CONTATORI

CONTATORI (XI, p. 229)

Contatori per l'acqua. - Questi apparecchi, chiamati anche misuratori, in quanto servono a misurare e controllare la quantità d'acqua erogata da una tubazione, hanno la caratteristica di essere inseriti direttamente sulla tubazione per mezzo di flange o raccordi e di essere pertanto attraversati dall'acqua la quale mette in movimento determinati organi, mediante i quali viene segnalato il quantitativo erogato.

I contatori o misuratori per acqua propriamente detti si dividono in tre categorie: a misurazione diretta o volumetrici, nei quali l'acqua riempie una o più capacità determinate che si vuotano successivamente; a misurazione indiretta o di velocità, in cui la corrente d'acqua che li attraversa mette in moto un corpo mobile (che può essere una piccola turbina o un mulinello a palette a invito elicoidale); a misurazione mista o pseudovolumetrici, che rappresentano una via di mezzo tra quelli della prima e quelli della seconda categoria. Tutti sono provvisti di quadrante di facile lettura, che indica i quantitativi di acqua erogati. Gli apparecchi basati sul principio Venturi (v. Venturimetro, App.) si usano per la misurazione di portate ingenti e non vengono generalmente compresi nella denominazione di contatori per acqua.

I contatori volumetrici furono i primi a essere studiati e applicati. A causa però dell'alto costo, delle dimensioni ingombranti, dell'onerosa manutenzione, se ne è ridotta l'applicazione al solo controllo dell'acqua di alimentazione delle caldaie; e anche in questo campo essi vengono vantaggiosamente sostituiti dai contatori del secondo tipo.

I contatori a misurazione mista o pseudovolumetrici, il cui organo mobile è costituito da un disco o pistone rotante, per il loro costo elevato e per la rapida usura dell'organo mobile principale e della camera in cui tale organo ruota, vanno cadendo in disuso in quasi tutti i paesi.

Sono di uso generale i misuratori di velocità; la turbina costituisce l'organo mobile nei misuratori per piccole portate, detti appunto contatori "a turbina", il mulinello negli apparecchi per portate maggiori, o contatori "a mulinello". I primi (fig.1) nella più nota applicazione sono adoperati per misurare l'acqua consumata dagli utenti di una rete di distribuzione idrica e vengono collocati nelle condutture derivate che vanno ai singoli utenti; i secondi (fig. 2) sono invece usati per la misura di portate sulle condutture principali o secondarie di un acquedotto.

I recenti perfezionamenti apportati a questi tipi di contatori hanno fatto di essi degli apparecchi sicurissimi dal lato igienico, precisi, semplici, robusti, di costo moderato, di facile lettura; capaci di funzionare molti anni senza praticamente aver bisogno di riparazione alcuna. Tali misuratori sono costruiti generalmente con corpo d'ottone (con 65 parti di rame e 35 di zinco), oppure di ghisa; il meccanismo è quasi completamente costruito di nichelio puro. Il quadrante, a seconda delle applicazioni, può essere immerso nel liquido, oppure all'asciutto. Si hanno poi apparecchi di speciale costruzione per la misurazione di acque impure, calde, irrigue, ammoniacali, saline; di liquidi speciali, come nafta, olio, benzina, acidi, ecc.

In Italia vi sono importanti fabbriche che si occupano della costruzione dei diversi tipi; il consumo italiano è di circa 100.000 apparecchi all'anno ed è tutto coperto dalle fabbriche italiane, le quali, inoltre, esportano una parte della loro produzione.

Contatori per il gas. - I contatori per il gas si possono classificare o in base al funzionamento o in base all'uso.

In base al modo di funzionare possiamo suddividerli in contatori a misura diretta ed a misura indiretta.

Nei primi, detti anche molto propriamente volumetrici, il gas da misurare viene racchiuso in camere delle quali si conosce esattamente il volume e che vengono poste successivamente in comunicazione con la tubazione di arrivo e di erogazione del gas. Un congegno contatore ci dà il numero di camere che sono state attraversate dal gas: generalmente però questo congegno dà il prodotto del numero delle camere percorse dal gas per il loro volume e cioè dà direttamente il volume del gas che ha attraversato il misuratore. Se le camere di misura sono limitate da un liquido, il contatore si chiama ad umido, altrimenti si dice a secco. Il contatore tipico a liquido è quello ad acqua (v. Contatori: Contatori per il gas, XI, p. 229).

L'acqua può essere sostituita da olio speciale e allora le camere di misura sono costituite da due campane sospese ad un giuoco di bilancia. Lo spazio misuratore è limitato dalle campane e dallo specchio dell'olio: le due campane sono poste alternativamente in comunicazione con l'arrivo e l'uscita del gas e agiscono come due cilindri di un motore; i loro movimenti sono trasmessi a un sistema di registrazione che dà direttamente il volume del gas.

Nei contatori a secco le camere di misura sono di vario tipo: nei piccoli contatori le camere sono formate da una parete fissa su ogni faccia della quale è saldato un soffietto di pelle speciale: un sistema di cassetti di distribuzione permette l'arrivo del gas in questi soffietti, i quali sotto la spinta del gas si gonfiano fino a raggiungere la loro capacità massima; solo in questo momento viene dato passaggio al gas nella seconda camera di misura, mentre la prima si vuota lentamente. Dal numero di colpi che fanno le due camere si ricava il volume del gas passato. Per grossi contatori, invece, si ha una carcassa opportunamente sagomata entro la quale rotano intorno ai loro assi orizzontali due stantuffi cilindrici che hanno per base una lemniscata: i due cilindri sono disposti ortogonalmente in modo che rotando si mantengono tangenti lungo una generatrice. Si vengono così a creare due camere di misura limitate dalle due lemniscate e dalla carcassa fissa, le quali sono poste successivamente in comunicazione con l'entrata e l'uscita del gas (Connersville, Delta e simili).

Nei contatori a misura indiretta si risale al volume del gas attraverso altri elementi direttamente rilevati. Nella maggior parte dei casi questi contatori hanno il vantaggio di fornire anche l'indicazione della portata istantanea, mentre quelli volumetrici sono totalizzatori e cioè dànno la quantità di gas passata attraverso il misuratore in un certo intervallo di tempo.

Un primo gruppo di apparecchi è basato sulla misura della velocità media della corrente gassosa: nota la sezione di passaggio nella quale si determina la velocità, si risale immediatamente al volume del gas. Nel caso di grosse sezioni la differenza della velocità fra punto e punto della sezione stessa è rilevante: occorre con adatti anemometri determinare la velocità in varî punti e con i soliti metodi del solido delle velocità si risalirà alla velocità media. Per misure continue si parte dall'ipotesi che esiste un rapporto costante fra velocità media e quella nel filetto centrale: ci si limita quindi a mettere nel centro della tubazione una ruota con palette inclinate e si ammette senz'altro la proporzionalità íra numero dei giri e portata del gas. Questi contatori detti Rotary (fig.3) costano relativamente poco, sono abbastanza precisi e di sicuro funzionamento.

La velocità si può anche ricavare col tubo di Pitot modificato. Nella corrente gassosa viene immerso un tubo piegato ad angolo retto in modo che un lato, più corto, è disposto parallelamente alla direzione della corrente con la bocca libera nella direzione di questa; il tubo viene collegato esternamente ad un manometro sul quale si legge la pressione totale, e cioè la somma della pressione statica e di quella dovuta alla velocità; con altro manometro, collegato a un foro praticato sulla parete del tubo, si legge la pressione statica: la differenza fra le due letture dà la pressione dovuta alla velocità che con le note relazioni ci fornisce la velocità media della corrente.

Altro metodo consiste nel creare artificialmente nella corrente gassosa una strozzatura e quindi una perdita di carico per risalire poi da questa alla portata. La strozzatura può essere determinata interponendo nella tubazione una lamiera sottile con un ioro di diametro inferiore a quello della tubazione e con spigoli vivi flangia tarata (fig. 4, in alto a destra), o una specie di boccaglio convergente a forma quasi di imbuto con la sezione decrescente nella direzione della corrente (fig. 4, in alto a sinistra), o un tubo Venturi formato da due tubi troncoconici convergenti divergenti (fig. 4, in basso). Si ricorre all'uno o all'altro tipo di strozzatura a seconda della perdita di carico che si può tollerare: nel tubo Venturi il tronco divergente dopo la strozzatura permette di ricuperare quasi tutta la perdita di carico creata: oggi però il suo impiego è sempre più raro perché costoso e perché le moderne flange sono studiate in modo da ridurre al minimo la perdita di carico.

Tubo Pitot o organi di strozzatura sono completati da apparecchi indicatori o registratori i quali dànno la portata istantanea e con adatto congegno integratore dànno anche la quantità di gas passata in un certo tempo.

Il contatore Thomas è invece basato su di un concetto completamente diverso. Esso è formato da una resistenza elettrica immersa nella corrente gassosa: si determina la quantità di energia elettrica che occorre per aumentare di 1° la temperatura del gas. L'esattezza della misura è fondata sulla costanza del calore specifico del gas, cosa non sempre rigorosa. In questi ultimi anni, specie per misure saltuarie di grossi volumi di gas, si è fatto ricorso a metodi chimici. Si aggiunge un gas noto - cloro, ammoniaca, anidride solforosa - in una certa sezione della tubazione e si misura dopo quanto tempo si ritrova il gas immesso in un'altra sezione della tubazione, a valle della precedente: dallo spazio percorso e dal tempo si risale alla velocità media. Oppure si misura la quantità di gas iniettata e se ne va a determinare la concentrazione in una sezione a valle.

Questi sono i tipi principali di misuratori; dato però il campo vastissimo di applicazione si spiega l'enorme numero di tipi che sono stati messi in commercio e che altro non sono se non derivati da quelli descritti: abbiamo così il contatore Joliette, Maritska, i contatori intensivi, ecc.

Per quanto riguarda la loro applicazione possiamo dividere i contatori per gas in due tipi: per grosse o piccole portate.

I contatori per grosse portate sono usati nelle officine che distillano il carbon fossile per controllare la produzione del gas nelle varie ore della giornata e si chiamano contatori di fabbricazione, o anche per misurare il gas consumato in certe zone della città o in grossi stabilimenti industriali. Fino a pochi anni or sono si usavano solo contatori Duplex o Multiplex: oggi però essi sono sempre più sostituiti con quelli rotativi a lemniscata, Rotary, Venturi e derivati.

I contatori per piccole portate sono quelli usati nelle singole abitazioni per la misura del gas consumato e si chiamano misuratori domestici. Fino a pochi anni or sono si usavano solo contatori ad acqua: oggi però questi vanno perdendo terreno di fronte a quelli ad olio ed a secco i quali sono di manutenzione molto più semplice ed economica. Questi contatori per legge sono sottoposti a controllo da parte dell'Ufficio Metrico pesi e misure e sono ammessi all'uso solo se da un collaudo singolo eseguito dall'ufficiale metrico risulta che l'errore non superi il 2% in meno e l'i % in più. I contatori idonei sono bollati e sottoposti a continui controlli da parte dell'Ufficio tecnico erariale.

Contatori elettrici. - Sono apparecchi destinati a dare la misura dell'energia elettrica assorbita da un utente o erogata da un generatore in un determinato intervallo di tempo.

I fenomeni e gli artifici che si possono sfruttare per realizzare un complesso che risponda allo scopo sono parecchi; ma, almeno in Italia, sono usati in modo pressoché esclusivo i contatori cosiddetti motori, costituiti sostanzialmente da un organo mobile, suscettibile di assumere un moto continuo di rotazione, sul quale agiscono contemporaneamente una coppia motrice (creata dall'"equipaggio motore") proporzionale alla potenza (elettrica) e una coppia frenante proporzionale alla velocità angolare dell'organo mobile stesso. In tali condizioni quest'ultimo, a equilibrio dinamico raggiunto, assume una velocità angolare proporzionale alla potenza e quindi il numero di giri compiuto dall'organo mobile in un certo intervallo di tempo risulta proporzionale all'energia che, durante quell'intervallo, è transitata per il punto della conduttura in cui l'apparecchio è inserito.

Naturalmente, a seconda che la coppia motrice risulti proporzionale alla potenza reale ovvero a quella reattiva, si possono realizzare complessi per la misura dell'energia reale (wattorametri) o reattiva rispettivamente.

Per riferirsi al tipo più largamente diffuso, al contatore a induzione (per energia reale) usabile solo in condutture a corrente alternativa, l'organo mobile è in esso ridotto (fig. 5) a un semplice disco di alluminio d, solidale con un asse o-o, l'estremità inferiore del quale, accuratamente lavorata, appoggia su un supporto con pietra dura, allo scopo di ridurre nei limiti del possibile l'effetto degli attriti. L'equipaggio motore è qui, schematicamente, costituito da due elettromagneti fissi, uno dei quali ("bobina di tensione" o "voltmetrica",B_v) portante un avvolgimento (di molte spire di filo sottile) sottoposto alla tensione della conduttura, l'altro "bobina di corrente" o "ampermetrica", B_i) provvista d'un avvolgimento (costituito da poche spire) percorso dalla corrente relativa alla conduttura stessa. I due elettromagneti, le cui espansioni polari sono prospicienti al disco e a brevissima distanza da esso, inducono nel disco stesso delle correnti; dalle azioni mutue che si esercitano tra queste e gli elettromagneti nasce la coppia motrice, la quale tende a far ruotare il disco in un determinato senso. Con opportuni artifici, che variano da costruttore a costruttore, è possibile far sì che la coppia motrice cosi creata risulti, con la necessaria approssimazione, proporzionale alla potenza (reale) relativa alla conduttura.

Modificando poi un po' lo schema descritto, disponendo per es., una resistenza in parallelo con la bobina ampermetrica e una resistenza in serie con quella voltmetrica e commisurando opportunamente l'una e l'altra, è possibile far sì che la coppia motrice risulti proporzionale alla potenza reattiva,

Il dispositivo frenante è costituito da un semplice magnete permanente M, che abbraccia, con le sue espansioni polari, il disco senza toccarlo. In quanto quest'ultimo è dotato di una certa velocità angolare, nascono in esso, per note leggi, correnti le quali, reagendo col campo d'induzione che le ha prodotte, tendono a frenare il moto del disco, ed è facile vedere che la coppia (frenante), che così nasce, è proporzionale alla velocità angolare del disco stesso.

Realizzate così le due condizioni fondamentali per un contatore motore, un semplice contagiri (numeratore, N) accoppiato con l'asse del disco, e con i ruotismi opportunamente predisposti, è ovviamente suscettibile di fornire, in unità pratiche (kWh, kVARh) la misura dell'energia relativa a un certo intervallo di tempo, per differenza delle letture fatte al principio e alla fine dell'intervallo stesso.

Sommando sullo stesso disco o su dischi tra loro solidali le coppie motrici di più equipaggi, si ha poi il modo, con un'opportuna inserzione elettrica degli equipaggi stessi, di realizzare dei contatori adatti per condutture polifasi; nella fig. 6 è, per es., indicata la disposizione schematica (E stanno a rappresentare gli equipaggi motori, d i dischi) che può adottarsi per contatori trifasi destinati a impianti a tre (fig. 6, a) e a quattro (fig. 6, b) fili.

All'atto pratico naturalmente i complessi descritti sono racchiusi in una custodia metallica che può essere piombata e acquistano, p. es., l'aspetto indicato nella fig. 7; dall'esterno non sono visibili, attraverso apposite aperture protette da vetri, che il numeratore (N) sul quale si fanno le periodiche letture e (finestrella f) il bordo del disco la cui visibilità è molto comoda per effettuare eventuali controlli.

L'inserzione in circuito dei contatori avviene (direttamente o indirettamente attraverso trasformatori di misura) con schemi identici a quelli usati per la misura delle potenze, ove si identifichino, tra wattmetri e contatori, bobine di corrente e di tensione. Così, per es., nella fig. 8, a-b, sono schematicamente indicate le inserzioni di contatori (per energia reale) monofase e trifase su conduttura a tre fili (inserzione Aron dei due equipaggi).

Così come, notoriamente, con disposizioni appropriate di wattmetri è possibile misurare la potenza reale e quella reattiva su circuiti trifasi, le corrispondenti inserzioni di normali contatori monofasi (wattorametri) possono offrire il modo di ricavare l'energia reale e quella reattiva.

Innumerevoli sono i tipi di contatori speciali atti a far fronte ai sistemi di tariffazione in uso. Citiamo fra i tanti i contatori a tariffe multiple, i quali consentono di ottenere la registrazione, su due o più numeratori, delle energie relative a periodi diversi della giornata; i contatori a eccedenza, destinati a far fronte alle esigenze di quegli utenti, i quali, stabilito, in base a un certo valore di potenza, un forfait annuo, si riservano però la possibilità di prelevare anche potenze superiori a quelle pattuite, corrispondendo una somma a parte per l'energia prelevata in eccedenza (la varietà più usata di tali apparecchi è quella nota sotto il nome di contatori differenziali); i contatori con indicatore di massimo carico i quali, oltre che fornire l'indicazione dell'energia relativa a un certo intervallo di tempo, dànno anche, a mezzo di apposito indice, la misura della potenza massima richiesta o erogata durante l'intervallo stesso.

Bibl.: G. Rostain, I misuratori elettrici, 2ª ed., Torino 1927; K. Schmiedel, Wirkungsweise und Entwurf der Motor-Elektrizitätszähler, Stoccarda 1916; id., Die Prüfung der Elektrizitätszähler, 2ª ed., Berlino 1924; J.A. Möllinger, Come funzionano i contatori a motore ed i trasformatori di corrente, 2ª ed., ital., Norimberga 1931.