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 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

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