ELECTRONIC MEASUREMENTS

Anno accademico 2017/2018 - 3° anno
Docenti Crediti: 12
SSD: ING-INF/07 - Misure elettriche e elettroniche
Organizzazione didattica: 300 ore d'impegno totale, 200 di studio individuale, 70 di lezione frontale, 30 di esercitazione
Semestre: 1° e 2°
ENGLISH VERSION

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 di misura e la sua stima. Vengono descritti gli strumenti di misura analogici e la loro caratterizzazione metrologica e i principali metodi di misura delle grandezze elettriche. Alla fine del modulo lo studente sarà in grado di progettare semplici sessioni di misura, scegliendo le caratteristiche più adatte, per gli stumenti e i metodi, e di stimare la corrispondente incertezza di misura.

  • MODULO B

    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 principi della conversione A/D e della strumentazione digitale. Inoltre, durante il modulo sono previste delle esercitazioni finalizzate a fornire agli studenti nozioni pratiche sull'impiego dei sistemi di acquisizione dati. Alla fine del modulo lo studente sarà in grado di progettare un semplice sistema di acquisizione dati.


Prerequisiti richiesti

  • MODULO A

    Analisi Matematica II (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 dianamiche);

  • MODULO B

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


Frequenza lezioni

  • MODULO A

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

  • MODULO B

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

    Il modulo non prevede obbligo di frequenza. E' 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 (10 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 (14 ore)

    GUM, 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-maperometrico con inserzione a monte e a valle, ponte di Weathstone, metodo della doppia pesata e metodo di sostituzione, metodo potenziometrico per la misura di tensione e corrente, potenziometro di Clark, potenziometro di Kelvin-Varley, potenziometro a lettura diretta.

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

    Convertitori AC-DC: convertitore a valore medio raddrizzato, convetirore 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.

  • 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) J. Carr, "Elements of electronic instrumentation and measurements" 3 Ed, Prentice Hall

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

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

    7) Slide di lezione e appunti

  • 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

MODULO A
 *ArgomentiRiferimenti testi
1 * Grandezza , * Misura, * Misurazione, * Metodi di misura diretti e indiretti, * Metodi di misura di zero e a deflessione1), 2, 5). 
2 * 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.1), 2), 5). 
3 * GUM, * 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.3), 4).  
4 * Strumenti di misura analogici, * strumenti magnetoelettrici, * lo strumento a magnete permanente e bobina mobile, * milliamperometro, * millivoltmetro, * amperometro, * voltmetro, galvanometro, indice di classe.3), 4).  
5 * metodo volt-amperometrico, * metodo volt-maperometrico con inserzione a monte e a valle.3), 4), 7). 
6 * ponte di Weathstone, metodo della doppia pesata e metodo di sostituzione, * metodo potenziometrico per la misura di tensione e corrente, potenziometro di Clark, potenziometro di Kelvin-Varley, potenziometro a lettura diretta. 3), 4), 7). 
7 Convertitori AC-DC: * convertitore a valore medio raddrizzato, convetirore a semionda e convertitore a doppia semionda, * convertitore a valore di cresta, convertitore a vero valore efficace4), 7). 
8 * Oscilloscopio analogico, * TRC, * canali orizzontale e verticale, * base dei tempi.3), 4). 
MODULO B
 *ArgomentiRiferimenti testi
1*Strumenti di misura numericiG. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche”, CEDAM 2002 
2*Conversione A/D, campionamento e quantizzazioneG. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche”, CEDAM 2002 
3*I convertitori A/D: rampa numerica, rampa lineare, a inseguimento, doppia rampa, flash, approssimazioni successiveG. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche”, CEDAM 2002 
4 Convertitori D/AG. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche”, CEDAM 2002 
5*Sistemi automatici di msuraTutorial DAQ Systems 
6*Metodi e schemi di misura per tempo, frequenza e faseG. Zingales, “Misure elettriche: metodi e strumenti”, UTET, Torino, 1993 
7 Misure sui circuiti del primo ordineG. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche”, CEDAM 2002 
8 Standard IEEE488.2Tutorial GPIB 
9 Esercitazioni- Misure con l'oscilloscopioG. Zingales, “Misure elettriche: metodi e strumenti”, UTET, Torino, 1993 
10 Esercitazioni - LabVIEWTutorial LabVIEW 
11 Oscilloscopio numericoG. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche”, CEDAM 2002 
12 Analizzatore di spettroG. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche”, CEDAM 2002 
* Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame.

N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

  • MODULO A

    L'esame consiste di una prova orale, tipicamente con 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 e 4). 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.

  • 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.


Esempi di domande e/o esercizi frequenti

  • MODULO A

    La legge di propagazione dell'incerteza 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