ELECTRONIC MEASUREMENTS

Obiettivi formativi

• MODULO A

  Il modulo introduce alla conoscenza dei principi delle misure elettroniche. Vengono introdotti i principi della scienza delle misure e del processo di misurazione, il concetto di incertezza e i metodi di stima dell'incertezza di misura. Vengono descritte le caratteristiche metrologiche degli strumenti di misura, i principali strumenti di misura analogici e i metodi di misura delle grandezze elettriche in continua e in alternata.

  Le lezioni del modulo vengono impartite in lingua inglese. Al fine di trasferire il linguaggio tecnico, tipico della disciplina, le nozioni di base di misure vengono impartite in italiano e in inglese.

  Lo studente sarà in grado di coordinarsi con i colleghi nello svolgimento di attività di gruppo, svolte con l'ausilio di un tutor.

  Conoscenza e comprensione - Knowledge and understaning

  Alla fine del modulo, lo studente è in grado di descrivere la natura del processo di misurazione, degli strumenti e dei metodi per la determinazione delle grandezze elettriche di base e dell'incertezza di misura ad esse associata. Egli è in grado di scegliere il metodo e gli strumenti di misura più adatti allo specifico problema e di argomentare tali scelte. E' in grado di trovare soluzioni nuove per risolvere problemi di complessità simile a quelli affrontati nel corso.

   

  Capacità di applicare conoscenza e comprensione - Applying knowledge and understaning

  Egli è in grado di determinare il valore di un parametro, scegliendo il metodo di misura adeguato per la misurazione e le caratteristiche metrologiche degli strumenti di misura. Egli stima coerentemente il valore dell'incertezza di misura da associare al parametro misurato.

• MODULO B

  Obiettivi del corso

  Il modulo si prefigge di fornire le conoscenze di base sui sistemi di misura digitali e sui Sistemi Automatici di Misura. In particolare, saranno introdotti i fondamenti della conversione A/D ed i principi di funzionamento della strumentazione digitale, dei sistemi di acquisizione dati e dei sistemi automatici di misura. Durante il coso saranno anche forniti contenuti relativi all'impiego di software per lo sviluppo di strumentazione virtuale.

  Durante il modulo sono previste delle esercitazioni finalizzate a fornire agli studenti nozioni pratiche sull'impiego della strumentazione digitale, dei sistemi di acquisizione dati e sullo sviluppo di Sistemi Automatici di Misura.

  Le lezioni del modulo vengono impartite in lingua inglese. Tuttavia, al fine di trasferire il linguaggio tecnico, tipico della disciplina, le nozioni di base di misure verranno impartite in italiano e in inglese.

  Inoltre, lo studente sarà in grado di coordinarsi con i colleghi nello svolgimento di attività di gruppo, svolte con l'ausilio di un tutor.

   

  Conoscenza e comprensione - knowledge and understaning

  Sulla base delle nozioni acquisite durante il corso, lo studente sarà in grado di comprendere i meccanismi fondamentali alla base di un sistema di misura e di una sessione di misura. Tale competenza gli permetterà di raggiungere un adeguato livello di maturità ed autonomia nell'elaborazione di nuove soluzioni tipiche della disciplina in oggetto.

   

  Capacità di applicare conoscenza e comprensione - Applying knowledge and understaning

  Alla fine del modulo lo studente sarà in grado di progettare ed utilizzare un semplice sistema automatico di misura e di eseguire sessioni di misura sperimentali utilizzando strumentazione digitale e sistemi di acquisizione dati.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

• MODULO A

  Le lezioni del modulo vengono impartite in lingua inglese. Al fine di trasferire il linguaggio tecnico, tipico della disciplina, le nozioni di base di misure vengono impartite in italiano e in inglese.

  Il corso viene svolto mediante lezioni frontali per l'acquisizione delle conoscenze teoriche di base sulla scienza delle misure, esercitazioni numeriche ed esperienze di laboratorio per la verifica delle competenze acquisite.

  Le lezioni di laboratorio saranno svolte in gruppi. Le esercitazioni numeriche verranno svolte con il coinvolgimento degli studenti. Le esperienze di laboratorio serviranno a verificare l'acquisizione delle conoscenze previste dal modulo e la capacità di sfruttare tali competenze nella soluzione di problemi di misura.

  Le modalità di svolgimento del corso permettono di sviluppare la capacità di interazione in attività di gruppo e di comunicare i concetti appresi e i risultati delle proprie esperienze, mediante relazioni scritte.

  Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

• MODULO B

  Le lezioni del modulo vengono impartite in lingua inglese. Tuttavia, al fine di trasferire il linguaggio tecnico, tipico della disciplina, le nozioni di base di misure verranno impartite in italiano e in inglese.

  L'insegnamento prevede sia lezioni frontali, sia esercitazioni di laboratorio mirate a mettere in pratica i contenuti delle nozioni teoriche. Le esperienze laboratoriali saranno svolte in gruppo con l'ausilio di un tutor.

  Le suddette modalità di svolgimento sono in linea con con gli obiettivi formativi dell'insegnamento che si prefiggono sia un trasferimento di conoscenza su nozioni di misure di base, sia l'applicazione di tali competenze in scenari sperimentali.

  Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Prerequisiti richiesti

• MODULO A

  Le propedeuticità culturali richieste appartengono alle seguenti aree

  Matematica: Sviluppo in serie di Taylor di funzioni di più variabili; soluzione di equazioni differenziali lineari del I e II ordine;

  Teoria dei Segnali: Teoria delle variabili aleatorie, media e varianza;

  Elettrotecnica: soluzione di semplici circuiti in regime statico e in condizioni dinamiche.

  Il corso prevede propedeuticità formali per gli insegnamenti di: Elettrotecnica.

• MODULO B

  Conoscenza della strumentazione analogica di misura e dei metodi di misura (confronto, zero e sostituzione).

  Il corso prevede propedeucità formali per l'insegnamento di Elettrotecnica.

Frequenza lezioni

• MODULO A

  Il modulo non prevede obbligo di frequenza. Si consiglia la frequenza del corso che prevede, oltre alle lezioni teoriche, esercitazioni numeriche partecipate e attività di gruppo.

  E' invece previsto l'obbligo di frequenza (del 70%), per ciascun modulo, per accedere alle prove intermedie.

• MODULO B

  Il modulo non prevede obbligo di frequenza.

  La frequenza delle lezioni è fortemente consigliata, anche per il carattere fortmente sperimentale delle argomentazioni trattate.

  E' invece previsto l'obbligo di frequenza (del 70%), per ciascun modulo, per accedere alle prove intermedie.

Contenuti del corso

• MODULO A

  Unità 1: Misure e misurazioni -Termini e definizioni fondamentali (12 ore)

  Grandezza*, Misura*, Misurazione*, Metodi di misura diretti e indiretti*, Metodi di misura di zero e a deflessione*, Lettura*, Caratteristiche metrologiche di un dispositivo di misura*, Diagramma di taratura*, Curva di taratura e incertezza strumentale, *sensibilità, *risoluzione, isteresi, *precisione e accuratezza, ripetibilità e riproducibilità.

  Unità 2: Incertezza di misura (12 ore)

  *Incertezza di misura, *incertezza di tipo A e incertezza di tipo B, *incertezza composta: legge di propagazione dell’incertezza per le grandezze correlate e scorrelate, incertezza estesa.

  Unità 3: Strumenti e metodi di misura in DC (14 ore)

  *Strumenti di misura analogici, *strumenti magnetoelettrici, *lo strumento a magnete permanente e bobina mobile, *milliamperometro, *millivoltmetro, amperometro, voltmetro, galvanometro, *indice di classe, *metodo volt-amperometrico, *metodo volt-amperometrico con inserzione a monte e a valle, *ponte di Wheatstone, metodo della doppia pesata e metodo di sostituzione, *metodo potenziometrico per la misura di tensione e corrente, potenziometro di Kelvin-Varley, potenziometro a lettura diretta.

  Unità 4: Strumenti e metodi di misura in AC (12 ore)

  Covertitori AC-DC: *Convertitore a valore medio raddrizzato, *convertitore a semionda e convertitore a doppia semionda, *convertitore a valore di cresta, convertitore a vero valore efficace, *Oscilloscopio analogico, *TRC, *canali orizzontale e verticale, *base dei tempi, *trigger.

  (*) Conoscenze minime per il superamento del corso.

• MODULO B

  Parte I: Gli strumenti di misura numerici (18 ore)

  • La conversione A/D, campionamento e quantizzazione
  • La strumentazione numerica (Misure di Tempo, Frequenza, Tensione)
  • I convertitori A/D e D/A: rampa numerica, rampa lineare, a inseguimento, doppia rampa, flash, approssimazioni successive.
  • L’oscilloscopio numerico (Esempi)
  • L’Analizzatore di spettro numerico
  • I sistemi automatici di misura
  • Sistemi di acquisizione dati
  • Sistemi distribuiti di misura (IEEE488.2)
  • LabVIEW

   

  Parte II: Metodi e schemi di misura (9 ore)

  • Misura di tempo, frequenza e fase
  • Misure sui sistemi del primo ordine

   

  Parte III: Esercitazioni (23 ore)

  • Misure con l’oscilloscopio di Tempo
  • Misure con l’oscilloscopio di Frequenza
  • Misure con l’oscilloscopio di Sfasamento
  • Misure sul circuito RC
  • Esercitazione su LabVIEW per lo sviluppo di un SADD
  • Esercitazione su LabVIEW per la caratterizzazione di un circuito RC
  • Esercitazione su LabVIEW per la realizzazione di un sistema distribuito si misura (IEEE488.2)
  • Esercitazione su LabVIEW per lo sviluppo di un SAM

Testi di riferimento

• MODULO A

  1) E. Doebelin, "Strumenti e metodi di misura", Mc Graw Hill

  2) E. Doebelin, "Measurement systems", McGraw Hill

  3) G. Iuculano D Mirri, "Misure Elettroniche", CEDAM

  4) Norma UNI 4546-1984, "Misure e misurazioni"

  5) Norama UNI CEI ENV 13005:2000 "Guida all'espressione dell'incertezza di misura"

• MODULO B

  G. Zingales, “Misure elettriche: metodi e strumenti”, UTET, Torino, 1993

  G. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche”, CEDAM 2002

  Tutorial LabVIEW

  Tutorial DAQ

  Tutorial GPIB

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• MODULO A

  L'esame consiste di una prova orale, contestuale per i moduli A e B. L'esame orale verrà valutato sulla base della correttezza formale e pertinenza degli argomenti sviluppati, la qualità del linguaggio tecnico adottato, la capacità di fornire la soluzione corretta per i problemi proposti.

  Relativamente al modulo A, l'esame consiste tipicamente di 3 domande. Una domanda verte sui principi base della metrologia (Unità 1 e 2), la seconda sugli strumenti di misura (Unità 3 e 4), la terza sui metodi di misura (Unità 3). Ciascuna domanda viene valutata con un voto che va da 1 a 10. Il voto complessivo della prova, in trentesimi, consiste nella somma dei voti delle tre domande. La durata tipica della prova è di 30 min.

  Per gli studenti che abbiano soddisfatto gli obblighi di presenza, è possibile accedere alle prove in itinere che si tengono alla fine di ciascun modulo e le cui date sono pubblicate a cura del CdL sul Calendario degli Esami. Le prove in itinere verranno valutate sulla base della la capacità di fornire la soluzione adeguata per i problemi proposti, la correttezza formale e la completezza dello svolgimento dei quesiti, la qualità del linguaggio tecnico adottato, la correttezza nell'esecuzione dei calcoli necessari e dei risultati forniti.

  Relativamente al modulo A, la prova in itinere consiste di esercizi numerici brevi (fino a 10 punti), di un quesito teorico con svolgimento esplicito delle dimostrazioni (fino a 10 punti) e di un esercizio numerico completo sull'esecuzione e l'elaborazione dei risultati di una misurazione (fino a 10 punti). La durata della prova è di 2 h.

  La prova in itinere si intende superata con (18/30). Superando entrambe le prove è possibile acquisire direttamente il voto finale del corso (con punteggio massimo pari a 30/30), oppure sfruttare i risultati di una sola delle prove (verrà calcolata la media con la prova orale, necessaria per il modulo di cui non si ha un risultato valido per la prova in itinere).

  I risultati delle prove in itinere sono validi fino alla fine della Terza Sessione di esami dell’AA in corso.

  La verifica dell'apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

  Learning assessment may also be carried out on line, should the conditions require it.

• MODULO B

  L'esame consiste di una prova orale, contestuale per i moduli A e B. L'esame orale verrà valutato sulla base della correttezza formale e pertinenza degli argomenti sviluppati, la qualità del linguaggio tecnico adottato, la capacità di fornire la soluzione corretta per i problemi proposti.

  Relativamente al modulo B, l'esame consiste di una prova orale, tipicamente con 3 domande. Una domanda verte sulla strumentazione numerica, una sui metodi di misura e una sull'impiego di strumentazione di misura e implementazione dei metodi di misura. Ciascuna domanda viene valutata con un voto che va da 1 a 10. Il voto complessivo della prova, in trentesimi, consiste nella somma dei voti delle tre domande. La durata tipica della prova è di 30 min.

  Per gli studenti che abbiano soddisfatto gli obblighi di presenza, è possibile accedere alle prove in itinere che si tengono alla fine di ciascun modulo e le cui data sono pubblicate a cura del CdL sul Calendario degli Esami. Le prove in itinere verranno valutate sulla base della la capacità di fornire la soluzione adeguata per i problemi proposti, la correttezza formale e la completezza dello svolgimento dei quesiti, la qualità del linguaggio tecnico adottato, la correttezza nell'esecuzione dei calcoli necessari e dei risultati forniti.

  Relativamente al modulo B, la prova in itinere consiste di quesiti liberi o a risposta multipla, per una valutazione complessiva di massimo 30 punti. La durata della prova è di 2 h.

  La prova in itinere si intende superata con (18/30). Superando entrambe le prove è possibile acquisire direttamente il voto finale del corso (con punteggio massimo pari a 30/30), oppure sfruttare i risultati di una sola delle prove (verrà calcolata la media con la prova orale, necessaria per il modulo di cui non si ha un risultato valido per la prova in itinere).

  La validità della prova in itinere è limitata all’AA in cui la prova stessa è stata sostenuta.

  La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

  Learning assessment may also be carried out on line, should the conditions require it.

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

• MODULO A

  La legge di propagazione dell'incertezza di misura.

  La base dei tempi dell'oscilloscopio.

  Il metodo voltamperometrico con voltmetro a monte.

• MODULO B

  Misure con l'oscilloscopio

  La conversione A/D e D/A

  I convertitori A/D e D/A

  I voltmetri numerici

  Descrivere un sistema di acquisizione dati

  I sistemi automatici di misura

  I sistemi distribuiti di misura