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Controllo impermeabilità tramite misura della deformazione.

Un piccolo tutorial preso da un librettino distribuito dalla Sigma Electronic, ditta costruttrice di macchine per la prova del'impermeabilità, in occasione di un incontro di qualche anno fa.


PRINCIPIO DEL SISTEMA DI MISURA
CONVENZIONI In questo documento indicheremo, indistintamente, con - CASSA -,una cassa di orologio vuota o un orologio completo.
Allo stesso modo indicheremo con - PRESSIONE - tutta pressione superi ore a quella atmosferica.
Per depressione s'intende una pressione inferiore a quella atmosferica.
Il controllo dell'impermeabilità degli orologi consiste nel rilevare la deformazione della loro cassa quando essa è sottoposta a pressione o a depressione, misurandone la variazione della sua deformazione e la sua tendenza durante un determinato tempo.
L'orologio o la cassa, (termine utilizzato indifferentemente), è assimilabile a una capsula più o meno stagna che, oltre al movimento, contiene al suo interno anche aria a pressione atmosferica.
La deformazione e la sua grandezza, quando la cassa è sottoposta a una pressione diversa da quella atmosferica è prodotta, da una parte, dalla differenza di pressione tra l'interno e l'esterno di essa e, dall'altra, dal coefficiente di elasticità del materiale di cui essa è costituita, dalle sue dimensioni e dalla forma meccanica.

Avendo ogni cassa i propri parametri, è chiaro che la deformazione per una determinata pressione sarà diversa per ognuna di esse.
Allorché una cassa è sottoposta a una pressione, (o depressione) di test, si produce una differenza di pressione tra l'interno e l'esterno di essa.
In effetti la pressione esterna aumenta per raggiungere la pressione di test, (o diminuisce per raggiungere la depressione di test ), mentre la pressione all'interno di essa, resta costante, (uguale a la pressione atmosferica).
Se la cassa presenta una fuga, (non stagna , dunque), questa differenza di pressione tende ad annullarsi più o meno rapidamente, in funzione della quantità d'aria che penetra all'interno di essa, durante un determinato periodo di tempo.
Per contro, se la cassa è perfettamente stagna, la differenza di pressione resta costante.
Questa differenza di pressione, che è massima per una cassa di orologio impermeabile e nulla per una cassa non stagna, (per esempio, senza la corona), provoca une deformazione proporzionale alla pressione stessa.
E' tramite la misura indiretta di questa differenza di pressione, (differenza di pressione e deformazione) che permette di determinare l'impermeabilità degli orologi.

METODO DI MISURA
Il metodo consiste in tre fasi di misura che permettono di classificare il tipo di fuga in cinque categorie:

A) Molto grande fuga;

B) grande fuga;

C) fuga media

D) piccola fuga (fuori tolleranza)

E) piccolissima fuga (ma in tolleranza) oppure stagna.

Queste tre fasi di misura sono, nell'ordine

1. - Messa in pressione (o in depressione) de la cassa di orologio e acquisizione della deformazione iniziale.
Rilevazione possibile di una grande fuga (nessuna deformazione iniziale prodotta).

2. - Stabilizzazione in pressione e in temperatura de l'aria e controllo della persistenza della defonnazione iniziale.
Rilevazione possibile d'una grande fuga (la penetrazione più o meno rapida dell'aria all'interno dell'orologio produce una curva di regressione della deformazione più o meno grande).

3. - Misura della curva di regressione della deformazione durante il tempo di misura. Rilevazione possibile di una fuga media, (fuori tolleranza), piccola, (entro la tolleranza) o nulla, ossia cassa totalmente stagna.

La figura1 rappresenta qualche grafico della deformazione della cassa di un orologio messa sotto pressione, in funzione del tempo, fase per fase, (caso tipico).

La prima fase di misura (1) è l'acquisizione della deformazione iniziale della cassa durante la messa sotto pressione (o in depressione).

Questa deformazione iniziale è proporzionale a l'elasticità della cassa stessa e alla pressione, (o depressione) applicata.
L'analisi della deformazione iniziale, come pure altri dati acquisiti durante le diverse fasi di misura, permettono la valutazione del tipo di cassa di orologio, (calcolo individuale dell'elasticità di ogni cassa di orologio), come pure la rivelazione d'una grandissima fuga.
Infatti, se l'orologio presenta una tale fuga, l'aria della pressione (o la depressione) del test, riempie istantaneamente l'interno della cassa, annullando così la differenza di pressione tra l'interno e l'esterno di essa, impedendo cosi tutta deformazione o rendendola praticamente nulla, ( figura1, curva A).

La seconda fase di misura (2) è consiste in un periodo di stabilizzazione in pressione e in temperatura de la camera di test, come pure la stabilizzazione meccanica della cassa per stress subito durante la messa sotto pressione.

Questa fase di misura permette ugualmente la rivelazione rapida d'une grande fuga. Infatti, se l'orologio presenta une tale fuga, la differenza di pressione tra l'interno e l'esterno della cassa tenderà ad annullarsi più o meno rapidamente, in funzione del flusso d'aria che penetra all'interno di essa, causando la regressione della deformazione iniziale (figura 1, curva 3).

La terza fase, (3), è la misura effettiva del flusso della fuga, (pendenza della regressione della deformazione iniziale).
Questa fase di misura permette la rivelazione di piccolissime fughe.
In effetti, se l'orologio non presenta nessuna fuga, la differenza di pressione tra l'interno e l'esterno dell'orologio si mantiene costante e la curva di regressione, è nulla (figura 1, curva E).

Per contro, se la cassa presenta una fuga, la pendenza della curva di regressione sarà più o meno positiva per un test in pressione, (o negativa per un test in depressione), in funzione dell'intensità del flusso d'aria e dell'elasticità della cassa dell'orologio (figura l,curva C).

OSSERVAZIONI RIGUARDANTI L'ELASTICITÀ DI UNA CASSA DI OROLOGIO
L'elasticità di una cassa di orologio è la sua capacità a lasciarsi deformare da una forza esterna, (pressione) e riprendere, non appena questa forza cessa, la sua forma primitiva.

Essa è funzione del tipo di costruzione e dei materiali utilizzati per la sua fabbricazione, come pure del volume occupato dall'aria all'interno di essa.
Questa elasticità introduce una costante di tempo, ossia un ritardo nel raggiungere la deformazione finale.
Per cui è necessario introdurre, prima che inizi il test, un periodo di stabilizzazione, tanto più grande quanto l'elasticità della cassa è grande e la pressione (o depressione) è elevata.
Così, le casse di orologio aventi un coefficiente d'elasticità molto grande, (casse con lunetta in plastica, fondo acciaio molto sottile, casse in oro, in alluminio, in titanio ecc.), possono avere costanti di tempo molto lunghe (anche diversi minuti) e possono deformarsi anche in presenza di fughe di una certa consistenza, mascherandone la loro presenza parzialmente o totalmente, (figura 1, curva D).
Con questo tipo di casse di orologio, è consigliato di eseguire, in combinazione col test a pressione nominale, per prima cosa, anche un test a bassa pressione (0.2 o -0.2 bar), durante 90 sec, con lo scopo di limitare lo stress della cassa e mettere cosi in evidenza, una eventuale fuga.

Prova impermeabilità

STRUMENTI PER CONTROLLO IMPERMEABILITÀ SM-2000 ED SM-88IO
Per via della grande varietà di modelli di orologi fabbricati, (dimensioni, materiali, forma, ecc.) e, dunque, del grande numero di parametri di cui bisogna tener conto, la messa a punto di uno strumento per il controllo dell'impermeabilità degli orologi, diventa estremamente complessa.
Per evitare di rendere la procedura di test lunga e laboriosa, i nostri tecnici hanno messo a punto, già nel 1991, un algoritmo di test che permette all'ordinatore della macchine di tener automaticamente conto delle caratteristiche individuali della cassa di orologio da controllare, senza la necessità di dover introdurre dei parametri di test supplementari.

Gli strumenti di controllo impermeabilità SM-2000 e SM-8810 possiedono l'algoritmo di controllo dell'impermeabilità "ATCism" (Automatic Tolerance Computing by Initial Strain Monitoring).
Il principio utilizzato con questo algoritmo è il seguente: in un primo tempo l'ordinatore calcola il coefficiente d'elasticità della cassa di orologio in funzione dei dati acquisiti durante la prima e seconda fase di misura (vedere figura 1, fase1 e 2), e determina casi il valore limite della pendenza di regressione della deformazione iniziale, per questa cassa (pendenza in im per minuto, positiva per un test in pressione e negativa per un tesi in depressione), e, secondariamente ricerca la presenza di una eventuale fuga.

Le figure 2a (test in pressione ) e 2b (test in depressione) rappresentano un grafico della regressione della deformazione iniziale dune cassa di orologio, non stagna, in funzione del tempo, durante la terza fase di misura (vedere anche la figura 1, terza fase di misura).

Essendo «A» il punto di riferimento iniziale della tendenza della deformazione per la terza fase di misura, constatiamo che la cassa continua a deformarsi, a causa della sua elasticità, fino ai punto «B», mascherando temporaneamente la fuga (vedere tempo d'attesa 'Ta"= > tempo di stabilizzazione dovuto all'elasticità della cassa.

In "B", la fuga comincia a emergere e c'è inversione di tendenza della deformazione.
Essendo "B" il nuovo punto di riferimento, la regressione della deformazione "Dm" è misurata fino alla fine del tempo di misura.
Se la rampa di regressione non supera di 2 volte la rampa ammissibile, (Tempo di campionamento "Te" = tempo di misura meno tempo d'attesa "Ta" ), oppure fino al momento in cui la rampa di regressione supera di due volte la rampa ammissibile, ( punto 'C"); in questo caso, il tempo di campionatura è uguale a 'Te".



QUALCHE CONSIDERAZIONE PRATICA
Per mettere in evidenza una eventuale fuga dovuta alla cattiva aderenza di un giunto d'impermeabilità, a un difetto di fabbricazione di esso, o a una insufficienza di serraggio durante il suo montaggio, raccomandiamo di eseguire sempre in primo luogo, e in combinazione al test a pressione nominale, un test a bassa pressione o depressione (0.2 bar)-0.2 bar).
In effetti, a pressione nominale, la forza prodotta dalla pressione del test può rendere temporaneamente stagna la cassa, mentre a bassa pressione o in depressione, non lo è.

Il tempo di misura sarà selezionato in modo che, per un orologio stagno, la curva di deformazione nella terza fase di misura sia stabile, (piatta), per almeno 10 secondi.

Come regola generale, il tempo di misura dovrebbe essere di 30 a 60 secondi per le casse di orologio rigide e di 60 a 90 secondi per le quelle molto elastiche.

Glossario delle figure 2a e 2b
-Tempo di misura: tempo accordato alla macchina per rivelare e misurare la fuga.
-Tempo d'attesa "Ta": tempo d'attesa durante il quale la cassa continua a deformarsi.
-Tempo di campionatura "Te": tempo durante il quale la fuga è misurata.
-Deformazione misurata "Dm": regressione della deformazione misurata durante il tempo "Te".
-Pendenza di regressione: curva di regressione misurata ( quoziente di "Dm" par "Te").
-Pendenza ammissibile: pendenza ammissibile entro la quale l'orologio è classificato «stagno o impermeabile » calcolato automaticamente dalla macchina.
-Punto "A" : punto di riferimento iniziale della tendenze della deformazione.
-Punto "B": nuovo punto di riferimento se c'è inversione di tendenza.
-Punto "C": punto d'interruzione del test (la pendenza di regressione della deformazione è superiore a due volte la tolleranza ammessa).

Un altro articolo in merito al'impermeabilità è qui: Water resistant: "Ci posso nuotare?"