ELECTRICAL AND ELECTRONICS MEASUREMENTS

Anno accademico 2022/2023 - Docente: Salvatore BAGLIO

Risultati di apprendimento attesi

L'obiettivo di questo corso consiste nel fornire agli allievi ingegneri le nozioni di base dei concetti principali di metrologia, delle metodologie principali per l’esecuzione delle misurazioni, del principio di funzionamento e delle modalità d’uso di strumenti di misura elettronici. Ampio spazio sarà dedicato all'attività sperimentale in laborario su strumentazione elettronica di misura. 

Le nozioni acquisite nel corso consentiranno di valutare l'incertezza di misura, di effettuare la taratura dei sistemi di misura e di progettare ed eseguire correttamente misurazioni con strumentazione elettrica ed elettronica.

Conoscenza e comprensione

Lo studente acquisirà la conoscenza delle metodologie di valutazione dell'incertezza di misura, i principali metodi di misura e i principi di funzionamento della strumentazione elettronica di misura sia analogica sia numerica. Le applicazioni principali saranno relative ai campi dell'ingegneria elettrica ed elettronica.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Alla fine del corso gli studenti avranno le competenze necessarie ad analizzare un sistema di misura, identificandone le sezioni e le funzionalità principali. Gli studenti avranno le competenze necessarie alla caratterizzazione dei sistemi e dei processi, alla progettazione dei sistemi di misura, alla valutazione delle grandezze interferenti e modificanti ed alla messa a punto delle misure di compensazione.

Autonomia di giudizio

Gli studenti acquisiranno autonomia di giudizio per una accurata analisi dei sistemi di misura, tali capacità saranno affinate anche attraverso attività sperimentali svolte in laboratorio.

 

Abilità comunicative

Lo studente rafforzerà il linguaggio tecnico della metrologia, delle misure e delle misurazioni con l'obiettivo di potersi adeguatamente presentare sul mondo del lavoro con adeguate competenze ed un adeguato profilo tecnico. La capacità di lavorare in gruppo sarà affinata attraverso le esperienze sperimentali in laboratorio svolte in piccoli gruppi. La stesura della relazione di laboratorio e l’esame orale consentiranno di affinare il linguaggio tecnico e le capacità comunicative.

 

Capacità di apprendimento

Lo studente sarà in grado di ampliare autonomamente le proprie conoscenze di misure elettriche ed elettroniche attraverso l’approfondimento dei testi di riferimento, su articoli di riviste scientifiche specializzate e tramite gli spunti offerti dalle attività seminariali organizzate all’interno dell’insegnamento.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

L'insegnamento è composto sia da lezioni frontali sia da esercitazioni sperimentali in laboratorio volte a acquisire esperienza diretta di metodi  di misura e strumentazione elettronica mettendo in pratica gli insegnamenti teorici, le metodologie studiate e le competenze acquisite. Quando possibile, seminari specialistici tenuti da ricercatori provenienti da ambienti industriali e/o accademici nazionali ed internazionali saranno organizzati e proposti agli studenti.

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

Conoscenza dei concetti base di elettrotecnica, fisica, elettronica

Frequenza lezioni

Consigliata

Contenuti del corso

Il corso ha l’obiettivo di trasferire agli allievi ingegneri elettrici i concetti principali relativi alle problematiche delle misure e delle misurazioni con dispositivi elettrici ed elettronici.

Verranno affrontati argomenti riguardanti la metrologia,  la definizione ed il trattamento delle incertezze di misura, le metodologie principali per l’esecuzioni di misurazioni, la strumentazione elettronica analogica e numerica.

Si parlerà infine di problematiche attuali nel settore delle misure elettriche quali “misure in regime deformato” e “smart grid”.

Nell’ambito del corso è prevista una intensa attività sperimentale in laboratorio volta a fornire competenze sull’uso della strumentazione e dei principali strumenti informatici per la gestione della strumentazione.

 

Programma

Parte I: Generalità e Cenni di metrologia

Schema generale di un sistema di misura, Grandezze interferenti e modificanti. Cenni di metrologia (Norme UNI-4546), Taratura di un sistema di misura.

Propagazione dell’incertezza nelle misurazioni indirette con approccio statistico e deterministico. 

Parte II: Gli strumenti di misura analogici (cenni)

Gli strumenti di misura elettromeccanici: Amperometro e voltmetro. L’oscilloscopio analogico: Schema a blocchi funzionali, La sezione verticale, La sezione orizzontale, La sezione di trigger, Base dei tempi principale e base dei tempi ritardata. Misurazioni tipiche con l’oscilloscopio.

Parte III: Gli strumenti di misura numerici

Cenni su Campionamento e quantizzazione di un segnale analogico. La conversione Analogico numerica. Contatori e frequenzimetri numerici. Voltmetri elettronici numerici a singola rampa, voltmetri a doppia rampa, voltmetri a conversione tensione-frequenza. L’oscilloscopio numerico, strategie di campionamento (sequenziale, casuale) e di gestione dei convertitori ADC. Elaborazione negli strumenti numerici (medie e filtri). Valutazione dei bit efficaci. Analizzatori di spettro numerici.

Parte IV: Metodi di misura

Metodi di misura indiretti: Il metodo volt-ampero-wattmetrico. Misure sui sistemi trifase. Misure nel dominio della frequenza,

Parte V: Problematiche avanzate nelle misure elettriche (cenni)

Misure in regime di 50 Hz deformato, Smart grid. 

Esercitazioni e Laboratorio

Attività sperimentale relativa alla realizzazione di un sistema di misura su sistemi trifase. Sistemi automatici di misura con il tool software LabView.

Testi di riferimento

  • Lucidi e materiale didattico fornito dal Docente
  • Norme UNI 4546, Guida per la valutazione dell’incertezza nelle misurazioni.
  • J.J. Carr, Elements of electronic instrumentation and measurements, Prentice Hall, 1996.   
  • Zingales, Misure Elettriche, UTET.
  • E.O. Doebelin, Strumenti e Metodi Di Misura - MCGRAW-HILL - Ed 2008

Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1incertezza nelle misurazioni - uncertainty in measurementGuide to the Uncertainty in Measurements
2metodi di misura - measurement methodsJ.J. Carr, Elements of electronic instrumentation and measurements, Prentice Hall, 1996
3Misure di potenzaZingales, Misure Elettriche, UTET.
4Strumentazione elettronica numerica - digital instrumentationJ.J. Carr, Elements of electronic instrumentation and measurements, Prentice Hall, 1996.

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

Colloquio orale

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

Oral interview

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

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

- valutazione dell'incertezza nelle misurazioni indirette

- procedura di calibrazione

- voltmetri numerici (rampa analogica): descrivere il modello funzionale, il modello analitico e i parametri metrologici principali

- misure nei sistemi trifase: teorema di Aron

- estimation of uncertainty in indirect measurements

- calibration procedure

- numeric voltmeter (analog ramp): discuss the block scheme model, the analytic model and the main metrologic parameters

- three phase systems: Aron theorem

ENGLISH VERSION