Coppia e torsione

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Che cos’è la coppia e come si misura

La coppia quantifica l’azione che tende a far ruotare un corpo attorno a un asse. Nel controllo qualità industriale interessano tipicamente la coppia di chiusura (serraggio) e la coppia di apertura (sblocco) di tappi, ghiere e componenti filettati. La misura si esegue applicando la coppia allo strumento — o interponendolo tra l’utensile e il pezzo — e leggendo il valore su un display digitale, con possibilità di memorizzare la misura, confrontarla con soglie di tolleranza e trasferirla a un PC.

Il principio estensimetrico (strain gauge)

Il cuore del torsiometro è un trasduttore di coppia estensimetrico. Estensimetri (strain gauge) applicati a un elemento elastico ne rilevano la minima deformazione quando è sottoposto a torsione: collegati in configurazione a ponte di Wheatstone, forniscono un segnale elettrico proporzionale alla coppia applicata, che l’elettronica converte, linearizza e visualizza. Questo principio garantisce elevata linearità, ripetibilità e stabilità nel tempo. Nel FG-7000TA il trasduttore è esterno e viene riconosciuto automaticamente al collegamento alla base display; nei modelli da banco TNC e TNP il sensore è integrato nella struttura di prova.

Modalità di misura

Per adattarsi ai diversi tipi di prova, i torsiometri offrono più modalità operative. La modalità Track mostra la lettura in tempo reale; Peak memorizza il valore massimo raggiunto durante la prova; First Peak registra il primo picco dopo una diminuzione programmata (utile per cogliere lo “scatto” di apertura di un tappo); modalità come Auto Peak, Auto First Peak e Double Peak (disponibili sul TNC) automatizzano e ripetono la cattura. La modalità Preset, con soglie alta e bassa programmabili, abilita il test go/no-go pass/fail.

Accuratezza, unità e taratura

L’accuratezza dei torsiometri Shimpo è elevata: ±0,3% (FG-7000TA e TNC) o ±0,5% F.S. (TNP), con risoluzioni fino al millesimo di N·m in base alla portata. Le unità di misura selezionabili includono N·m, N·cm, kgf·cm e lb-in, in funzione del campo. Per assicurare la riferibilità metrologica, gli strumenti possono essere corredati di certificato di taratura (anche riferibile NIST). Una corretta taratura periodica è indispensabile per mantenere valida la misura ai fini del controllo qualità.

Torsiometri RODER

RODER distribuisce i torsiometri per tappi Shimpo: il portatile FG-7000TA con trasduttore esterno e morsetto regolabile (1/5/10 N·m), il TNC da banco fino a 20 N·m con sette modalità di misura e il TNP da banco (50 N·cm – 10 N·m) con comparatore a LED HI-GO-LO. Per l’applicazione pratica al controllo delle chiusure si veda Controllo della coppia di serraggio dei tappi.

Trasduttore esterno o integrato

Esistono due architetture principali. Nei sistemi con trasduttore esterno, come il FG-7000TA, il sensore di coppia è separato dalla base display e viene riconosciuto automaticamente al collegamento: questo consente di cambiare rapidamente sensore per coprire portate diverse e di posizionare la cella dove serve. Nei sistemi da banco come TNC e TNP il trasduttore è integrato nella struttura di prova, con morsetti regolabili che bloccano il campione: una soluzione robusta e ripetibile, ideale per il test in serie in laboratorio o in produzione.

Campi di misura, risoluzione e sovraccarico

La portata dello strumento va scelta in funzione della coppia da misurare, lavorando preferibilmente nella parte alta del campo per sfruttare al meglio la risoluzione. I torsiometri Shimpo coprono da 50 N·cm fino a 20 N·m a seconda del modello, con risoluzioni fino al millesimo di N·m sulle portate più basse. Una protezione al sovraccarico (120–150% del fondo scala) tutela il trasduttore da sollecitazioni accidentali, mentre l’elevata frequenza di campionamento (fino a 2000 Hz) permette di cogliere con precisione i transitori rapidi, come lo scatto di sblocco di un tappo.

Acquisizione dati e software

I torsiometri digitali Shimpo dispongono di memoria interna (fino a 1000 dati) e di uscite USB e, sui modelli che lo prevedono, RS-232, oltre a un’uscita comparatore per l’integrazione in un sistema qualità. Il software gratuito consente di scaricare le misure, visualizzarle, tracciarne l’andamento su grafico e calcolare i valori statistici (media, massimo, minimo) direttamente su foglio di calcolo, facilitando la documentazione e la tracciabilità delle prove.

Domande frequenti

Come si misura la coppia in un torsiometro digitale?

Tramite un trasduttore estensimetrico: gli estensimetri applicati a un elemento elastico ne rilevano la deformazione sotto torsione e, in configurazione a ponte di Wheatstone, forniscono un segnale proporzionale alla coppia, che l’elettronica visualizza e memorizza.

Che differenza c’è tra coppia di chiusura e di apertura?

La coppia di chiusura è quella necessaria a serrare la chiusura; la coppia di apertura (o di sblocco) è quella necessaria a riaprirla. Entrambe sono importanti per garantire tenuta e apribilità del prodotto.

Cosa significano le modalità Peak e First Peak?

Peak memorizza il valore massimo della prova; First Peak registra il primo picco dopo una diminuzione programmata, utile per cogliere lo scatto di apertura di un tappo.

Quale accuratezza offrono i torsiometri Shimpo?

±0,3% (FG-7000TA e TNC) oppure ±0,5% F.S. (TNP), con unità selezionabili N·m, N·cm, kgf·cm e lb-in e possibilità di certificato di taratura riferibile.

I torsiometri possono essere tarati?

Sì: possono essere forniti con certificato di taratura, anche riferibile NIST, e vanno tarati periodicamente per mantenere valida la misura ai fini del controllo qualità.