La faccia dello strumento, non il suo meccanismo
Il quadrante è la superficie, in genere piana o cilindrica, su cui uno strumento porta la scala graduata e le altre indicazioni di lettura. È la faccia dello strumento: non l’elemento sensibile, non il meccanismo, ma il piano su cui il risultato della misura diventa visibile.
Il nome viene dal latino quadrans, quarta parte, e all’origine indica un quarto di cerchio. Il quadrante era lo strumento astronomico e geodetico con cui si misuravano gli angoli, un settore di novanta gradi diviso in tacche; poi il nome è passato alla superficie graduata degli orologi solari, da lì al piano degli orologi meccanici e infine alla scala di lettura di qualunque strumento a lancetta. Nel percorso ha perso il legame con la quarta parte del cerchio e ha tenuto quello con la superficie divisa in tacche.
Che cosa c’è disegnato su un quadrante
Su un quadrante ci sono sempre le stesse cose, e ognuna ha un nome. Le tacche formano la scala: quelle principali portano un numero, quelle intermedie no. La differenza di valore fra due tacche consecutive è l’intervallo di scala, e dice qual è la risoluzione di lettura. Gli estremi della graduazione definiscono il campo di indicazione, cioè il tratto entro il quale la posizione della lancetta ha un significato. Accanto compaiono l’unità di misura e, su molti strumenti, un segno o una zona che serve al controllo dello zero.
Il numero che descrive lo strumento è l’intervallo di scala, non il diametro. Un quadrante largo rende la lettura più comoda da lontano e distanzia le tacche, ma non aggiunge risoluzione se le divisioni restano le stesse: la finezza della lettura la decide il passo della graduazione, non la dimensione del disco.
Il quadrante di uno sfigmomanometro aneroide
Sugli sfigmomanometri aneroidi il quadrante è graduato in millimetri di mercurio. Il campo di indicazione va da 0 a 300 mmHg, le tacche si susseguono ogni 2 mmHg e quelle numerate compaiono ogni 10 o 20. La precisione di lettura richiesta su tutto il campo è di ±3 mmHg, e la norma di riferimento è la EN ISO 81060-1, che fissa requisiti e metodi di prova per gli sfigmomanometri non invasivi a misurazione non automatica.
Il passo di 2 mmHg non è arbitrario e discende dal modo in cui si legge. Nella misurazione auscultatoria il bracciale si sgonfia a una velocità di 2 o 3 mmHg al secondo, e il valore si prende nell’istante in cui il suono compare o scompare. Una graduazione più fine non sarebbe leggibile mentre la lancetta scorre, una più grossa perderebbe informazione a ogni battito. Il millimetro di mercurio, per inciso, non appartiene al Sistema Internazionale: vale circa 133,322 pascal, e alcune norme ammettono in alternativa il kilopascal.
Come una pressione diventa un angolo sul quadrante
Dietro il quadrante di uno strumento aneroide c’è un meccanismo che trasforma una deformazione in una rotazione. L’elemento sensibile è una capsula metallica chiusa, a pareti ondulate, che si gonfia o si schiaccia al variare della differenza di pressione fra il suo interno e l’ambiente. È lo stesso principio del barometro senza liquido brevettato da Lucien Vidie nel 1844, dove però la capsula è parzialmente svuotata.
Lo spostamento della capsula si misura in frazioni di millimetro, troppo poco per essere letto. Una leva lo amplifica e lo trasferisce a un settore dentato, che ingrana con un pignone calettato sull’asse della lancetta: il rapporto fra i denti del settore e quelli del pignone moltiplica il movimento fino a farne una rotazione di centinaia di gradi. Una molla a spirale tiene il treno di ingranaggi sempre in appoggio da un lato, per togliere di mezzo il gioco fra i denti. Da questa catena discendono i modi tipici in cui uno strumento a lancetta sbaglia: l’isteresi, per cui la lettura in salita e quella in discesa non coincidono, e la deriva dopo un urto, che sposta la corrispondenza fra deformazione e angolo.
Lo zero del quadrante e la deriva nel tempo
Il primo controllo su uno strumento a quadrante è lo zero. Sugli sfigmomanometri aneroidi il costruttore stampa attorno allo zero un segno, spesso un ovale, dentro il quale l’ago deve trovarsi a strumento del tutto sgonfio. Se l’ago si ferma fuori da quel segno lo strumento non è in condizione di misurare e va ricalibrato entro i 3 mmHg di tolleranza rispetto a un riferimento certificato secondo standard nazionali o internazionali.
Le istruzioni dei fabbricanti aggiungono due cose che spiegano perché il controllo va ripetuto. La prima è che urti e vibrazioni forti riducono la precisione nel tempo, perché agiscono proprio sul treno di leve e ingranaggi che sta sotto al quadrante. La seconda è che il controllo di taratura ha una periodicità dichiarata, dell’ordine di un paio d’anni, e non coincide con l’ispezione visiva dello zero, che è invece un gesto da ripetere prima dell’uso.
Quadranti di altri strumenti, e l’altro senso della parola
Il quadrante non appartiene ai soli strumenti di pressione. Sulle bilance pesapersone meccaniche il carico deforma una molla, e un accoppiamento a cremagliera e pignone trasforma quello spostamento lineare in una rotazione: in alcuni modelli gira il disco graduato dietro una finestrella, in altri gira la lancetta sopra un disco fermo. Anche lì il dato che descrive lo strumento è l’intervallo di scala, non la larghezza del quadrante.
Resta un’omonimia da tenere separata. In anatomia il quadrante non è una scala ma una regione: l’addome si divide in quattro quadranti tracciando una linea verticale sulla mediana e una orizzontale passante per l’ombelico, e la stessa parola si usa per la mammella. Le due accezioni condividono soltanto l’idea di una superficie divisa da linee: in un caso quelle linee sono tacche che portano numeri, nell’altro sono confini che portano nomi.
