INRIM

Le attività del settore si sono sviluppate all'interno delle due linee: riferimenti e tecniche di misura in acustica; tecniche di misura e applicazioni in acustica fisica. Viene anche svolta attivitā di certificazione, riguardante la taratura di microfoni, calibratori e fonometri; la caratterizzazione di sorgenti sonore e trasduttori ad ultrasuoni utilizzati in campo medico; la determinazione delle caratteristiche acustiche di materiali e strutture utilizzati nel campo dell'edilizia (pavimenti, soffitti, divisori, infissi) e negli ambienti di ascolto (materiali fonoassorbenti, poltrone, baffles). È inoltre proseguita la presenza nell'ambito del comitato CCAUV del CIPM, e in seno a EUROMET, IEC, CEI e UNI.

Esiste la necessità di sviluppare nuovi metodi normalizzati per definire i metodi secondari per la taratura di microfoni di misura e di fonometri, allo scopo di rendere più affidabile la verifica della strumentazione usata nel campo della metrologia legale. Pertanto nel 2005 si sono dedicate parecchie risorse al miglioramento delle tarature per confronto in campo libero e in pressione.
In particolare è stato studiato l'effetto del campo sonoro (una approssimazione di onde piane progressive), generato da sorgenti sonore di caratteristiche differenti, sul confronto tra sensori di dimensioni e forma variabili. L'analisi della incertezza della misura è stata estesa agli effetti della variabilità di elementi dei microfoni quali le griglie di protezione in campo libero e gli anelli adattatori per la risposta in pressione. I risultati di questo studio serviranno di supporto alla attività di sviluppo di nuove norme nell'ambito dei gruppi di lavoro IEC che si occupano di taratura di microfoni e di verifica periodica di fonometri ed è inserita nel progetto EUROMET 792.
È stato omologato un fonometro applicando per la prima volta la nuova norma IEC 61672 parte 2. È iniziata la preparazione del Draft B del confronto chiave EUROMET.AUV.A-K3 e le prime analisi dei dati rispetto a quelli del confronto chiave CCAUV corrispondente mostrano un accordo soddisfacente.

Componenti principali di incertezza della curva di correzione tra risposta in campo libero e in pressione di fonometri.

Un nuovo programma applicativo sviluppato per la misura automatica della potenza ultrasonora emessa da trasduttori commerciali o da trasduttori campione da laboratorio consente di ridurre i tempi necessari per una misurazione completa e quindi le derive nella misura della forza. L'incertezza nella determinazione della conduttanza di radiazione (il parametro principale usato nei confronti interlaboratorio) è stata ridotta misurando la tensione di pilotaggio dei trasduttori nella gamma di frequenza 0,5 - 20 MHz mediante dei convertitori temperatura-tensione. È stato presentato e approvato il progetto EUROMET 879 "Bilateral comparison of ultrasonic power (10 mW to 15W) in the frequency range from 1.8 MHz to 11 MHz", e il confronto tra INRIM e PTB sarā effettuato all'inizio del 2006.
È stata attivata una collaborazione con una industria italiana, attiva a livello internazionale nel campo della diagnostica medica mediante ultrasuoni, per la taratura di bilance a forza di radiazione e lo studio dei campi emessi dai trasduttori ultrasonori.
È stato inoltre messo in funzione l'apparato per la caratterizzazione del campo ultrasonoro intorno al trasduttore, basato su una vasca di prova e su un sistema di movimentazione di idrofoni controllata da PC. Questo apparato è particolarmente utile per caratterizzare nel tempo e nello spazio i segnali emessi da trasduttori per l'uso in medicina, in particolare quelli molto focalizzati. Sono state condotte le prime misurazioni dei parametri legati alla sicurezza nella medicina ultrasonora.

Supporto in fibra di carbonio per il bersaglio della bilancia a forza di radiazione.

Nel corso del 2005 sono stati progettati, costruiti e collaudati due apparati, per la misurazione delle proprietà in compressione dei materiali smorzanti e per lo scivolamento in compressione dei materiali viscoelastici. Sono quindi disponibili due nuovi servizi per la misurazione di queste proprietà.
Le tecniche per la misura delle caratteristiche di smorzamento strutturale, basate sulle misure di vibrazioni e sul calcolo della risposta all'impulso, sono state applicate a materiali e strutture utilizzate in edilizia, in particolare a coperture di tetti.
Una sorgente sonora omnidirezionale è stata progettata e collaudata nella camera semianecoica dell'INRIM. È stata successivamente usata con successo per la validazione di camere per la misura della potenza sonora secondo le norme ISO.

Presso l'INRIM è stato realizzato tra il 2000 e il 2004 un esperimento di termometria acustica primaria, nel corso del quale sono state misurate le differenze fra la temperatura termodinamica, in kelvin, e la temperatura determinata sulla scala internazionale di temperatura del 1990, ITS90. Le misurazioni sono state eseguite su nove isoterme tra il punto triplo del mercurio e 380 K, con un'incertezza compresa fra 0.9 mK a 234 K e 1.7 mK a 380 K. Lo stesso apparato sperimentale, dopo alcuni sostanziali miglioramenti, è utilizzato nello sviluppo di un esperimento, che porterà alla riderminazione della costante molare dei gas R.
Il lavoro è inserito all'interno di una collaborazione internazionale per la determinazione della costante di Boltzmann con incertezza relativa inferiore a 1 ppm, collaborazione che ha come obiettivo finale la ridefinizione dell'unità di misura della temperatura.
Nel corso del 2005 l'attività è stata rivolta principalmente alla riduzione dell'incertezza associata alla determinazione, basata su misurazioni a microonde, del volume del risonatore. Il metodo seguito è stato la realizzazione di cavità basate su una forma sferica, che presentino perturbazioni geometriche di entità sufficientemente piccola per non perturbare al prim'ordine i modi acustici e sufficientemente grande da permettere la separazione delle tre componenti dei tripletti a microonde. Sono state seguite due strategie, la prima basata sulla realizzazione di una cavità ellisoidale, la seconda sul disallineamento delle due semisfere componenti il risonatore utilizzato per le misure di temperatura. La ricerca è svolta in collaborazione con la sezione di Metrologia Termica.

Nell'ambito di un programma di ricerca volto alla determinazione delle proprietà termodinamiche degli n-alcani, sono state effettuate misurazioni di velocità del suono nel n-Nonano in fase liquida (questo fluido viene utilizzato nella calibrazione dei viscometri e di alcuni apparati per la determinazione della densità dei liquidi), su sei isoterme nell'intervallo di temperature fra 293.15 K e 393.15 K, a pressioni fra 0.1 MPa e 100 MPa. L'incertezza complessiva dei dati sperimentali è inferiore allo 0.2%. I valori di velocità del suono sono risultati in accordo con quelli del NIST Standard Reference Database all'interno delle rispettive incertezze. Le misurazioni eseguite sono state utilizzate nell'elaborazione di una nuova equazione di stato globale del n-Nonano e nello sviluppo di nuovi modelli termodinamici dei sistemi di idrocarburi.
Inoltre, nell'ambito di un progetto di ricerca europeo relativo allo sviluppo di nuovi modelli per i gas reali, presso il Dipartimento di Chemical Engineering and Chemical Technology dell'Imperial College di Londra, si è contribuito alla messa a punto di un apparato sperimentale per la misura della velocità del suono nell'aria umida e, utilizzando un apparato isocoro, si sono effettuate misure di densità della miscela summenzionata sia in singola fase gassosa, sia lungo la curva di saturazione liquido/vapore (VLE Vapour Liquid Equilibrium) con differenti percentuali di acqua.

Deviazioni dei valori sperimentali di velocità del suono nel n-Nonano dai valori previsti sulla base di un'equazione di stato dedicata.

La definitiva messa a punto dell'apparato sperimentale per l'analisi spettroscopica dell'emissione luminosa della sonoluminescenza ha permesso di effettuare le prime misure spettroscopiche. È proseguito inoltre lo studio del fenomeno di sonoluminescenza nelle soluzioni acquose di acido solforico e fosforico.
È stata verificata la possibilità di sintetizzare per mezzo di un campo di ultrasuoni materiali nanostrutturati. Questa possibilità è legata al fatto che in un liquido sottoposto all'azione di ultrasuoni di elevata intensità si generano bolle di gas che collassano, raggiungendo temperature molto elevate (5x10³ K), pressioni dell'ordine dei MPa e velocità di raffreddamento di circa 10⁹ K/s: queste condizioni estreme causano la rottura omolitica del liquido e delle altre sostanze in esso disciolte dando origine alla formazione di specie radicaliche molto reattive.
Nell'ambito di una tesi di dottorato in scienza dei materiali è stato possibile caratterizzare diversi materiali sintetizzati mediante gli ultrasuoni: nanoparticelle di CdS e Bi₂S₃, ossidi impiegati nel campo della catalisi come NiO, TiO₂ e ossidi misti come l'MgAl₂O₄. L'area superficiale molto elevata di questi materiali ha evidenziato le potenzialità di questa semplice tecnica di sintesi per la preparazione di alcuni materiali molto studiati in letteratura.
In considerazione delle recenti pubblicazioni relative all'applicazione degli effetti chimici della cavitazione su scala industriale, è stato allestito un apparato sperimentale per lo studio della cavitazione idrodinamica e sono stati condotti alcuni test preliminari per la degradazione del fenolo e di sostanze coloranti.

Immagine FESEM di un campione di MgAl₂O₄ calcinato a 500 º C.

• Taratura di campioni di pressione acustica

Attività in lieve incremento, legato al costante aumento del numero di laboratori accreditati.

• Verifica dei misuratori di livello sonoro

Le tarature di strumenti di utenti sono stabilizzate, essendo ormai da anni su livelli molto contenuti per la presenza di una buona rete di laboratori SIT in grado di fornire lo stesso servizio in tempi minori e con minori spese di spedizione.

• Misura della potenza sonora di sorgenti

La richiesta è stabile su numeri piuttosto contenuti. È stata richiesta una qualificazione di una camera semianecoica per la misura della potenza sonora, attività per la quale si è sviluppata una nuova sorgente di rumore omnidirezionale.

• Misura del potere fonoisolante, dell'isolamento al rumore di calpestio e dell'assorbimento acustico

La richiesta di prove è risultata mediamente in crescita rispetto all'anno precedente. Permane il problema della impossibilità di soddisfare le richieste di misura dell'isolamento del rumore di calpestio, rispetto alla quale la capacitā di misura č di una prova al mese. L'adeguamento di una coppia di camere di prova alle richieste della nuova normativa e la messa in funzione di nuove camere di misura per misure su infissi e altri particolari di dimensioni contenute, ha permesso di migliorare i tempi di risposta e la qualità e completezza dell'offerta.