ELECTRONIC MEASUREMENTS

12 CFU - 1° e 2° semestre

Docenti titolari dell'insegnamento

SALVATORE GRAZIANI - MODULO A - ING-INF/07 - 6 CFU
BRUNO ANDO' - MODULO B - ING-INF/07 - 6 CFU

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.

Alla fine del modulo lo studente sarà in grado di progettare semplici sessioni di misura, scegliendo il medoto di misura adeguato per la misurazione e le caratteristiche metrologiche degli strumenti di misura. Egli sarà in grado di determinare il valore di un parametro e di associare a questo il valore dell'incertezza.

Le lezioni del modulo vengono impartite in lingua inglese. Lo studente sarà in grado di coordinarsi con i colleghi nello svolgimento di attività di gruppo, svolte con l'ausilio di un tutor.
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 e di eseguire sessioni di misura sperimentali utilizzando strumentazione digitale di misura, e sistemi automatici di misura.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

MODULO A
Il corso viene svolto mediante lezioni teoriche 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 lezioni di laboratorio saranno svolte in gruppi. 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 modalità di svolgimento del corso permettono di sviluppare la capacità di interazione in attività di gruppo e di comunicare i concetti appresi e i risultati delle proprie esperienze, mediante relazioni scritte .
MODULO B
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 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.

Prerequisiti richiesti

MODULO A
Le propedeuticità culturali richieste appartengono all'area della Matematica: Sviluppo in serie di Taylor di funzioni di più variabili; soluzione di equazioni differenziali lineari del I e II ordine); della Teoria dei Segnali: Teoria delle variabili aleatorie, media e varianza); dell'Elettrotecnica: soluzione di semplici circuiti in regime statico e in condizioni dianamiche.

Il corso prevede propedeuticità formali per gli insegnamenti di: Elettrotecnica.
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. Si consiglia la frequenza del corso che prevede, oltre alle lezioni teoriche, esercitazioni numeriche partecipate e attività di gruppo.

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)

Covertiroti 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.

(*) Conoscenze minime per il superamento del corso.
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) 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

Altro materiale didattico

MODULO A
Il materiale di supporto al corso è accessibile sul sito Studium
MODULO B
Il materiale didattico si trova sul sito STUDIUM.

Programmazione del corso

MODULO A
	Argomenti	Riferimenti testi
1	Grandezza , Misura, Misurazione, Metodi di misura diretti e indiretti, Metodi di misura di zero e a deflessione	1), 2, 4).
2	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.	1), 2), 4).
3	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.	1), 2), 5).
4	Strumenti di misura analogici, strumenti magnetoelettrici, lo strumento a magnete permanente e bobina mobile, milliamperometro, millivoltmetro, amperometro, voltmetro, galvanometro, indice di classe.	3).
5	metodo volt-amperometrico, metodo volt-maperometrico con inserzione a monte e a valle.	3).
6	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.	3).
7	Convertitore a valore medio raddrizzato, convetirore a semionda e convertitore a doppia semionda, convertitore a valore di cresta, convertitore a vero valore efficace.	3).
8	Oscilloscopio analogico, TRC, canali orizzontale e verticale, base dei tempi.	3).
MODULO B
	Argomenti	Riferimenti testi
1	Strumenti di misura numerici	G. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche”, CEDAM 2002
2	Conversione A/D, campionamento e quantizzazione	G. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche”, CEDAM 2002
3	I convertitori A/D: rampa numerica, rampa lineare, a inseguimento, doppia rampa, flash, approssimazioni successive	G. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche”, CEDAM 2002
4	Convertitori D/A	G. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche”, CEDAM 2002
5	Sistemi automatici di msura	Tutorial DAQ Systems
6	Metodi e schemi di misura per tempo, frequenza e fase	G. Zingales, “Misure elettriche: metodi e strumenti”, UTET, Torino, 1993
7	Misure sui circuiti del primo ordine	G. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche”, CEDAM 2002
8	Standard IEEE488.2	Tutorial GPIB
9	Esercitazioni- Misure con l'oscilloscopio	G. Zingales, “Misure elettriche: metodi e strumenti”, UTET, Torino, 1993
10	Esercitazioni - LabVIEW	Tutorial LabVIEW
11	Oscilloscopio numerico	G. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche”, CEDAM 2002
12	Analizzatore di spettro	G. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche”, CEDAM 2002

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 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.

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.

La prova in itinere 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), 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).

I risultati delle prove in itinere sono validi fino alla fine della Terza Sessione di esami dell’AA (30/09/2020).

E’ possibile sostenere la prova orale unica, sugli argomenti trattati nei due moduli, dopo la fine del corso, sia per migliorare il voto proposto, sia per coloro che non hanno sostenuto/superato almeno una delle prove intermedie. Il numero di domande si riduce, per ciascun modulo, a 1 nel caso si vogliano sfruttare i risultati della corrispondente prova in itinere. Rimane inalterata la modalità di esame per il modulo per il quale non ci si intende avvalere dei risultati della prova in itinere.
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 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.

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.

La prova in itinere 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), 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 della prova in itinere è limitata all’AA in cui la prova stessa è stata sostenuta.

E’ possibile sostenere la prova orale unica, sugli argomenti trattati nei due moduli, dopo la fine del corso, sia per migliorare il voto proposto, sia per coloro che non hanno sostenuto/superato almeno una delle prove intermedie. Il numero di domande si riduce, per ciascun modulo, a 1 nel caso si vogliano sfruttare i risultati della corrispondente prova in itinere. Rimane inalterata la modalità di esame per il modulo per il quale non ci si intende avvalere dei risultati della prova in itinere.

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

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