Didattica e laboratorio di Misure Elettroniche e strumentazione

1. Didattica e laboratorio di Misure Elettroniche e strumentazione TFA A034 Elettronica 2012-2013 Prof. S. Graziani DIEEI

2. Introduzione Scopo del corso è la definizione dei concetti necessari alla corretta somministrazione dei concetti fondamentali di Metrologia, Metodi e Strumenti di Misura per la classe concorsuale A034 – Elettronica (non si tratta dell’unica classe in cui vengono impartiti concetti tipici delle misure elettroniche). Per la classe in esame non esiste un corso, nell’ordinamento attuale, dedicato alle misure. Concetti tipici delle Misure Elettroniche vengono impartiti nei corsi di Elettronica (convertitori AD e DA) e di Sistemi (sensori e trasduttori). Occorrerà impartire insieme agli argomenti specifici le nozioni tipiche della metrologia (misura e misurazione, incertezza di misura, diagramma di taratura, etc.)

3. Programma Il corso consiste in 10 lezioni. Affronteremo la didattica dei seguenti argomenti: • La terminologia ‘ufficiale’ delle misure (norma UNI 4546) e l’incertezza di misura (GUM); • Convertitori AD e DA; • Sensori e trasduttori. NB: nel caso della GUM procederemo anche ad affrontare gli aspetti innovativi del tema dell’incertezza di misura.

4. Metodologia Ciascun argomento sarà svolto in 3 lezioni, una di coordinamento e due di sviluppo della lezione tipo. La lezione tipo sarà sviluppata da gruppi di lavoro di (xxx) persone in un tempo stabilito

5. Metodologia La lezione di coordinamento servirà a definire: • Argomento della lezione; • Obiettivo della lezione; • Prerequisiti culturali; • Ausili didattici allo svolgimento della lezione; • Impostazione della lezione e dei punti meritevoli di attenzione. La lezione tipo sarà sviluppata da gruppi di lavoro di (xxx) persone che dovranno risolvere in maniera autonoma il tema proposto. Seguirà una discussione collegiale.

6. Norna UNI 4546 • Argomento: Non si tratta di un argomento da affrontare in una lezione ma di un’attitudine al linguaggio delle misure che occorre trasferire. • Obiettivo: Condivisione dei termini e dei concetti base della metrologia; • Prerequisiti culturali: Il Sistema Interazionale di Misura, assi cartesiani e grafici cartesiani di semplici funzioni; • Ausili didattici allo svolgimento della lezione: SW per il tracciamento di grafici, data sheet di strumenti di largo uso.

7. Misurare significa ‘osservare’ un fenomeno per trarre conclusioni sui fenomeni reali e ottenere un’informazione non soggettiva sullo stato del processo Norna UNI 4546

8. L’esempio: Si vuole studiare il segnale prodotto da un circuito per la generazione del clock di un sistema digitale…. Norna UNI 4546 …purtroppo il segnale reale si discosterà sotto una innumerevole serie di aspetti da quello ideale…..

9. Norna UNI 4546 Grandezza • Specie di una grandezza • Unità di misura • Sistema (e un paio di esempi) • Modello (e un paio di esempi) • Segnale (cosa ho scoperto io) • Interazione

10. Norna UNI 4546 Misura Valore di misura Fascia di valore } Incertezza Misura di ………. Il parametro viene rappresentato dall’intera fascia compresa tra ……………., che costituisce la misura ………: l’unità di misura è ……….., ………… è l’elemento centrale della fascia; ………….. è l’incertezza.

11. Norna UNI 4546 Misurazione • Sistema misurato • Misurando • Segnale di misura • Interazione di misurazione • Grandezza d’influenza Sistema misurato Segnale di misura Misurando Grandezza d’influenza

12. Norna UNI 4546 Misurazione • Metodo di misurazione • Metodo di misurazione diretto • Metodo di misurazione indiretto • Esempio A…… • Esempio B……

13. Norna UNI 4546 Dispositivo per misurazione e/o regolazione • Campione materiale • Strumento (per misurazione) • Trasduttore o convertitore • Catena o complesso per misurazione o regolazione • Apparecchiatura per misurazione e/o regolazione • Sistema o impianto per misurazione e/o regolazione

14. Norna UNI 4546 Lettura: stimoliamo la classe!

15. Norna UNI 4546 Lettura: stimoliamo la classe!

16. Norna UNI 4546 Lettura: stimoliamo la classe!

17. Norna UNI 4546 Lettura: la soluzione!

18. Norna UNI 4546 Lettura: i formati • Segnale di lettura • Formato d’uscita • ………. • ……….

19. M • Curva di taratura Vi Is D Mi L Asse delle letture Li D Li Norna UNI 4546 Caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione e/o regolazione Dati riguardanti le relazioni tra letture effettuate con un dispositivo per misurazione e le misure dei parametri con i quali esso interagisce Diagramma di taratura La classe è in grado di leggere un diagramma x-y? Esempi per riconoscere la differenza tra un grafico nel tempo e un diagramma x-y (retta, esponenziale….)

20. Norna UNI 4546 Parte I (introduzione) Decidiamo di misurare una temperatura con un termocoppia di tipo J. Il costruttore ci fornirà un tipico diagramma di taratura….. Diagramma di taratura Oppure???? Che caratteristiche potremmo far vedere da un diagramma di taratura?

21. Norna UNI 4546 Parte I (introduzione) Caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione e/o regolazione • Incertezza strumentale Sebbene, in linea di principio, l’andamento della fascia d’incertezza, così come la curva caratteristica, possa assumere qualsiasi andamento… Esistono dei modelli di espressione di variazione dell’incertezza col misurando che vengono utilizzati comunemente.

22. Norna UNI 4546 Parte I (introduzione) Caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione e/o regolazione • Incertezza strumentale Modello a valore assoluto costante Il valore dell’incertezza non dipende dal valore del misurando e si mantiene costante, qualsiasi sia il valore di quest’ultimo

23. Norna UNI 4546 Parte I (introduzione) Caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione e/o regolazione • Incertezza strumentale Modello a valore assoluto costante Il modello a valore assoluto costante è difficile da rispettare, per valori elevati del misurando….

24. Norna UNI 4546 Parte I (introduzione) Caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione e/o regolazione • Incertezza strumentale Modello a valore relativo costante Il questo caso si ricorre al modello a valore relativo costante: la fascia dei valori accettabili si allarga proporzionalmente al valore del misurando

25. Norna UNI 4546 Parte I (introduzione) Caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione e/o regolazione • Incertezza strumentale Si tratta quindi di un valore di incertezza che cresce col misurando Mettiamo qui un grafico…… Il modello a valore relativo costante è difficile da rispettare, per valori piccoli del misurando….

26. Norna UNI 4546 Parte I (introduzione) Caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione e/o regolazione • Incertezza strumentale Si ricorre allora ad un modello dell’incertezza di tipo misto

27. Norna UNI 4546 Parte I (introduzione) Cerchiamo in classe cosa si trova???? …… ……

28. Norna UNI 4546 Parte I (introduzione) Caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione e/o regolazione • Sensibilità • Risoluzione • Ripetibilità Inverso della pendenza della curva di taratura in un suo punto. La costante di taratura è il suo inverso. Attitudine di un dispositivo a risolvere stati diversi del misurando durante la misurazione.La risoluzione non va confusa con la sensibilità e non è ad essa legata! Attitudine di uno strumento a fornire valori di lettura poco diffrenti tra loro, in letture consecutive eseguite sullo stesso misurando, dallo stesso operatore, nelle stesse condizioni per le grandezze d’influenza.

29. Norna UNI 4546 Parte I (introduzione) Caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione e/o regolazione • Stabilità • Isteresi Attitudine di uno strumento a fornire valori di lettura poco diffrenti tra loro, in letture eseguite sullo stesso misurando, in un intervallo di tempo definito, nelle stesse condizioni per le grandezze d’influenza. Proprietà di uno strumento di fornire valori di lettura diversi in corrispondenza di un medesimo misurando quando questo viene fatto variare per valori crescenti e per valori decrescenti.

30. Norna UNI 4546 Parte I (introduzione) Caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione e/o regolazione • Verifica: portiamo in classe (insieme al personale tecnico?) uno strumento e cerchiamo assieme di individuare tutti gli aspetti che abbiamo introdotto: • Misurando; • Unità di misura; • Portata; • Campi di funzionamento; • Caratteristiche metrologiche; • …….