Le attività svolte presso la sezione Metrologia della Massa riguardano la massa e argomenti affini, come il volume, la densità dei solidi, le proprietà dei liquidi, la meccanica dei fluidi e, legata a quest’ultima, la velocità dell’aria. Altre attività sono la progettazione meccanica avanzata e l’applicazione alla metrologia di tecniche statistiche e matematiche, con particolare riferimento alla valutazione dell’incertezza di misura.
Il gruppo detiene il campione nazionale di massa (copia n. 62 del prototipo internazionale del kilogrammo), e di densità (sfera di silicio di massa pari a 1 kg). Durante l’anno è stata eseguita la taratura di numerosi campioni di massa, tra i quali il campione nazionale da 500 kg, costituito da 25 campioni, ciascuno di massa pari a 20 kg.
Nell’ambito di una collaborazione con l’INFN della sezione di Firenze, sono state eseguite misure di precisione di densità nell’esperimento MAGIA (Misura Accurata di G mediante Interferometria Atomica). Tale esperimento si propone di misurare la costante gravitazionale universale studiando la caduta di atomi, la cui accelerazione è perturbata da cilindri di tungsteno sinterizzato aventi massa e densità note. Poiché la distribuzione della densità è un parametro fondamentale dell’esperimento, per valutare l’omogeneità della densità dei cilindri è stata misurata la densità di 15 parallelepipedi (circa 500 g ognuno) ricavati da un cilindro campione. Il test è stato eseguito su due cilindri campione costruiti con differenti processi di sinterizzazione. La densità è stata determinata con il metodo della pesata idrostatica utilizzando come liquido di riferimento acqua bidistillata. Il cilindro con la migliore omogeneità ha rilevato una variazione relativa della densità di 6.6 ×10-4. Come atteso, per effetto della presenza di porosità prodotte dal processo di sinterizzazione, i risultati hanno mostrato una progressiva riduzione di densità muovendosi verso il centro del cilindro.
I 15 parallelepipedi ricavati da un cilindro campione.
La nuova bilancia MT AX1005, completamente automatizzata e attrezzata per le pesate idrostatiche, è stata installata in una protezione di vetro e alluminio, che ne migliora l'isolamento termico e la stabilità. La bilancia è stata usata per ripetere i confronti idrostatici tra tutti i nostri campioni solidi di silicio. I risultati hanno confermato la discrepanza tra il nostro campione di riferimento e quelli del PTB e dell'NMIJ. È stata corretta l'incertezza dei nostri risultati nel confronto chiave D-K1. Per ristabilire la coerenza dei campioni di riferimento, si è adottata temporaneamente la sfera di silicio AVO#2, tarata dal PTB nel 2005 per via interferometrica. La nuova bilancia è stata anche usata nell'attività di taratura che ha prodotto quattro certificati.
L’attività svolta tratta con la metrologia della viscosità, densità e misura dei volumi della vetreria graduata. In questo ambito siamo stati coinvolti a partecipare a diversi progetti internazionali come: nel campo della viscosità al confronto chiave CCM.V-K2 "CCM Key Comparison on viscosity at 20 °C, 100 °C e 150 °C", nella densità a coordinare il confronto chiave regionale EUROMET project 702 "Comparison of the calibrations of high resolution hydrometers for liquid density determinations", nel quale sono coinvolti 11 istituti metrologici nazionali, ed infine, ancora nell’ambito della densità, è continuata la collaborazione con l’Istituto portoghese IPQ nel EUROMET project 858 in continuazione del contratto 46/IPQ/2005. Oltre alle attività di disseminazione verso l’industria nazionale, l’INRIM ha supportato, in accordo al contratto AFI-AMM-TRI 826/2005, la Scandura & FEM e l’Ente per le Nuove Tecnologie, l’Energia e l’Ambiente (ENEA C.R. Trisaia) nella progettazione di un nuova unità di misura della densità di fluidi da 500 kg/m3 a 3000 kg/m3 e per la taratura di densimetri di processo. L’unità è completamente automatizzata; l’impostazione delle condizioni di prova e i dati di misura acquisiti si presentano in un pannello di controllo realizzato sullo schermo di un Personal computer.
Immagine del pannello di controllo dell’unità di misura della densità di fluidi e per la taratura di densimetri di processo (contratto AFI-AMM-TRI 826/2005).
Sono stati analizzati i dati del confronto di portate d’aria EUROMET 852 eseguito nel 2005 fra Italia e Svizzera per mezzo di un contatore di gas a pistoni rotanti di dimensione G25; i risultati sono stati pubblicati in maggio. Subito dopo l’INRIM ha eseguito le misure sui due campioni viaggiatori del successivo confronto internazionale EUROMET 806. Tale confronto, tuttora in corso, è stato progettato per confermare sperimentalmente le CMC di numerosi membri dell’EUROMET nel campo di portate da 0.1 a 25 L/min di azoto e di aria.
In seno ad un apposito Gruppo di Lavoro del CIG (Comitato Italiano Gas) si è collaborato alla stesura di una norma sul modo di realizzare le catene di riferibilità ed il relativo calcolo dell’incertezza nelle misure di volume e portata di fluidi importanti come i gas combustibili. Questo lavoro, iniziato nel 2004, dovrebbe verso il 2008 arrivare a ricoprire un importante argomento metrologico finora non trattato da alcuna norma, sia a livello nazionale sia internazionale.
E’ stato assicurato il necessario supporto metrologico ai Centri di Taratura del SIT, è stata eseguita la disseminazione delle unità ed è stata fornita consulenza alle industrie nei settori delle misure di volume e portata sia di liquidi sia di solidi.
Nell’ambito di un contratto attivo stipulato con AAS-I (Alcatel Alenia Space – Italia) è stato sviluppato nel corso del 2006 un regolatore di pressione basato sulla tecnologia piezo; esso, insieme al micro-thruster sviluppato l’anno precedente, completa la linea di alimentazione per un sistema di micro-propulsione proposto da AAS-I per il controllo di assetto di satelliti scientifici (GAIA e LISA Pathfinder). Il corpo-valvola in titanio completamente saldato e l’accurata progettazione dei componenti interni hanno consentito di soddisfare le rigorose specifiche stabilite dall’ESA per quanto concerne la resistenza alla pressione (burst senza rottura a 1200 bar), la massa totale (< 150 g) e la tenuta (leak interno < 10-7 SCCS ed esterno < 10-8 SCCS con pressurizzazione di He a 300 bar).
Sotto un secondo contratto con AAS-I è stata poi progettata una pompa piezo per liquidi ed è stato realizzato un primo prototipo di valvola di spurgo piezo, ambedue destinate al caging system del programma LISA Pathfinder dell’ESA: lo sviluppo da parte INRIM della valvola di spurgo a livello di engineering-model è previsto per il 2007.
Nell’ambito di un progetto guidato dall’ISTEC (Istituto di Scienza e Tecnologia dei Materiali Ceramici - CNR) si è iniziato uno studio finalizzato allo sviluppo di iniettori piezo per GPL e CH4, destinati all’impiego in campo automobilistico. Per quanto ancora in fase iniziale, i primi risultati raggiunti sperimentalmente utilizzando piezo plate-benders appaiono promettenti: un prototipo di valvola funzionante è previsto per la fine del 2007.
Una possibile soluzione costruttiva dell’iniettore a 4 vie.
In vista del confronto Euromet 514, da tempo in corso e che nella prima metà del 2007 dovrebbe coinvolgere il nostro laboratorio, sono state effettuate opere di aggiornamento degli impianti anemometrici che operano nel campo delle basse velocità. E’ stata inoltre preparata una prima bozza del protocollo di un futuro confronto in ambito Euromet nel campo delle alte velocità in cui l’INRIM dovrebbe ricoprire il ruolo di laboratorio pilota.
In ambito SIT è stata effettuata l’analisi delle procedure di un laboratorio che ha richiesto la certificazione per la velocità dell’aria; si prevede che tale procedura di certificazione sarà completata entro il 2007.
E’ proseguita l’attività di disseminazione delle unità ed è stata fornita alle industrie consulenza nel settore delle misure della velocità dell’aria. E’ continuata l’attività di ricerca nel campo dell’anemometria (in particolare a filo caldo e ultrasonica), realizzando esperimenti dedicati. E’ proseguito lo studio del flusso all’interno di micropropulsori; tale attività, svolta in collaborazione con il gruppo Portate e con l’AASI, è parzialmente finanziata dalla Regione Piemonte nell’ambito del Bando per la Ricerca Applicata 2004. Inoltre è iniziato, in collaborazione con il gruppo Portate, un progetto di ricerca volto allo studio del flusso all’interno di misuratori di portata di tipo "Sonic Nozzle".
Sono stati pubblicati numerosi articoli su riviste JCR.
Nel mese di agosto è stata dedicata all’argomento un’edizione speciale di Metrologia (W. Bich and M. G. Cox editors) che ha suscitato notevole interesse.
(Per gentile concessione di Metrologia).