STEP #24 - Le parole nella storia

Le parole

Per l'analisi sono state scelte parole significative che sono legate allo strumento e al suo funzionamento.

Dal primo grafico possiamo osservare come la parola frequency abbia avuto una crescita durante la metà del '900, probabilmente dovuto alla nascita e lo sviluppo di nuove scienze come l'elettronica e la fisica. Il termine oscillazione ha avuto una crescita, anche se lieve, nel medesimo periodo.

Il secondo grafico mostra come frequency counter e frequency meter (due termini che indicano il medesimo oggetto ma che differiscono solo per la presenza di alcuni componenti interni allo strumento) inizino ad essere utilizzati all'inizio del 20 esimo secolo (grazie all'invenzione di Tesla) e abbiano un picco massimo, chi prima chi un po' dopo, verso la metà del '900 proprio come il termine frequency del grafico precedente. 

Dal terzo grafico è possibile vedere come Range abbia un andamento simile ai termini precedenti, mentre l'unità di misura Hz (Hertz) abbia una crescita verso la fine del '900 e una decrescita verso gli anni 2000.

fonti: https://books.google.com/ngrams/graph?content=frequency%2Coscillation%2C+electronic

https://books.google.com/ngrams/graph?content=frequency+meter%2Cfrequency+counter%2CA.C.+and+D.C

https://books.google.com/ngrams/graph?content=electric+current%2Calternating+current%2Cdirect+current%2CRange

STEP #23 - La normativa

CEI - EN 61010-1: specifica le prescrizioni generali di sicurezza per i dispositivi elettrici destinati ad impieghi professionali, industriali e didattici, comprendendo inoltre apparecchi e dispositivi di calcolo per: misura e prove; regolazione; impiego di laboratorio.

CEI - EN 55011: specifica la massima emissione irradiata e condotta conforme alla normativa

IEC 801.2: relativa all'immunità alle cariche elettrostatiche (conforme livello 4)

IEC 801.4: relativa all'immunità di disturbi di rete (conforme livello 3)

STEP #22 - Un manuale d'uso

Per evitare lesioni all'utente e danni al frequenzimetro, prima che il cavo di alimentazione sia collegato a una fonte elettrica e che l'interruttore di accensione sia impostato su ON, è utile verificare che il voltaggio della corrente di alimentazione corrisponda a quello richiesto dallo strumento.

Dopo aver eseguito questo controllo, è possibile passare all'uso dello strumento:

a. Premere il tasto ON (power)

b. Premere il tasto FREQ.  e selezionare la portata desiderata

c. Premere il tasto G.TIME per selezionare il tipo di ingresso desiderato

d. Collegare il segnale di Input al connettore BNC per Input A

e. Regolare A.ATTN nella posizione desiderata. Se il livello del segnale di Input è superiore di 330 mV, premere il tasto A.ATTN per diminuire la sensibilità della sezione Input (di un fattore 20) e ridurre gli errori

f. Leggere la frequenza sul display e l'indicazione dell'unità di misura.

M61000, frequenzimetro

NB

a. Non usare solventi o sostanze abrasive sullo strumento, utilizzare uno panno umido e detergenti non aggressivi. 

b. Se lo strumento presenta dei difetti, il dispositivo non deve essere più utilizzato e deve essere controllato.

STEP #20 - Il marchio

Systron Donner è un'azienda specializzata nella produzione di strumenti utilizzati principalmente in ambito aerospaziale. Tra i vari prodotti troviamo anche il frequenzimetro.

Systron Donner Inertial, marchio di fabbrica

Fonte: https://www.instrumentation.it/it/partners/systron-donner/

(Se si volesse conoscere le altre aziende costruttrici, guadare lo step 11)

STEP #19 - L'abbecedario

ABC  del frequenzimetro

A  come AND Gate, elemento che manda il segnale al contatore

B come Batteria, componente

C come Corrente continua ed alternata 

D come Display / digitale

E come Elettronica, scienza

F come Frequenza

G come Gomma, nuovo materiale 

H come Hertz, unità di  misura

I come Indice, metodo di misurazione 

L come Lamella, componente

M come Metallo, materiale

N come Nikola Tesla, inventore

O come Oscillazione

P come Periodo, inteso come moto che si ripete uguale in un tempo T

Q come Quartieri illuminati, diffusione elettricità grazie ad Edison

R come Range, intervallo di frequenze percepite dallo strumento

S come Seconda rivoluzione industriale, periodo in cui le scoperte furono fondamentali per l'invenzione dello strumento

T  come Trigger di Schmitt, elemento del circuito che converte i segnali

U  come USA, luogo dove Tesla diede vita alle sue più importanti invenzioni

V come Volta, chimico che fece diverse scoperte in campo dell'elettricità

Z  come numero atomico Z (la chimica ebbe un grande sviluppo durante la rivoluzione industriale, ci furono scoperte fondamentali per l'elettronica).

STEP #18 - Il francobollo

Due francobolli molto simili tra loro che rappresentano lo scienziato Tesla e il suo genio che lo ha portato alle creazione di numerosi brevetti incentrati sulla corrente alternata (argomento molto discusso durante la Seconda rivoluzione industriale) e sui metodi per la misurazione di essa tra cui quello del frequenzimetro.

Nikola Tesla, Erfinder des Drehstrommotors, Jugoslawien, 1993

Nikola Tesla, Erfinder des Drehstrommotors, Ghana, 1998

Il francobollo sottostante raffigura uno strumento appartenente al mondo dell'elettronica. Non si è certi che si tratti di un frequenzimetro vero e proprio tuttavia, nel bollo viene rappresentato un elemento fondamentale dello strumento analizzato: la frequenza.

dispositivo elettronico, Israele, 1968

fonte: https://www.teslasociety.com/stamps.htm

http://www.uqp.de/stamps/temp/hinzufuegungen/hinzufuegungen_02.htm

https://www.123rf.com/photo_16978108_israel-circa-1968

STEP #17 - Il brevetto

Il brevetto del 1922 appartiene a Tesla, uno dei più famosi scienziati dell'inizio del XX secolo. Il frequenzimetro in questione viene alimentato da un generatore bifase e possiede delle lancette sintonizzate che rispondono a impulsi di periodi definiti.

Tesla, Brevetto n°1.402.025, Frequenzimetro, US1402025A

Il brevetto del 2018 di Jiaheng, sfrutta il sistema minimo di singlechip come nucleo centrale dello strumento, riducendo così il numero di componenti all'interno. Inoltre, il singlechip ha la funzione di monitorare gli altri componenti presenti nel circuito.

Liu Jiaheng, Brevetto CN298224359U, 2018

STEP #16 - Anatomie

È possibile analizzare i componenti interni del frequenzimetro grazie ad assonometrie e viste.

I numeri che seguono fanno riferimento alla prima figura.

1. cassa esterna; 2. Tre entrate per i cavi; 3. Pulsanti ON e OFF; 4. Display; 5. Circuito; 6. Contatore; 7. AND Gate; 8.Trigger di Schmitt; 9.FlipFlop; 10. Amplificatore

 

 CN108918962A, assonometria e sezione laterale di un frequenzimetro

Circuito, componenti interni, frequenzimetro digitale DL5NEG

STEP #15 - I numeri

 I numeri del frequenzimetro:

1 cavo HF

2 correnti (alternata e continua)

3 tipologie di frequenzimetro (digitale, a lamella, a indice)

5 materiali utilizzati nella storia (legno, metallo, rame, polimeri, gomme)

7 componenti (amplificatore, Trigger di Schmitt, AND gate, flilpflop, oscillatore a cristallo, contatore, selettore basato sul tempo)

8 cifre del contatore

10 Hz- 100 MHz range dei periodi

1922 anno del brevetto di Tesla

Fonte: https://www.pce-italia.it/html/dati-tecnici-1/frequenzimetro-universale-pkt-2860.htm

STEP #14 - La tassonomia

Nel corso degli anni l'elettronica si è evoluta e con lei anche i suoi dispositivi, infatti molti strumenti che svolgono la stessa funzione hanno principi di funzionamento differenti.

tassonomia del frequenzimetro, schema 

*Strumenti magnetoelettrici: consistono in una bobina di filo conduttore immersa in un campo magnetico prodotto da un magnete permanente.

*Strumenti elettromagnetici: detti anche strumenti a ferro mobile, in quanto l'ago è rigidamente fissato ad un piccolo nucleo di ferro.

*Strumenti elettrodinamici: consistono in due bobine (fissa e mobile) in cui, nel mezzo, è presente l'asse dell'equipaggio sul quale si trova l'ago dello strumento.

*Strumenti termici: dispositivi che sfruttano il calore e la temperatura generati dalla corrente elettrica.

*Strumenti elettrostatici: si basano sul principio delle forze elettrostatiche che si manifestano tra le armature metalliche sottoposte a una differenza di potenziale.

*Strumenti a induzione: si basano sul principio dell'induzione elettromagnetica.

*Strumenti a lamella: presenza di una lamelle di diverse dimensioni che hanno oscillazioni molto ampie a destra e a sinistra.

fonti: https://it.wikipedia.org/wiki/Strumenti_di_misura_per_grandezze_elettriche

STEP #13 - La pubblicità

Molte delle pubblicità relative al frequenzimetro le troviamo nelle riviste di elettronica degli anni '70 e '80.

   

Pubblicità, Sperimentare 2, rivista 1980

Inserto pubblicitario, Elektor, rivista 1979 fasc.1

Inserto pubblicitario, Selezione Radio, 1974, fasc.12

STEP #12- Il cinema

Il frequenzimetro è uno strumento raro da trovare nel mondo del cinema. Tuttavia è possibile immaginare una sua ipotetica evoluzione. Un esempio lo troviamo nel cartone animato americano Adventure time, in cui la Principessa Gommarosa utilizza lo strumento powerometer che consente di misurare la potenza di qualsiasi tipo di forza energetica tramite onde Ooo, includendo elettricità e gravità.

Powerometer, episodio ''La Torre'', Adventure time

Fonte: https://adventuretime.fandom.com/wiki/Powerometer

STEP #11 - I costruttori

Tra le varie aziende produttrici troviamo:

• Tekson Instrument Company: azienda indiana fondata nel 1997 che si si occupa di realizzare misuratori di tensione, watt, frequenzimetri;
• Systron Donner: azienda leader mondiale di sensori e sistemi inerziali che offe strumenti per applicazioni aerospaziali (velivoli civili e militari), marine e su veicoli terresti;
• Feel Tech: store on-line che propone strumenti di illuminazione, piccoli elettrodomestici e high tech.
• Trumeter: società inglese presente dal 1937, specializzata nella produzione di articoli di misurazione;
• Circuitor: azienda che ha sede in Spagna e Repubblica Ceca, incentrata sulla progettazione di sistemi che controllino e migliorino l'efficienza energetica;
• Gw Instek: compagnia di Taiwan fondata nel 1975,  che realizza principalmente strumenti di misura e test elettrici.

STEP #10 - I libri

Una piccola bibliografia

G. ZINGALES, Misure elettriche. Metodi e strumenti. Torino: UTET, 1976

A. DELL'AQUILA, V. GALLESI, M. SAVINO, Guida al laboratorio di misure elettriche, Milano: Tamburini, 1975

I. MENDOLIA, Misure elettriche, Milano: Fabbri, 1970

F.P. ROSAPEPE, Integrate system, Milano: Youcanprint, 2013

Riviste

A. SPADONI, Elettronica In, Frequenzimetro e generatore di clock, 2017, fasc. 21

WIMBORE PUBLISHING, Pratical electronics, Digital frequency meter, 1976, fasc. 35

P. REINA, Elektor, frecuencimetro. 1991, fasc. 6

J. CASTELFRANCHI, Sperimentare, in ''frequenzimetro digitale'', anno 1980, fasc. 2

STEP #09 - L'inventore

Ritratto Nikola Tesla, bianco nero, 1890

Una breve biografia

Nikola Tesla nacque nel 1856 a Smiljan, una cittadina dell’Austria-Ungheria. Nella sua vita registrò più di 300 brevetti e le sue invenzioni aiutarono a perfezionare la corrente alternata, i motori elettrici, le radio, le luci fluorescenti, i laser, e i telecomandi.

L'invenzione

Il frequenzimetro fu brevettato il 2 gennaio del 1922,  poco dopo la Seconda Rivoluzione Industriale durante la quale al centro ci fu l'elettricità che era stata scoperta da Volta alla fine del Settecento ma che venne poi diffusa da personaggi come Edison.

Questo strumento, assieme ad altri simili utili per monitorare la frequenza, l'intensità della corrente alternata, nacque in seguito a una prima invenzione importante: il motore a induzione di energia alternata.

Fonti: https://www.ilfattoquotidiano.it/2018/07/10/nikola-tesla

          https://teslauniverse.com/nikola-tesla/patents/us-patent-1402025-frequency-meter

STEP #08 - I materiali

I primi frequenzimetri, in genere quelli a lamelle e a indice, avevano la cassa esterna in legno o metallo che li rendevano più resistenti e pesanti. Solo con l'arrivo della plastica il rivestimento realizzato con polimeri ha reso più leggero lo strumento. Gli elementi e i materiali interni si sono evoluti nel corso degli anni. Se consideriamo i componenti del frequenzimetro digitale, gli elementi interni (a parte l'amplificatore che è monomaterico) sono un combinazione di materiale metallico e leghe che permettono una migliore conducibilità elettrica e polimeri che garantiscono maggiore isolamento elettrico. Il circuito elettrico che si forma tramite l'utilizzo di cavi è costituito da filamenti in rame avvolti da un rivestimento in gomma.

Sifam n°378, frequenzimetro a indice, cassa in legno, 1933/1937

 PLF 23, frequenzimetro digitale nexie, cassa in metallo,1978

DVM14-MFC2, frequenzimetro digitale, cassa in plastica, 2017

Fonte: http://www.herbert-dingfelder.de/?page_id=304

STEP #07- Il mito

Il signore dell'elettricità (un mito contemporaneo)

''Fisico, scienziato, inventore, Tesla incarna la figura del genio moderno, Nato nel 1856 sotto il Regno di Slovenia e Croazia, Tesla è affascinato dai fenomeni elettrici fin da giovane. La leggenda narra che la sua passione per l'elettricità si manifestasse anche sotto forma di convulsioni e allucinazioni; non sappiamo se queste folgorazioni contribuirono ai suoi ''lampi di genio'', ma certamente la sua patologia contribuì alla sua nomea di scienziato pazzo. Trasferitosi in America, Tesla iniziò a lavorare alla Edison Machine Works dove gli venne affidato l'incarico di ottimizzare il generatore di corrente continua dell'azienda. Lo scienziato portò a termine brillantemente il suo lavoro, ma le discussioni con Edison riguardo alla corrente alternata portarono al suo licenziamento. Così Tesla si mise in proprio, fondò la sua società e scommise sulla corrente alternata. Dopo poco però, i suoi finanziatori ritirarono gli investimenti, e la società chiuse. Iniziò un periodo duro per Tesla che, senza mai smettere di studiare e sperimentare, lo portò all'invenzione del primo motore a induzione di energia alternata. Per garantire la minor dispersione di corrente e, di conseguenza, il maggior risparmio energetico che ne consegue, sono diventati possibili grazie all'applicazione concreta dei brevetti di Tesla, compresso quello del frequenzimetro.''

Tesla: il signore dell'elettricità, ritratto bianco e nero

Fonte:https://enigaseluce.com/energie-intelligenti/energia-per-tutti/nikola-tesla

STEP #06 - Il simbolo

Simbolo moderno, di origine sconosciuta, che raffigura l'unità di misura Hz dentro una circonferenza da cui partono due linee che rappresentano il circuito elettrico.

Simbolo contemporaneo, autore sconosciuto

Simbolo molto comune nel mondo della fisica che raffigura la lettera greca v (nu) e che viene associato alla frequenza delle onde elettromagnetiche.

v (nu), 13 lettera dell'alfabeto greco

Simbolo che raffigura una linea caratterizzata da alti e bassi (frequenza), il cui andamento ricorda molto quello di un pulsiossimetro.

Linea spezzata, simbolo comune

STEP #05 - Il principio fisico

Il funzionamento

Quando un segnale sconosciuto viene recepito dal frequenzimetro, questo passa per l'amplificatore grazie al quale esso viene amplificato. Successivamente il Trigger di Schmitt converte l'onda sinusoidale in un'onda quadra che termina nel AND Gate. Alla stessa maniera, dall'altro lato l'oscillatore genera un'onda che passando per il trigger viene trasformata in una serie di impulsi positivi e negativi, i quali vengono controllati dal FlipFlop e arrivano infine al AND Gate. Qui i segnali si alternano accendendo e spegnendo il gate per poi arrivare al display in cui vengono segnati i vari valori in decimali.

Formula

                                          Schema di funzionamento, frequenzimetro digitale

Fonte: https://www.elprocus.com/what-is-digital-frequency-meter-and-its-working/

STEP #04 - La scienza

Il frequenzimetro è, insieme all'amperometro, voltmetro, wattmetro, varmetro, cosfimetro, uno strumento utilizzato per misurare le grandezze elettriche. 

Attualmente questo dispositivo lo troviamo nell'ambito della fisica, in particolare nell'elettronica, una disciplina che studia il moto degli elettroni nel vuoto o entro la materia e i dispositivi il cui funzionamento è basato sui fenomeni associati a tale moto. 

Fonti: https://www.sapere.it/enciclopedia/elettr%C3%B2nica.html

STEP #03 - Glossario

L'odierno frequenzimetro è costituito da una serie di componenti fondamentali:

• Amplificatore: un dispositivo elettronico che aumenta la tensione, la corrente o la potenza di un segnale;

• Trigger di Schmitt: un circuito che converte qualsiasi segnale alternato in un'onda quadra utilizzando un amplificatore;

• And Gate: l'output che si ottiene quando esistono due ingressi di cui uno dei terminali è collegato all'uscita del Trigger di Schmitt e l'altro a un FlipFlop;

• Flipflop: elemento che fornisce l'output in base all'input;

• Oscillatore a cristallo: componente che genera un'onda sinusoidale;

• Contatore: misuratore di tipo sincrono in cui il conteggio decimale è in ordine crescente a partire da zero;

• Selettore basato sul tempo: orologio oscillatore che fornisce un valore preciso.

Fonti: https://university.listenlights.com/2017/09/02/digital-frequency-meter/

https://www.elprocus.com/what-is-digital-frequency-meter-and-its-working/

STEP #02 - L'immagine

 

Systron Donner, Counter Model 7015, 1970

STEP #01 - Il nome

Il termine in questione è il risultato dell'unione delle parole frequenza (dal lat. frequentia, prima metà sec. XIV) che indica il numero di eventi che si ripetono nell'unità di tempo e metro (dal lat. metrum e gr. μέτρον, sec. XIV) che vuol dire misura.

Il frequenzimetro è uno strumento utilizzato per la misurazione della frequenza presente in un circuito elettrico la cui unità di misura è l'Hertz (Hz).  

Si distinguono tre tipologie di frequenzimetro:

• a lamelle che si basa sul principio della vibrazione libera di un corpo rigido; 
• a indice che fornisce un'indicazione continua, senza interruzione dei valori; 
• digitale che da un'indicazione discontinua del valore misurato.

Frequenzimetro [fre-quen-zì-me-tro]: frequency meter, frecuencímetro, fréquencemètre, frequenzzähler, 周波数カウンタ,Частотоме́р.