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 la conoscenza del 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 conosce la natura del processo di misurazione, gli strumenti e i metodi per la determinazione delle grandezze elettriche di base e dell'incertezza di misura. Egli conosce i criteri per associare il metodo e gli strumenti di misura allo specifico problema. Egli conosce i metodi per elaborare i dati di misura e procedere alla stima del misurando e della sua incertezza di misura.

   

  Capacità di applicare conoscenza e comprensione - Applying knowledge and understaning

  Egli è in grado di determinare il valore di un parametro. Egli stima coerentemente il valore dell'incertezza di misura da associare al parametro misurato sulla base delle informazioni sul metodo di misura e sulle caratteristiche metrologiche degli strumenti di misura. E' in grado di trovare soluzioni nuove per risolvere problemi di complessità simile a quelli affrontati nel corso. E' in grado di operare in gruppo.

   

  Autonomia di giudizio - making judgements
  Egli è in grado di analizzare criticamente la stima di un parametro, ottenuta attraverso un processo di misurazione sulla base dei metodi e degli strumenti addottati. Egli è in grado di migliorare i risultati di un processo di misura scegliendo opportunamente il metodo di misura adeguato per la misurazione e le caratteristiche metrologiche degli strumenti di misura. Tale capacità viene acquisita mediante esercitazioni partecipate in classe e attività di gruppo in laboratorio.

   

  Abilità comunicative - communication skills

  E' in grado di comunicare in forma scritta e orale e usando un linguaggio tecnico appropriato alla disciplina i concetti di base delle misure elettroniche, dei metodi e degli strumenti adottati. E' in grado di riportare, in forma analitica, i risultati di un processo di misurazione. Tali abilità vengono sviluppate mediante la predisposizione di Prove di autoverifica e la produzione di Relazioni sulle attività di laboratorio.

   

  Capacità di apprendere - learning skills

  E' in grado di leggere e comprendere testi scientifici nell'ambito delle misure, sia in Italiano sia in Inglese. E' in grado di leggere e interpretare manuali e altri ausili tecnici. Tale capacità viene acquisita attraverso lo studio individuale dei testi suggeriti e l'analisi collettiva di estratti da manuali, durante le esercitazioni e le prove di laboratorio.

• 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 suddette esercitazioni rappresentano un'occasione importante per acquisire quelle "soft-skills" tipiche delle attività pratico-sperimentali.

  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, con particolare riferimento ai sistemi di misura digitale.

   

  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.

   

  Autonomia di giudizio (Making judgements)

  Alla fine del modulo lo studente sarà in grado di analizzare criticamente le prestazioni di un sistema di misura basato sull'impiego di strumentazione elettronica o l'esito di una sessione di misura. Tale capacità viene acquisita anche mediante esercitazioni partecipate in classe ed attività di gruppo in laboratorio.

   

  Abilità comunicative (Communication skills)

  Alla fine del modulo lo studente sarà in grado di discutere su argomenti inerenti i sistemi di misura basati sull'impiego di strumentazione elettronica e l'implementazione di sessioni di misura, usando un linguaggio tecnico appropriato alla disciplina. E' in grado di riportare, in forma analitica, i risultati di un processo di misurazione. Tali abilità vengono sviluppate anche mediante la stesura di relazioni sulle attività di laboratorio.

   

  Capacità di apprendimento (Learning skills)

  Alla fine del modulo lo studente avrà acquisito la capacità di approfondire, anche in maniera autonoma, le tematiche trattate durante l'insegnamento. Lo studente sarà in grado di leggere e comprendere testi scientifici nell'ambito delle misure e manuali di strumentazione, sia in Italiano sia in Inglese. Tale capacità viene acquisita attraverso lo studio individuale dei testi suggeriti e l'analisi collettiva di estratti da manuali, durante le esercitazioni e le prove di laboratorio.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

• MODULO A

  Le lezioni del modulo vengono impartite in lingua inglese. Al fine di trasferire la conoscenza del 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 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 attività di laboratorio verranno svolte in gruppo.

  Le attività sono organizzate in Unità didattiche, espressamente indicate e comunicate alla classe. A completamento di ogni unità, viene proposta una Prova di autoverifica. Sarà possibile richiedere la correzione della propria prova consegnando la stessa entro una settimana dalla comunicazione del testo di detta prova.

  Le modalità di svolgimento del corso permettono di sviluppare la capacità di interazione in attività di gruppo, di problem solving 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 e 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

  Propedeuticità culturali: 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 comunque 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

  • 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

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

   

  Parte III: Esercitazioni

  • 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 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. I quesiti indicati possono prevedere sia domande teoriche sia lo svolgimento di esercizi numerici.

   

  Prova in itinere - Modulo A

  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.

  I risultati delle prove in itinere vengono comunicati prima dell'inizio delle lezioni del modulo B. Gli interessati possono prendere visione della correzione della propria prova entro una settimana dalla pubbliazione dei risultati.

  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 l'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.

  Prova in itinere Modulo B

  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.

  Regole generali per la valutazione delle Prove in itinere (Mod. A e Mod. B)

  Ciascuna prova in itinere (A e B) 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, ottenuto come arrotondamento della media aritmetica dei punteggi delle due prove), 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 di ciascuna 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