Bilance di precisione da laboratorio: Guida completa per non sbagliare scelta

Le bilance da laboratorio sono strumenti utilizzati per misurare la massa in numerosi ambiti: attività di laboratorio, controllo qualità, preparazione di campioni, ricerca, produzione e processi industriali.

Nel linguaggio tecnico-commerciale si incontrano frequentemente le denominazioni bilancia di precisione e bilancia analitica. Queste espressioni descrivono tipologie di strumenti e relative prestazioni, ma non costituiscono, di per sé, classi metrologiche previste dalla normativa.

La scelta di una bilancia non dovrebbe quindi basarsi soltanto sul numero di cifre visualizzate sul display. Portata, risoluzione dell’indicazione, ripetibilità, errore di misura, condizioni ambientali e requisiti dell’applicazione concorrono tutti alla qualità del risultato.

Bilance di precisione: cosa sono?

Con il termine bilancia di precisione si indicano comunemente bilance elettroniche destinate a pesate con diverse caratteristiche di risoluzione e ripetibilità, utilizzate in laboratorio, nel controllo qualità e nei processi produttivi.

Si tratta però di una denominazione utilizzata comunemente nel linguaggio tecnico e commerciale e non di una classe di precisione prevista dalla normativa applicabile agli strumenti per pesare a funzionamento non automatico.

Sul mercato sono disponibili strumenti con caratteristiche molto diverse. La risoluzione dell’indicazione può, per esempio, essere pari a 0,1 g, 0,01 g o 0,001 g (1 mg), mentre la portata può estendersi da alcune centinaia di grammi a diversi chilogrammi, a seconda del modello.

Le tecnologie utilizzate possono essere differenti: fra queste vi sono celle di carico estensimetriche e sistemi basati sulla compensazione elettromagnetica della forza.

Le bilance di questo tipo possono essere utilizzate, per esempio, per:

• preparazione di campioni e soluzioni;

• pesatura di reagenti;

• formulazione di prodotti;

• controllo qualità;

• pesatura di materie prime;

• attività di laboratorio;

• processi produttivi e industriali.

La scelta deve quindi partire dalle esigenze della misura, non semplicemente dalla risoluzione indicata sul display.

Bilance analitiche: caratteristiche e applicazioni

La denominazione “bilancia analitica” è comunemente utilizzata per indicare strumenti da laboratorio progettati per effettuare pesate con elevata risoluzione e per applicazioni nelle quali il controllo delle condizioni di misura può essere particolarmente importante.

Molte bilance analitiche disponibili sul mercato presentano una leggibilità di 0,1 mg (0,0001 g), ma questo valore non costituisce una definizione normativa universale della categoria “bilancia analitica”. Le caratteristiche effettive devono essere valutate sulla base delle specifiche del singolo strumento.

Esistono inoltre strumenti con risoluzioni ancora più elevate, destinati ad applicazioni particolarmente esigenti. In questi casi le caratteristiche effettive devono essere valutate sulla base delle specifiche del singolo modello.

All’aumentare della risoluzione, le prestazioni della bilancia possono diventare più sensibili alle condizioni ambientali. Correnti d’aria, vibrazioni, variazioni di temperatura e modalità di manipolazione del campione possono influenzare l’indicazione.

Per questo motivo molte bilance analitiche sono dotate di un paravento, che riduce l’influenza delle correnti d’aria sul piatto di pesata.

Il paravento non è tuttavia una caratteristica che definisce normativamente una bilancia come «analitica»: la configurazione dello strumento dipende dal progetto e dalle prestazioni richieste.

Bilancia di precisione o bilancia analitica: quali sono le differenze?

La differenza non può essere definita semplicemente dicendo che una bilancia è «più precisa» dell’altra.

È più corretto confrontare le caratteristiche effettive dello strumento con le esigenze dell’applicazione.

Queste denominazioni hanno carattere prevalentemente tecnico-commerciale e non identificano, da sole, una classe di precisione prevista dalla normativa sugli strumenti per pesare a funzionamento non automatico.

Leggibilità, accuratezza, precisione e ripetibilità

Uno degli aspetti più importanti nella scelta di una bilancia è distinguere tra risoluzione dell’indicazione, accuratezza, precisione e ripetibilità.

La risoluzione o leggibilità dell’indicazione descrive, in termini pratici, il più piccolo incremento distinguibile nell’indicazione. Negli strumenti per pesare soggetti alla metrologia legale si incontra inoltre il termine divisione reale d, che costituisce uno specifico parametro metrologico definito dalla normativa e che deve essere distinto dalla divisione di verifica e.

Per esempio, una bilancia la cui indicazione varia con incrementi di 0,001 g presenta una divisione dell’indicazione pari a 1 mg.

Questo valore, però, non indica da solo l’incertezza o l’errore della misura.

Nel VIM (Vocabolario Internazionale di Metrologia), l’accuratezza di misura indica la vicinanza tra un valore misurato e un valore vero del misurando, mentre la precisione di misura indica la vicinanza tra indicazioni o valori ottenuti mediante misurazioni replicate in condizioni specificate. L’accuratezza è un concetto qualitativo e non costituisce una grandezza alla quale il VIM assegna direttamente un valore numerico.

Per questo motivo, espressioni come “alta accuratezza” non devono essere interpretate come un valore numerico autonomo: per caratterizzare quantitativamente la prestazione di misura è necessario considerare grandezze e parametri appropriati, come errore e incertezza di misura.

Nel VIM, la ripetibilità di misura è la precisione ottenuta in condizioni di ripetibilità. Queste condizioni prevedono, tra gli altri aspetti, lo stesso metodo di misura, gli stessi operatori, lo stesso sistema di misura, le stesse condizioni operative e lo stesso luogo, con misurazioni replicate in un breve intervallo di tempo.

La ripetibilità non significa quindi che la bilancia debba necessariamente fornire valori identici a ogni pesata: la prestazione viene valutata considerando la dispersione dei risultati ottenuti nelle condizioni definite. La ripetibilità non è quindi una proprietà assoluta della sola bilancia, ma una prestazione osservata in specifiche condizioni di misura.

Per valutare una bilancia possono inoltre essere importanti:

• errore di misura;

• eccentricità;

• stabilità;

• condizioni ambientali;

• incertezza di misura, quando necessaria.

La scelta dello strumento deve quindi considerare le prestazioni complessive e non soltanto il numero di decimali visualizzati.

Classi di precisione nella metrologia legale: perché la leggibilità non basta

È importante distinguere le denominazioni utilizzate nel linguaggio tecnico-commerciale dalle classi di precisione previste per gli strumenti per pesare a funzionamento non automatico soggetti alla normativa applicabile.

La Direttiva 2014/31/UE prevede quattro classi di precisione:

• Classe I – precisione speciale
• Classe II – precisione fine
• Classe III – precisione media
• Classe IIII – precisione ordinaria

La classificazione è determinata in funzione di parametri metrologici quali la divisione di verifica e, la portata minima Min e il numero di divisioni di verifica. La direttiva disciplina inoltre il rapporto tra divisione reale d e divisione di verifica e. La classe dello strumento non può quindi essere dedotta semplicemente dal numero di decimali visualizzati sul display.

La Direttiva distingue espressamente la divisione reale d dalla divisione di verifica e. Per gli strumenti privi di dispositivo indicatore complementare è previsto d = e; per gli strumenti dotati di dispositivo indicatore complementare si applicano invece le condizioni specificate dalla Direttiva.

Di conseguenza, non è corretto dedurre automaticamente la classe metrologica dal numero di decimali.

Una bilancia con leggibilità di 0,1 mg non può essere automaticamente identificata come strumento di classe I. Allo stesso modo, una bilancia comunemente definita “di precisione” non appartiene automaticamente alla classe II.

La classe di precisione deve essere verificata sulla documentazione e sulla marcatura dello specifico strumento, quando la normativa di metrologia legale è applicabile alla tipologia di strumento e alla relativa destinazione d’uso.

In Italia la Direttiva 2014/31/UE è stata attuata con il D.Lgs. 19 maggio 2016, n. 83, relativo agli strumenti per pesare a funzionamento non automatico.

Taratura della bilancia: perché è importante

Il numero di cifre visualizzate non determina da solo la qualità della misura.

Secondo il VIM, la taratura è un’operazione che, in condizioni specificate, stabilisce inizialmente una relazione tra i valori di grandezza forniti da campioni di misura e le indicazioni dello strumento, tenendo conto delle relative incertezze di misura. Le informazioni ottenute possono quindi essere utilizzate per stabilire una relazione che consenta di ottenere un risultato di misura a partire da un’indicazione.

La taratura non deve essere confusa con la regolazione.

La regolazione consiste invece in un insieme di operazioni effettuate su un sistema di misura affinché fornisca determinate indicazioni in corrispondenza di specifici valori della grandezza da misurare.

La taratura, invece, serve a caratterizzare la relazione fra indicazioni e valori di riferimento.

La regolazione modifica quindi il comportamento dello strumento; la taratura lo caratterizza metrologicamente. Le due operazioni non sono equivalenti.

Dopo una regolazione può quindi essere necessario effettuare una nuova taratura per verificare e documentare le caratteristiche metrologiche dello strumento.

Riferibilità metrologica

La qualità di un risultato di misura dipende anche dalla sua riferibilità metrologica.

Nel VIM, la riferibilità metrologica è la proprietà di un risultato di misura che permette di collegarlo a un riferimento attraverso una catena documentata e ininterrotta di tarature, nella quale ciascun passaggio contribuisce all’incertezza di misura.

Per questo motivo non è sufficiente parlare genericamente di «peso certificato». È necessario che il campione di massa utilizzato sia appropriato allo scopo e che le relative caratteristiche metrologiche e la riferibilità siano documentate.

Quando è necessario un servizio di taratura con riferibilità metrologica documentata, è opportuno verificare il campo di accreditamento del laboratorio e accertare che la specifica attività di taratura richiesta rientri nel campo accreditato.

In Italia ACCREDIA accredita i laboratori di taratura secondo la ISO/IEC 17025. Il campo di attività di ciascun laboratorio è definito, per ogni settore metrologico, attraverso le grandezze fisiche, gli strumenti, i campi di misura e le incertezze che il laboratorio è in grado di assegnare ai risultati di misura.

ISO 9001 e gestione delle bilance

La ISO 9001 non stabilisce una frequenza universale di taratura, né impone automaticamente la taratura annuale di tutte le bilance.

La ISO 9001:2026 richiede che le risorse utilizzate per il monitoraggio e la misurazione siano gestite in modo appropriato rispetto al loro utilizzo e ai requisiti applicabili. Quando la riferibilità metrologica è richiesta o considerata necessaria per garantire la validità dei risultati, l’organizzazione deve adottare modalità appropriate per assicurare tale riferibilità e mantenere le informazioni documentate previste.

I documenti dell’ISO 9001 Auditing Practices Group costituiscono materiale di orientamento per gli auditor e possono fornire indicazioni utili sull’applicazione dei requisiti relativi alle risorse di monitoraggio e misurazione; non sostituiscono tuttavia il testo della norma ISO 9001.

La periodicità delle tarature e delle verifiche può essere stabilita in funzione, tra gli altri fattori, di:

• frequenza di utilizzo;

• criticità della misura;

• condizioni ambientali;

• stabilità dello strumento;

• risultati delle tarature precedenti;

• requisiti del processo;

• rischio associato a eventuali errori di misura;

• eventuali requisiti normativi, contrattuali o del sistema di gestione applicabili.

Non esiste quindi, in generale, un intervallo temporale valido per tutte le bilance e per tutte le applicazioni.

La periodicità dovrebbe essere definita nell’ambito della gestione metrologica dell’organizzazione, sulla base di criteri documentati e coerenti con l’utilizzo dello strumento, con le prestazioni osservate nel tempo e con il rischio associato alla misura.

Taratura e verificazione nella metrologia legale

Taratura e verificazione periodica non sono sinonimi.

La taratura caratterizza metrologicamente lo strumento rispetto a campioni e condizioni definite.

La verificazione periodica, nell’ambito della metrologia legale, ha invece lo scopo di accertare il mantenimento nel tempo dei requisiti previsti per gli strumenti utilizzati in funzioni di misura legali.

In Italia la disciplina della verificazione periodica degli strumenti di misura utilizzati per funzioni di misura legali è regolata dal D.M. 21 aprile 2017, n. 93, come successivamente modificato e integrato, e dalle disposizioni applicabili allo specifico strumento e alla relativa funzione di misura.

È quindi importante non utilizzare i termini taratura, regolazione e verificazione come se fossero equivalenti: si tratta di operazioni con finalità differenti.

I principali parametri da valutare prima di acquistare una bilancia

Prima di scegliere una bilancia professionale è opportuno valutare diversi parametri.

Portata massima

La portata massima Max indica il massimo carico previsto dalle specifiche dello strumento.

Non è però sempre vantaggioso scegliere la bilancia con la portata maggiore. È necessario verificare che l’intero intervallo di pesatura richiesto dall’applicazione sia compatibile con le prestazioni dello strumento.

Negli strumenti soggetti alla metrologia legale assume inoltre particolare importanza la portata minima Min, che la normativa definisce in relazione alla classe di precisione e alla divisione di verifica e.

Per strumenti non soggetti alla metrologia legale è invece opportuno fare riferimento alle specifiche del costruttore e all’eventuale campo di utilizzo raccomandato.

Massa minima di pesata

La risoluzione dell’indicazione non coincide con la massa minima che può essere pesata con un’incertezza compatibile con l’applicazione.

Una bilancia con una leggibilità molto elevata non è quindi automaticamente adatta alla pesata di campioni di massa molto piccola con l’incertezza richiesta dall’applicazione.

Per determinare la massa minima utile devono essere considerati, tra gli altri fattori, la ripetibilità dello strumento, l’incertezza richiesta dall’applicazione, le condizioni ambientali e il criterio di accettazione adottato.

Per applicazioni regolamentate o soggette a procedure specifiche possono inoltre essere applicati criteri normativi o procedurali particolari.

Divisione reale o leggibilità

La risoluzione dell’indicazione rappresenta, in termini pratici, il più piccolo incremento distinguibile nell’indicazione.

Per esempio:

• 0,1 g = 100 mg;

• 0,01 g = 10 mg;

• 0,001 g = 1 mg;

• 0,0001 g = 0,1 mg.

Una risoluzione maggiore, cioè un incremento visualizzato più piccolo, non implica automaticamente un errore o un’incertezza di misura più piccoli.

Nel contesto della metrologia legale, quando applicabile, occorre inoltre distinguere la divisione reale d dalla divisione di verifica e, secondo le condizioni previste dalla normativa.

Ripetibilità

La ripetibilità descrive la precisione ottenuta quando una stessa misurazione viene ripetuta in condizioni di ripetibilità definite.

È un parametro importante per valutare la dispersione dei risultati ottenibili con la bilancia.

Una buona ripetibilità, tuttavia, non significa necessariamente che il risultato sia vicino al valore di riferimento: precisione e accuratezza sono concetti differenti.

Eccentricità

L’eccentricità riguarda l’influenza che la posizione del carico sul piatto può avere sull’indicazione.

Un carico posto in una posizione diversa dal centro può produrre un’indicazione differente; l’entità di questo effetto dipende dalle caratteristiche dello strumento e dalle condizioni di carico.

Errore di indicazione e linearità

L’errore di misura è, in termini generali, la differenza tra il valore misurato e un valore di riferimento.

La linearità, invece, è un parametro utilizzato per descrivere quanto la risposta dello strumento si discosti da una relazione di riferimento lungo il campo di misura. Il significato quantitativo della specifica «linearità» deve tuttavia essere verificato nella documentazione del costruttore, poiché il criterio di valutazione e il modo di esprimere il parametro possono dipendere dalla specifica tecnica adottata.

I due termini non devono quindi essere utilizzati come sinonimi.

Per valutare una bilancia è preferibile fare riferimento alle specifiche dichiarate dal costruttore e, quando necessario, ai risultati della taratura.

Tempo di stabilizzazione

Il tempo necessario affinché l’indicazione raggiunga una condizione stabile dipende dal modello, dalla tecnologia utilizzata, dal carico, dalle impostazioni dello strumento e dalle condizioni ambientali.

Non è quindi corretto indicare un tempo universale valido per tutte le bilance, come ad esempio «1,5–3 secondi».

Per il confronto fra modelli è opportuno fare riferimento alle specifiche del costruttore e alle condizioni nelle quali sono state determinate.

L’importanza dell’ambiente di pesata

Una bilancia ad alta risoluzione può essere sensibile alle condizioni dell’ambiente.

Tra i principali fattori da controllare rientrano:

• correnti d’aria;

• variazioni di temperatura;

• vibrazioni;

• instabilità del piano di appoggio;

• fonti di calore;

• radiazione solare diretta;

• eventuali disturbi elettrici o elettromagnetici;

• movimentazione dell’operatore;

• caratteristiche e temperatura del campione.

Nelle bilance analitiche il paravento contribuisce a ridurre l’influenza delle correnti d’aria sul piatto.

Lo strumento deve inoltre essere installato su una superficie adeguatamente stabile. In presenza di vibrazioni significative può essere opportuno utilizzare un supporto o un tavolo antivibrante.

Non esiste una regola metrologica generale che imponga un piano in granito per tutte le bilance da laboratorio: il supporto deve essere scelto in funzione delle caratteristiche dello strumento, dell’ambiente e delle indicazioni del costruttore.

Anche il livellamento della bilancia deve essere effettuato secondo le istruzioni del costruttore.

È inoltre importante considerare le caratteristiche del campione: temperatura, modalità di manipolazione, igroscopicità e, a seconda dell’applicazione, eventuali interazioni con l’ambiente possono influenzare il risultato della pesata. Differenze di temperatura tra campione, contenitore e ambiente possono inoltre generare effetti convettivi e influenzare l’indicazione.

Regolazione interna automatica

Molte bilance professionali dispongono di sistemi che utilizzano una massa interna per effettuare automaticamente operazioni di regolazione delle prestazioni dello strumento.

L’operazione può essere avviata, a seconda del modello, in funzione di variazioni della temperatura, a intervalli programmati o secondo altre condizioni stabilite dal costruttore.

È opportuno utilizzare una terminologia corretta: la regolazione interna automatica non deve essere confusa con la taratura.

La denominazione commerciale della funzione può variare tra i produttori e può includere espressioni come «calibrazione interna». Il significato della funzione deve quindi essere verificato nella documentazione tecnica dello specifico modello. In ogni caso, una procedura automatica interna di regolazione non deve essere confusa con una taratura metrologica documentata.

La presenza di una funzione automatica interna non elimina quindi, quando necessario, l’esigenza di una taratura documentata.

Come scegliere tra bilancia di precisione e bilancia analitica?

La domanda più utile non è semplicemente:

«Qual è la bilancia più precisa?»

ma:

«Quali prestazioni deve avere la bilancia per soddisfare i requisiti della mia applicazione?»

Una bilancia comunemente definita “di precisione” può essere adatta quando sono richieste determinate combinazioni di portata, risoluzione, ripetibilità e condizioni operative, secondo le esigenze dell’applicazione e le specifiche del modello.

Una bilancia comunemente definita “analitica” può essere presa in considerazione quando l’applicazione richiede un’elevata risoluzione e un controllo più attento delle condizioni ambientali.

Prima dell’acquisto è opportuno valutare:

• massa minima e massima dei campioni;

• risoluzione necessaria;

• ripetibilità richiesta;

• eventuale errore massimo ammissibile;

• condizioni ambientali;

• frequenza di utilizzo;

• esigenze di taratura e riferibilità metrologica;

• eventuale applicazione della metrologia legale;

• necessità di acquisizione e gestione dei dati;

• assistenza tecnica e manutenzione.

La scelta dovrebbe quindi essere effettuata considerando l’intero processo di misura, non soltanto le caratteristiche nominali riportate sulla scheda tecnica.

Conclusioni

La differenza tra una bilancia comunemente definita «di precisione» e una bilancia «analitica» non può essere stabilita semplicemente contando i decimali visualizzati sul display.

La risoluzione dell’indicazione, la ripetibilità, l’errore di misura, la massa minima e massima, le condizioni ambientali e, quando necessario, l’incertezza e la riferibilità metrologica devono essere considerati nel loro insieme.

Per le applicazioni soggette alla metrologia legale occorre inoltre verificare i requisiti specifici applicabili allo strumento e alla sua destinazione d’uso. Per gli strumenti per pesare a funzionamento non automatico, la Direttiva 2014/31/UE prevede le classi I, II, III e IIII e stabilisce criteri di classificazione basati su parametri quali la divisione di verifica e, la portata minima e il numero di divisioni di verifica. La classe non può quindi essere dedotta semplicemente dalla risoluzione visualizzata.

Per questo motivo, la scelta di una bilancia professionale dovrebbe considerare non soltanto lo strumento, ma l’intero sistema di misura, comprendendo apparecchiatura, ambiente, procedura e condizioni operative.

Quando sono richieste valutazioni metrologiche specifiche, è opportuno affidarsi a personale competente e, per le tarature che richiedono riferibilità documentata, verificare il campo di accreditamento del laboratorio incaricato. 

ACCREDIA indica che l’ambito di attività di ciascun laboratorio di taratura è definito, per ogni settore metrologico, attraverso le grandezze fisiche, gli strumenti, i campi di misura e le incertezze che il laboratorio è in grado di assegnare ai risultati di misura.

Bottazzi Tech offre soluzioni per la pesatura di laboratorio e industriale e servizi di assistenza e taratura, supportando aziende e laboratori nella gestione delle proprie esigenze di misura.