ESERCITAZIONE DI LABORATORIO A: VERIFICA DI STRUMENTAZIONE DI LABORATORIO

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1 ESERCITAZIONE DI LABORATORIO A: VERIFICA DI STRUMENTAZIONE DI LABORATORIO La prova ha come scopo quello di verificare se uno strumento, o una particolare funzione di misura di uno strumento multifunzione, rientra nelle caratteristiche d incertezza dichiarate dal costruttore. In particolare, bisogna controllare se per ogni valore del misurando su tutta la scala indagata sussiste la relazione: E U. Tale verifica ha senso solo se si dispone di un riferimento (un campione della grandezza o uno strumento campione rispetto a quello da verificare). Il caso dello strumento campione da utilizzare per la verifica è quello più comune: per effettuare tale verifica, quindi, occorre verificare prioritariamente se la caratteristica d incertezza dello strumento da verificare è adeguatamente al di sotto, per tutti i punti della scala (o anche da un certo punto in poi), dell analoga caratteristica dello strumento verificatore. Questa circostanza si ritiene soddisfatta, per i laboratori ordinari, se è verificata, per ogni punto di misura, la seguente relazione 1 tra le due incertezze: U campione < U (1). 5 Nel corso della prova si verificherà un multimetro digitale palmare nelle funzioni di misura di voltmetro e di frequenzimetro, adoperando come strumento di riferimento un multimetro digitale da banco, di gran lunga più preciso. Il segnale da misurare di forma sinusoidale sarà fornito da un generatore di funzioni da banco, che fornirà in una prima serie di misure una forma d onda di tensione a frequenza fissa ed ampiezza variabile, mentre in una seconda serie di misure una forma d onda con ampiezza costante e frequenza variabile. I risultati della prova saranno riportati, unitamente allo schema circuitale ed alle Fig.1 Confronto tra i diagrammi d incertezza caratteristiche dei componenti e degli strumenti adoperati, in opportune tabelle e rappresentazioni grafiche, che evidenzieranno come la verifica una volta ammissibile [ossia se si trova una zona della scala in cui è verificata la disuguaglianza (1)] abbia dato esito positivo o negativo. Un esempio della possibilità di tale verifica è mostrato in Fig.2. Procedura da seguire nel corso della prova e nella stesura della relazione di laboratorio: 1) Verificare che il multimetro verificatore sia effettivamente di riferimento (in toto o Fig.2 Determinazione della zona di verifica parzialmente) rispetto al multimetro da verificare, per le funzioni di misura tensione e frequenza e per le portate considerate: scrivere le formule analitiche dell incertezza assoluta per entrambi i termini di confronto e rappresentare le corrispondenti caratteristiche d incertezza in un unico diagramma (come ad esempio in Fig.1), procedendo al confronto in termini quantitativi. Rappresentare anche l incertezza dello strumento da verificare, ridotta ad 1/5, per la determinazione della zona di verifica (Fig.2). Un altro esempio di confronto è riportato a pag.5 di questa dispensa (Appendice).

2 2) Eseguire n.10 test con forma d onda della tensione sinusoidale di valore efficace variabile nella zona di verifica, con un massimo di 1 V e frequenza costante, a scelta (con un massimo di 500 Hz), riportando per ogni misurazione, le misure di valore efficace delle tensione V e V c e le rispettive incertezze assolute U v e U vc rispettivamente del multimetro da verificare e del multimetro di riferimento, nonché gli errori assoluti E v e relativi percentuali e v%, stimati in E base alle differenze delle misure corrispondenti: Ev V Vc ; ev% = 100 v. Si noti come, Vc a differenza delle incertezze, quantità intrinsecamente positive, gli errori così stimati possano avere un segno qualunque. Trarre le opportune conclusioni dal confronto tra gli errori così trovati e la maggiorazione teorica del loro valore assoluto (l incertezza U v ), stabilendo così se la funzione di misura considerata rientra nelle specifiche d incertezza dichiarata dal costruttore. 3) Rappresentare, sia in forma tabellare (vedi Tabella 1), sia in forma grafica (vedi Fig.3) i dati misurati ed elaborati, evidenziandone le conclusioni. 4) Esprimere, se possibile, un giudizio critico sulla prova e su eventuali suoi miglioramenti. 5) Stendere in Word una relazione personale scritta firmata sulla prova, da portare e discutere in sede di verifica orale del laboratorio. Schema circuitale: G V 1 V 2 G - Generatore di Funzioni funzioni V 1 - Multimetro Voltmetro di Digitale riferimento (Agilent) V 2 - Multimetro Voltmetro da Digitale verificare (Fluke) (in prova) I e II - Oscilloscopio Tabella I - Verifica della funzione misuratore di tensione N. Misura Forma d'onda Dati impostati sul Generatore di Funzioni V rms f (Hz) Voltmetro in prova ( ) V U v (worst case) Misure ed Incertezze Voltmetro di riferimento ( ) V c U vc (worst case) Scostamenti e/o Errori E v E v% (%) 1 Sinus

3 Fig.3 Rappresentazione degli errori: la verifica è positiva, nella zona possibile, in quanto gli errori stimati sono tutti inferiori, in valore assoluto, all incertezza dello strumento da verificare Specifiche Tecniche Multimetro ISO-TECH in prova (funzione Voltmetro): Mod. IDM 101 mv mv Mod. IDM 91E

4 Specifiche Tecniche Multimetro AGILENT di riferimento (funzione Voltmetro): Note: 1) Usare la terza colonna ( 1 anno ), in quanto il certificato di taratura sta per scadere entro tale limite, ammesso che la temperatura del laboratorio sia nel range indicato. 2) Usare la riga corrispondente alla frequenza selezionata sul generatore di funzione (ad esempio, per una frequenza di 50 Hz usare la terza riga nel primo gruppo di portate, ovvero la terza riga nel secondo gruppo). 3) Per ogni gruppo di portate, l effettiva portata utilizzata varia automaticamente (strumento autoranging ), ovvero può essere variata manualmente. In particolare, il primo gruppo comprende le portate fino a 100 mv, ossia 100 mv, 10 mv, 1 mv, ecc.; il secondo gruppo le portate fino a 750 V, ossia 750 V, 100 V, 10 V, 1 V. Con lo strumento a disposizione, comunque, non si possono misurare tensioni al di sotto di 35 mv. 4) Come si può notare, in questi dati tecnici non è riportata la risoluzione: infatti, poiché l incertezza di portata viene determinata in % del range, tale dato è ovviamente inutile. 5) L ultima colonna serve per allargare la fascia d incertezza, nel caso in cui sia presente anche un errore di temperatura, derivante dal fatto che la temperatura ambiente è al di fuori della fascia indicata nella colonna d incertezza usata, ma comunque entro i nuovi limiti indicati proprio in questa quarta colonna.

5 APPENDICE: ESEMPIO DI COSTRUZIONE DEI GRAFICI RELATIVI ALLA FASCIA D INCERTEZZA DI DUE STRUMENTI MULTIPORTATA, SULLA BASE DELLE CARATTERISTICHE DICHIARATE Curva incertezza strumento in prova, ridotta ad 1/5 U Curva incertezza strumento di riferimento Zone in cui è possibile l operazione di verifica