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 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 (10 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 (18 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

Altro materiale didattico

MODULO A
Il materiale del corso è accessibile 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, 5).
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), 5).
3		* 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.	3), 4).
4		* Strumenti di misura analogici, * strumenti magnetoelettrici, * lo strumento a magnete permanente e bobina mobile, * milliamperometro, * millivoltmetro, * amperometro, * voltmetro, galvanometro, indice di classe.	3), 4).
5		* metodo volt-amperometrico, * metodo volt-maperometrico con inserzione a monte e a valle.	3), 4), 7).
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), 4), 7).
7		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	4), 7).
8		* Oscilloscopio analogico, * TRC, * canali orizzontale e verticale, * base dei tempi.	3), 4).
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

* Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame.

N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.

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.

PROVE IN ITINERE

MODULO A
Alla fine del modulo verrà somministrata una prov con quesiti teorici e numerico/pratici.

Superando le prove in itinere dei due moduli (A e B) è possibile acquisire direttamente il voto finale del corso.

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 le prove intermedie. L'esito di dette prove è valido fino all'inizio dell' anno accademico successivo.
MODULO B
Alla fine del modulo verrà somministrata una prov con quesiti teorici e numerico/pratici.

Superando le prove in itinere dei due moduli (A e B) è possibile acquisire direttamente il voto finale del corso.

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 le prove intermedie. L'esito di dette prove è valido fino all'inizio dell' anno accademico successivo.

PROVE DI FINE CORSO

MODULO A
La prova di fine corso (opzionale) consiste della prova orale dei due moduli (si veda quanto riportato al punto Modalità d'esame). Il voto complessivo è la media arrotondata dei voti acqusiti nelle due prove in itinere o nel colloquio finale, relativo ai due moduli.
MODULO B
La prova di fine corso (opzionale) consiste della prova orale dei due moduli (si veda quanto riportato al punto Modalità d'esame). Il voto complessivo è la media arrotondata dei voti acqusiti nelle due
prove in itinere o nel colloquio finale, relativo ai due moduli.

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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