanno solo nomi diversi, ma i processi sono gli stessi. Realizzare un prodotto senza marchio CE è contro la legge, e la responsabilità è di chi ha realizzato e messo in commercio il prodotto, ma anche di chi lo acquista.

Il processo di misurazione

Il processo di misurazione comporta una serie di attività tra loro interconnesse finalizzate ad ottenere un’informazione finale, la misura.

• Individuare il misurando: cosa si deve misurare
• Individuare/scegliere il metodo di misura: come si deve misurare
• Selezionare la strumentazione: quale strumento e con quali caratteristiche scegliere (le prestazioni metrologiche): porre attenzione al sensore e alle tecniche di elaborazione dell’informazione.
• Acquisire ed elaborare il segnale: A parità di misurando posso utilizzare sensori con caratteristiche diverse. C’è poi l’elaborazione del segnale, che dipende da come è realizzato lo strumento.
• Stabilire l’attendibilità della misura: non esiste una misura esatta; la Statistica ha un ruolo determinante.
• Dichiarare la misura: tutte le misure sono incerte: sarà sempre affetta da un’incertezza più o meno esatta che dipende dallo strumento, ecc.; essere «ragionevolmente» sicuri della correttezza dell’informazione.

L’esecuzione più semplice di una misurazione si «riduce» al confronto tra i valori di due grandezze della stessa natura. Il numero che esprime il rapporto dei valori di queste grandezze e l’associata unità di misura che il riferimento rappresenta, costituisce il risultato della misurazione. Quindi quando si legge un valore sullo strumento, viene letto un valore secco: non ho informazioni sull’incertezza, e lo strumento dà quell’informazione perché la confronta con delle conoscenze che ha all’interno.

Gli elementi che concorrono nel risultato finale sono il misurando, il metodo, il campione, l’unità di misura e lo strumento. Inoltre, l’operatore deve essere in grado di utilizzare tutti questi elementi.

Esempio: Un laboratorio deve determinare il peso di una sostanza. Ciò che interessa considerare è:

• Competenza dell’operatore;
• Stato di taratura dello strumento;
• Marcatura CE, in quanto lo strumento sarà prevalentemente elettronico quindi devo essere sicura sia uno strumento sicuro;
• Condizioni di uso (minima quantità e massima quantità misurabile, …);
• Rispetto procedure di misura: una misura può essere fatta in laboratori diversi, quindi bisogna conoscere e rispettare le procedure di misura, soprattutto quando in un laboratorio lavorano più persone diverse: il rischio è quello di arrivare a risultati diversi;
• Capacità di stima dell’incertezza (risoluzione, ripetibilità, linearità, temperatura, …): si introduce il concetto di stima, che vuol dire “lavorare su un campione”, quindi quando seleziono un campione rispettando certi criteri, le informazioni che ottengo le voglio trasferire nell’intera popolazione. Questo passaggio di estensione è proprio la stima, un processo di inferenza statistica.

Se voglio avere una stima dell’altezza media in una stanza, posso misurare tutti e fare la media, supponendo che gli strumenti siano ideali; attraverso questo processo di statistica descrittiva ottengo un risultato che dal punto di vista statistico è “certo”. L’alternativa è fare un campionamento e misurare l’altezza delle sole persone campionate, ma nasce il dubbio su quanto attendibile sia il campione scelto. Ottengo un risultato incerto.

Si tratta di acquisire un segnale, e attraverso un’elaborazione opportuna si ottiene una rappresentazione. In questo processo sicuramente ha un impatto il numero di misure effettuato.

C’è un documento che fa riferimento a delle norme: VIM Vocabolario Internazionale di Metrologia: grandezza fisica (temperatura, lunghezza, …) oggetto della misurazione.

• Misurando: Misurazione: un processo volto a ottenere sperimentalmente uno o più valori che possono essere ragionevolmente attribuiti ad una grandezza. È un processo che si basa su un approccio sperimentale. Questo perché bisogna usare un certo strumento e interpretare determinati risultati. Bisogna pensare a scegliere lo strumento, collegando, settare dei parametri, ecc. “ragionevolmente attribuito” si ricollega all’incertezza di misura, più o meno ampia.
• Misura: Risultato della misurazione; è il valore numerico dato dal rapporto tra una grandezza e un'altra ad essa omogenea, assunta convenzionalmente come unità (unità di misura).
• Incertezza di misura: Parametro non negativo che caratterizza la dispersione dei valori (variabilità: parametri statistici) che sono attribuiti al misurando, sulla base delle informazioni utilizzate: ho a disposizione certe informazioni; quindi, posso fare delle misure di incertezza. È il grado di indeterminazione con cui è stato valutato il misurando. Il termine corretto è “grado di indeterminazione”.
• Unità di misura: Informazione essenziale per comprendere il valore assunto dal misurando. Si fa riferimento al Sistema Internazionale (SI) delle unità di misura. Posso dichiarare un risultato in maniera corretta se richiedo l’unità di misura.

Il sistema internazionale (SI) delle unità di misura

SI è il linguaggio con cui esprimere le misurazioni, condiviso da tutti i paesi che aderiscono alla Convenzione del Metro, accordo stipulato nel 1875 dai rappresentanti di 17 paesi, che oggi annovera 60 stati membri e 42 stati associati. La Convenzione del Metro pose le basi per un sistema di unità di misura comune, chiamato dal 1960 Sistema Internazionale. Dal 1971 il SI comprende 7 unità di misura di base riferite alle rispettive 7 grandezze fisiche. Tutte le altre unità di misura si ricavano da queste e sono quindi dette unità derivate.