Didattica e laboratorio di Misure
Elettroniche e strumentazione
TFA A034 Elettronica
2012-2013
Prof. S. Graziani
DIEEI
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.)
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.
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
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.
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.
Norna UNI 4546
Misurare significa ‘osservare’ un
fenomeno per trarre conclusioni sui
fenomeni
reali
e
ottenere
un’informazione non soggettiva
sullo stato del processo
Norna UNI 4546
L’esempio: Si vuole studiare il
segnale prodotto da un circuito
per la generazione del clock di un
sistema digitale….
…purtroppo il segnale reale si
discosterà
sotto
una
innumerevole serie di aspetti da
quello ideale…..
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
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.
Norna UNI 4546
Misurazione
•Sistema misurato
•Misurando
•Segnale di misura
•Interazione di misurazione
•Grandezza d’influenza
Sistema misurato
Segnale di misura
Grandezza d’influenza
Misurando
Norna UNI 4546
Misurazione
•Metodo di misurazione
Metodo di misurazione diretto
Metodo di misurazione indiretto
11 3
•Esempio A……
•Esempio B……
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
Norna UNI 4546
Lettura: stimoliamo
classe!
la
Norna UNI 4546
Lettura: stimoliamo
classe!
la
Norna UNI 4546
Lettura: stimoliamo
classe!
la
Norna UNI 4546
Lettura: la soluzione!
Norna UNI 4546
Lettura: i formati
•Segnale di lettura
•Formato d’uscita
……….
……….
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
M
Curva di taratura
Vi
Is
D Mi
Asse delle letture
Li
L
D Li
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….)
Norna
4546
Parte I UNI
(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
20 di
taratura?
Parte
(introduzione)
NornaI UNI
4546
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.
21
Parte
(introduzione)
NornaI UNI
4546
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
22
Parte
(introduzione)
NornaI UNI
4546
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….
23
Parte
(introduzione)
NornaI UNI
4546
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
24
Parte
(introduzione)
NornaI UNI
4546
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….
25
Parte
(introduzione)
NornaI UNI
4546
Caratteristiche metrologiche di un dispositivo
per misurazione e/o regolazione
•Incertezza strumentale
Si ricorre allora ad un modello dell’incertezza di tipo
misto
26
Parte
(introduzione)
NornaI UNI
4546
Cerchiamo
trova????
in
classe
cosa
si
……
……
27
Parte
(introduzione)
NornaI UNI
4546
Caratteristiche metrologiche di un dispositivo
per misurazione e/o regolazione
•Sensibilità
Inverso della pendenza della curva di
taratura in un suo punto. La costante di
taratura è il suo inverso.
•Risoluzione
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!
•RipetibilitàAttitudine
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.
Parte
(introduzione)
NornaI UNI
4546
Caratteristiche metrologiche di un dispositivo
per misurazione e/o regolazione
•Stabilità
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.
•Isteresi
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.
Parte
(introduzione)
NornaI UNI
4546
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;
• …….