Fondamenti di misure. Ing. Gianfranco Miele

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1 Fondamenti di misure Ing. Gianfranco Miele

2 Cosa significa re E sicuramente cosa ardua definire in modo sintetico il significato della parola o zione, anche perché diversi sono i motivi o le finalità per cui si effettua una. Il concetto di risale ai primi confronti effettuati dall uomo tra oggetti o fenomeni simili e riguardanti grandezze quali il peso, la lunghezza, la temperatura, il colore, la forma od altro, come ad esempio: l oggetto A pesa più dell oggetto B.

3 Cosa significa re Si può parlare di misure vere e proprie però solo quando tali confronti portano a valutazioni quantitative e non soltanto qualitative della grandezza in oggetto quali, ad esempio: la lunghezza dell oggetto A è il doppio della lunghezza dell oggetto B. Inoltre, determinando il valore di una stessa grandezza su due oggetti diversi mediante il confronto di entrambi con uno stesso oggetto di riferimento (campione), i due valori ottenuti possono essere messi in relazione tra loro senza un confronto diretto tra gli oggetti in questione.

4 Cosa significa re Scopo del re è quindi esprimere l intensità di una proprietà di un oggetto, in modo che essa possa essere utilizzata anche in un secondo momento ed eventualmente da altri. Si definisce così un unità di per ogni grandezza la quale, essendo univoca, permette il confronto tra misure effettuate in posti e momenti diversi. Risultato di = Numero * unità di

5 Alcune definizioni

6 Alcune definizioni Misurando = è l'oggetto fisico su cui vengono eseguite le misure Campione = realizza fisicamente l'unità di con la quale si vuole confrontare il ndo Metodo di = la modalità con cui si esegue il confronto fra ndo e campione Misura = Risultato della zione Strumento = l'oggetto con cui si esegue il confronto fra ndo e campione, secondo le modalità previste dal metodo impiegato Operatore = coordina e supervisiona la sequenza di operazioni previste dal metodo di impiegato.

7 L operatore Legge le indicazioni degli strumenti. Elabora le letture per ottenere il risultato della. Può non essere umano > Sistemi automatici di.

8 Qualità di una Per poter utilizzare correttamente un risultato di, esso dovrà essere completo cioè dovrà essere corredato da indicazioni utili ad illustrarne la qualità, l affidabilità. Ad esempio Misure di massa: uomo, alimenti (pane, prosciutto San Daniele), Oro, Camion. E richiesta una diversa qualità della

9 Qualità di una Il risultato di un processo di zione NON E solo il risultato fornito dallo strumento!! Il risultato di un processo di zione comprende almeno due quantità: 1) Il valore letto dallo strumento; 2) Un indice di qualità della. L indice di qualità di una è fondamentale per stabilire l attendibilità (livello di confidenza) del risultato fornito dal processo di zione.

10 Qualità di una Senza la conoscenza di tale indice non è possibile stabilire quanto sia realistico: 1) la confrontabilità di due grandezze; 2) il superamento di una soglia; 3) ad esempio l esistenza e l entità di un infrazione; 4) il consumo di una quantità di energia/materia/ecc ; 5) Il costo da attribuire ad un servizio (ad esempio il TAXI, la connessione ADSL, ecc..)

11 Qualità di una Conoscere la qualità di una significa conoscere l intervallo di valori (anche detto fascia di variabilità) all interno del quale si ritiene sia contenuto il ndo: Valore vero E Valore letto Intervallo di valori La quantità u prende il nome di incertezza di e dipende da tutto ciò che è coinvolto nel processo di zione (principalmente gli effetti aleatori) La quantità E prende il nome di errore di e dipende principalmente dagli effetti sistematici coinvolti nel processo di zione Minore è il valore di u, migliore è la qualità della!! u Valore letto ± u Minore è il valore di E, più accurata è la e migliore è la sua qualità!!

12 Errore sistematico sono dovuti a difetti costruttivi, o di taratura degli strumenti e dei campioni, o ad errori e irregolarità nell applicazione del modello sperimentale (procedura) si presentano con segno costante ed entità circa costante; è quasi sempre possibile compensarne gli effetti; non sono influenzati dalla ripetizione delle misure. Valore vero Valore letto E

13 Ripetibilità Il risultato di zioni diverse e ripetute del medesimo ndo non è sempre lo stesso poiché: non è possibile di realizzare il processo di senza essere influenzati dall ambiente e dalle imperfezioni di strumenti e operatore; è lo stesso processo di zione ad alterare più o meno significativamente il ndo rendendone impossibile la conoscenza del valore vero. Valore letto 1 Valore letto 3 Valore letto 2 Valore letto n La variabilità osservata del valore letto si chiama ripetibilità della

14 Ripetibilità Le cause che producono questo tipo di dispersione nelle misure non sono in genere prevedibili in modo sistematico, quindi non è possibile eliminarle; si può però pensare di attenuarne gli effetti prodotti sulla (attraverso operazioni di medie).

15 Fattori che influenzano la qualità di una La qualità di una dipende da diversi fattori: 1. conoscenza della natura e dell entità della grandezza da re; 2. sistema di impiegato; 3. abilità dell operatore nell uso dello strumento; 4. capacità/possibilità di ridurre i fattori di influenza esterni.

16 Fattori che influenzano la qualità di una Conoscenza della natura e dell entità della grandezza da re Che tipo di grandezza deve essere ta?: d.d.p.? Corrente elettrica? Concentrazione di gas? Temperatura? Quali sono le variabilità temporali e spaziali attese?: la grandezza è caratterizzabile con prelievi temporali distanziati di, la grandezza è caratterizzabile con prelievi spaziali distanziati di Che valori sono attesi?: sono piccoli?, sono grandi? Scelta della tipologia di strumento (Voltmetro, amperometro, ecc ) Scelta dei punti di campionamento spaziale e temporale

17 Fattori che influenzano la qualità di una Scelta dei punti di campionamento spaziale e temporale Quando si raccolgono valori discreti e si desidera che siano rappresentativi della grandezza continua dalla quale sono estratti, è fondamentale che i punti o gli istanti di campionamento siano sufficientemente vicini tra loro. Punti di campionamento troppo distanti possono dare luogo a significative perdite di informazione. Punti di campionamento troppo vicini comportano uno spreco di risorse (tempo di, memoria per la conservazione dei dati). c Punti di campionamento Soglia di allarme l (km)

18 Fattori che influenzano la qualità di una Strumento/sistema di impiegato Sensibilità Risoluzione Soglia Caratteristiche metrologiche Campo di Accuracy (Classe) Ripetibilità Stabilità

19 Specifiche degli strumenti Portata La portata (nominal range) di uno strumento è l insieme delle indicazioni ottenibili, con una particolare predisposizione dei suoi comandi di impostazione. Per esempio, in voltmetro predisposto sulla portata di 100 V i valori di tensione compresi fra 0 V e 100 V. I multimetri, tipicamente, hanno diverse portate per ciascuna grandezza bile. Risoluzione La risoluzione (resolution) di un dispositivo è la più piccola variazione, nel valore della grandezza da re, che causa una variazione percettibile dell indicazione in uscita. Sensibilità La sensibilità (sensitivity) di uno strumento è il rapporto fra una variazione dell indicazione in uscita e la corrispondente variazione nell ingresso.

20 Specifiche degli strumenti Accuratezza L accuratezza (accuracy) di uno strumento stabilisce il grado di accordo del valore to con il vero valore del ndo e rappresenta il parametro più importante per la qualità di una. Precisione Il termine precisione (precision) è molto diffuso, ma non è sinonimo di accuratezza. Per chiarire, osserviamo le seguenti immagini.

21 Specifiche degli strumenti

22 Specifiche degli strumenti

23 Specifiche degli strumenti

24 Specifiche degli strumenti Ripetibilità è il grado di accordo ottenuto fra misure successive dello stesso ndo, effettuate nelle medesime condizioni: la stessa procedura, lo stesso osservatore, lo stesso strumento, lo stesso luogo, entro un breve lasso di tempo. Riproducibilità è il grado di accordo ottenuto fra misure successive dello stesso ndo, effettuato in diverse condizioni, da specificarsi: diverso metodo di, diverso campione di riferimento, diverse condizioni d uso, diverso luogo e tempo, diverso operatore.

25 Specifiche degli strumenti Condizioni nominali Le condizioni nominali (rated operating conditions) sono le condizioni operative per le quali le caratteristiche metrologiche di uno strumento stanno entro limiti specificati. Le condizioni nominali riguardano campi o valori sia per il ndo sia per le grandezze di influenza. Condizioni limite e di riferimento Le condizioni limite (limiting conditions) sono quelle che lo strumento può sopportare senza danneggiarsi e senza che, una volta riportato nelle condizioni nominali, risultino degradate le sue caratteristiche metrologiche. Spesso vengono date condizioni limite differenti per il trasporto, per il deposito a magazzino e per le condizioni operative. Le condizioni di riferimento (reference conditions) sono quelle previste durante le prove di verifica o la taratura dello strumento.

26 Fattori che influenzano la qualità di una abilità ed esperienza dell operatore nell uso dello strumento Scelta del range Impostazioni e uso dello strumento Scelta della risoluzione Scelta della modalità di Modalità d impiego (azzeramento iniziale, preriscaldamento) altri parametri

27 Fattori che influenzano la qualità di una capacità/possibilità di ridurre i fattori di influenza esterni Interazione con ambiente Sensibilità termica, dipendenza dalla stabilità dell alimentazione, umidità, pressione, vibrazioni, campi elettromagnetici

28 Incertezza di Si definisce INCERTEZZA quel parametro non negativo che caratterizza la distribuzione dei valori che possono essere ragionevolmente attribuiti al ndo. (definizione secondo il VIM Vocabolario Internazionale di Metrologia) Per quanto concerne la valutazione dell incertezza si possono seguire due procedimenti di valutazione: valutazione di categoria A valutazione di categoria B.

29 Valutazione di tipo A dell incertezza Valutazione di un componente dell incertezza di attraverso un analisi statistica delle quantità te, ottenute sotto determinate condizioni di Il miglior stimatore del valore vero è la media dei risultati di : x 1 n xi n i 1

30 Valutazione di tipo A dell incertezza Varianza sperimentale : 1 n 2 s xi xi x n 1 i 1 2 Lo scarto quadratico medio (o scarto tipo) sperimentale, cioè lo scarto tipo dell osservazione: n 1 s xi xi x n 1 2 i 1

31 Valutazione di tipo A dell incertezza L incertezza tipo della media sarà u x s x i n

32 Valutazione di tipo A dell incertezza Facciamo un esempio Un operatore effettua le 20 osservazioni sotto riportate v k di una tensione. v 1 = V v 2 = V v 3 = V v 4 = V v 5 = V v 6 = V v 7 = V v 8 = V v 9 = V v 10 = V v 11 = V v 12 = V v 13 = V v 14 = V v 15 = V v 16 = V v 17 = V v 18 = V v 19 = V v 20 = V

33 Valutazione di tipo A dell incertezza La miglior stima di V è la media: v V Lo scarto tipo di un osservazione é: s v k e pertanto l incertezza tipo di V è: u v s v k 20 V V

34 Valutazione di tipo B dell incertezza Valutazione di una componente dell incertezza di determinata da altre informazioni rispetto alla valutazione di tipo A. Le informazioni disponibili possono essere della natura più disparata; possono provenire da dati acquisiti in zioni precedenti, da caratteristiche metrologiche dichiarate dal costruttore degli strumenti di utilizzati, da proprietà dei materiali, dall esperienza dell operatore, e così via.

35 Valutazione di tipo B dell incertezza Facciamo un esempio Misura della massa incognita mediante una bilancia elettronica. L osservatore ha eseguito una sola che fornisce il risultato x = g. Dalle specifiche del costruttore della bilancia risulta che l accuracy dello strumento è espresso come A=5 % della lettura. Ipotesi di una distribuzione di probabilità rettangolare ampia 2*A u A g -A +A

36 Espressione dell incertezza L incertezza associata ad una, sia essa di categoria A, di categoria B, è una quantità che può essere dichiarata in valore assoluto: in tal caso corrisponde alla semiampiezza della fascia ed ha le stesse dimensioni del ndo; in valore relativo: in tal caso esprime il rapporto tra l incertezza assoluta e il valore centrale della fascia e quindi è dimensionale. Esso può anche essere espresso in valore percentuale o in parti per milione.

37 Combinazione dell incertezza Le cause di incertezza in un sistema di possono essere svariate e possono essere valutate in modo differente a seconda che si eseguano misure ripetute (categoria A) o che ci si affidi a conoscenze acquisite in vario modo (categoria B). L esprimere, in ogni caso, le incertezze in forma omogenea di scarto tipo consente di poter combinare i vari contributi, indipendentemente dalle modalità impiegate per valutarli A 1B 2B nb u u u u u

38 Incertezza estesa L incertezza estesa si ottiene moltiplicando l incertezza tipo u per un fattore di copertura k che può assumere i valori 2, 3, 4. Il fattore di copertura, detto anche grado di fiducia, indica indirettamente quale percentuale di valori cade all interno dell incertezza estesa. fattore di copertura k U k * u grado di fiducia ndo esterno a x 0 k % 4.6% % 0.3% % 0.006%

39 Incertezza estesa L incertezza estesa si ottiene moltiplicando l incertezza tipo u per un fattore di copertura k che può assumere i valori 2, 3, 4. U k * u Il fattore di copertura, detto anche grado di fiducia, indica indirettamente quale percentuale di valori cade all interno dell incertezza estesa.

40 Incertezza nelle misure indirette Misura Indiretta: ottenuta tramite un elaborazione matematica (generalmente una legge fisica) di altre grandezze te e legate a quella di interesse. Esempio: Misura di una resistenza tramite un voltmetro e un amperometro. Nelle misure indirette l incertezza di si ottiene applicando il principio di propagazione dell incertezza: 2 n n 2 f u ( y) u ( xi ) ci u ( xi ) i 1 xi i 1 y f x1, x2,, xn

41 Perché le misure elettriche ed elettroniche? L elaborazione di segnali di tipo elettrico è relativamente facile, affidabile, compatta ed economica Per re grandezze fisiche di varia natura (pressioni, spostamenti, temperature, accelerazioni, portate, ecc.) si tenta di ricondurle a grandezze di tipo elettrico - d.d.p. (V); - corrente (I); - frequenza (f); - resistenza (R).

42 BUS INTERNO SENSORE O TRASDUTTORE CONDIZIONAMENTO DIGITALIZZAZIONE Architettura generale di un sistema di MEMORIZZAZIONE ELABORAZIONE GRANDEZZA FISICA (spostamento, temperatura, pressione, accelerazione, ecc.) Grandezza elettrica (V, I, R, f) Grandezza elettrica adeguata (V) Grandezza digitalizzata PRESENTAZIONE DEI RISULTATI SISTEMA DI COMUNICAZIONE Unità di controllo

43 Componenti di un sistema di Sensore e trasduttore SENSORE Funzione: provvede a estrarre l'informazione d'interesse dalla grandezza fisica a cui è collegato ed a trasferirla, sotto forma di segnale (di definite caratteristiche), al sistema successivo; SENSORE Elemento Sensibile Trasduttore Trasforma la grandezza da re in una grandezza bile Trasforma la grandezza bile in una grandezza elettrica

44 Componenti di un sistema di Sensore e trasduttore Il sensore è il primo elemento della catena di. Ha il compito di convertire la grandezza fisica da re (ndo) in un altra più facilmente trattabile. Il trasduttore è un dispositivo sensibile che fornisce un segnale elettrico bile in risposta ad uno specifico ndo. Un trasduttore è un sensore ma un sensore non è necessariamente un trasduttore

45 Componenti di un sistema di Sensore e trasduttore Se il sensore non è un trasduttore può essere chiamato corpo di prova e richiedere in cascata un trasduttore ndo primario Sensore (corpo di prova) ndo secondario Trasduttore segnale elettrico

46 Componenti di un sistema di Trasduttori attivi e passivi Un trasduttore può essere attivo o passivo: Attivo se l effetto fisico su cui è basato assicura la trasformazione in energia elettrica dell energia propria del ndo (termica, meccanica, d irraggiamento, ). Esempi: Termoelettrico (termocoppia), Piroelettrico (cristalli la cui polarizzazione dipende dalla temperatura), Passivo se l effetto del ndo si traduce in una variazione d impedenza dell elemento sensibile. Esempi: estensimetri, magnetici,

47 Componenti di un sistema di Classificazione dei trasduttori Attivi / passivi In base alla grandezza ta: sensori di temperatura, umidità, illuminamento, velocità, In base alla grandezza che forniscono in uscita: trasduttori resistivi, induttivi, capacitivi, in tensione, in corrente, Analogici / digitali

48 Componenti di un sistema di Le interazioni nei sensori Sistema ambiente Grandezze di influenza: Sistema to Sistema utilizzatore Sistema ausiliario Ambiente Tempo Sistema to x(t) Sensore trasduttore Sistema ausiliario y(t) Sistema utilizzatore

49 Caratteristiche di un sistema di Descrizione di un trasduttore Caratteristiche generali Caratteristiche relative all ingresso Caratteristiche relative all uscita Caratteristiche statiche Condizioni di riferimento Caratteristiche dinamiche

50 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche generali Misurando: grandezza da re. Principio di trasduzione: principio fisico su cui si basa la generazione del segnale elettrico. Proprietà significative: tipo di elemento sensibile, tipo di costruzione, circuiteria interna, Range: limite superiore ed inferiore di variazione del ndo.

51 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche generali Di progetto (specificano come il trasduttore è o dovrebbe essere) Prestazioni (caratteristiche metrologiche) Affidabilità (caratteristiche ambientali e d uso che influenzano la vita utile del trasduttore).

52 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche relative all ingresso Specie: grandezza fisica in ingresso. Campo di (input range): intervallo di valori del ndo entro il quale il sensore funziona secondo le specifiche. Il suo limite superiore è la portata. Campo di sicurezza del ndo: intervallo di valori del ndo al di fuori del quale il sensore resta danneggiato permanentemente. I suoi valori estremi sono detti di overload o overrange.

53 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche relative all uscita Specie: natura della grandezza in uscita. Campo di normale funzionamento (output range): intervallo di valori dell uscita quando l ingresso varia nell input range. Potenza erogabile: valore limite della potenza che il sensore/trasduttore può fornire al sistema utilizzatore a valle. Se l uscita è in corrente, si precisa l impedenza di carico. Impedenza di uscita

54 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche relative all uscita Incertezza di uscita: larghezza della fascia comprendente tutti i valori che potrebbero essere assunti, con una certa probabilità (livello di confidenza) a rappresentare il valore della uscita corrispondente ad una certa condizione di funzionamento. Alimentazione ausiliaria (power supply): viene precisato il valore di tensione o corrente da fornire con una sorgente esterna.

55 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche statiche Funzione di conversione: funzione che permette di ricavare dall ingresso il valore della uscita. Funzione di taratura: relazione che permette di ricavare da ogni valore della grandezza in uscita il valore dell ingresso e la corrispondente fascia di incertezza. Curva di taratura: valore uscita => valore centrale ingresso; Costante di taratura: pendenza della curva di taratura, se è lineare; Incertezza di taratura: ampiezza della fascia di valori.

56 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche statiche funzione di taratura

57 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche statiche Sensibilità (sensitivity): pendenza della curva di conversione in un certo punto: Corrisponde all inverso della pendenza della curva di taratura. S Stabilità: capacità di conservare inalterate le caratteristiche di funzionamento per un intervallo di tempo relativamente lungo. dy dx

58 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche statiche Linearità: indica di quanto la curva di taratura si discosta dall andamento rettilineo. E il massimo scostamento rispetto ad una retta che può essere calcolata in modi diversi: Retta che rende minimo il massimo scostamento; Retta ai minimi quadrati; y Retta congiungente gli estremi. x

59 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche statiche Risoluzione: variazione del valore del ndo che provoca una variazione apprezzabile del valore della grandezza in uscita. Se il sensore lavora vicino allo zero, si parla di soglia. strumenti digitali la risoluzione coincide con l ultimo digit dello strumento strumenti analogici la risoluzione coincide con la più piccola variazione apprezzabile dall utilizzatore (non sempre coincide con la distanza tra due tacche)

60 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche statiche Risoluzione: variazione del valore del ndo che provoca una variazione apprezzabile del valore della grandezza in uscita. Se il sensore lavora vicino allo zero, si parla di soglia.

61 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche statiche Ripetibilità: attitudine dello strumento a fornire valori della grandezza di uscita poco differenti fra loro, quando è applicato all ingresso lo stesso ndo, nelle stesse condizioni operative. Si esprime in modo simile all incertezza di taratura.

62 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche statiche Isteresi: massima differenza tra i valori della uscita corrispondenti al medesimo ndo, quando si considerano tutti i valori del campo di, ed ogni valore viene raggiunto con ndo prima crescente e poi decrescente. y x

63 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche statiche Accuratezza: La maggior parte dei manuali degli Strumenti di presenta come indicazione della bontà della il massimo errore che lo strumento può commettere, E max, denominato comunemente accuracy. Classe = E max fs 100

64 Caratteristiche di un sistema di Condizioni di riferimento Reference operating conditions: Insieme delle fasce dei valori delle grandezze di influenza in corrispondenza delle quali sono valide le specifiche metrologiche indicate dal costruttore. Funzioni di influenza (operating influence): informazione su come una grandezza di influenza agisce su una delle caratteristiche metrologiche. Può essere espressa attraverso la sensibilità della grandezza metrologica alla grandezza di influenza.

65 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche dinamiche Nel dominio della frequenza: Risposta in frequenza: curve del modulo e della fase rispetto alla frequenza (Diagrammi di Bode). Campo di frequenza: intervallo di frequenze nel quale la curva di risposta in modulo non esce da una fascia di tolleranza prefissata. Eventuale frequenza di risonanza.

66 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche dinamiche Nel dominio della frequenza: I(f) H(f) U(f) H(f)= U(f) I(f)

67 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche dinamiche Nel dominio del tempo La caratteristica più utilizzata per descrivere nel dominio del tempo il comportamento in regime dinamico di un sistema di è la sua risposta al gradino. permette di prevedere il comportamento dello strumento in seguito all applicazione del ndo, o ad una sua rapida variazione.

68 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche dinamiche Nel dominio del tempo Sistemi di ordine zero Tempo morto è il tempo che intercorre dall applicazione dell ingresso al momento in cui il sistema raggiunge il 5% del valore di regime. In questo intervallo il sistema non risponde e quindi tale tempo deve essere più piccolo possibile.

69 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche dinamiche Nel dominio del tempo Sistemi del primo ordine Tempo di salita è il tempo che il sistema impiega per passare dal 10% al 90% del valore di regime. Tempo di risposta è il tempo che il sistema impiega dall istante 0 al 90% del valore di regime.

70 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche dinamiche Nel dominio del tempo Sistemi del secondo ordine Tempo di assestamento è il tempo dopo il quale l uscita resta confinata in un intervallo attorno al valore di regime; Sovraelongazione rappresenta l ampiezza del picco massimo del segnale rispetto al valore di regime Fattore di smorzamento è un indice di quanto diminuisce l ampiezza delle oscillazioni, ed è il rapporto tra il secondo picco e il primo picco del segnale considerato

71 Caratteristiche di un sistema di Caratteristiche dinamiche Limite di velocità: massima velocità di variazione del ndo oltre la quale l uscita non varia corrispondentemente. Tempo di recupero (recovery time): intervallo di tempo richiesto dopo un evento specificato (ad es. un sovraccarico) affinché il sensore riprenda a funzionare secondo le caratteristiche specificate. Tempo di warm-up è il tempo di riscaldamento, prima del quale l uscita non è affidabile perché non rispetta le caratteristiche dello strumento.

72 Componenti di un sistema di Circuiti di condizionamento Un trasduttore è completato dal circuito di condizionamento. Trasduttore passivo: il circuito di condizionamento è indispensabile per la generazione del segnale elettrico (montaggio). Trasduttore attivo: il circuito di condizionamento ha il compito di adattare i parametri dell energia elettrica, generata dal trasduttore, alle caratteristiche d ingresso del sistema di (condizionamento del segnale).

73 Componenti di un sistema di Circuiti di condizionamento SIST. CONDIZIONAMENTO Attenuatori Amp FILTRI LP HP BP Convertitori (V/T;V/F)

74 Componenti di un sistema di Sistema di conversione Funzione: provvede a trasformare la natura dell'informazione da analogica a numerica, in modo che possa essere opportunamente elaborata. SIST. CONVERSIONE S/H A/D

75 Componenti di un sistema di Sistema di conversione sample and hold S/H: trasforma il segnale tempo-continuo analogico di ingresso in un segnale tempo-continuo analogico a tratti Motivazioni dell impiego di un S/H: un circuito di conversione analogico-digitale vede un segnale costante durante l intervallo di conversione [nt,nt+t]

76 Componenti di un sistema di Sistema di conversione la conversione A/D Segnali analogici Un segnale analogico può essere rappresentato mediante una funzione del tempo che gode delle seguenti caratteristiche: 1) la funzione è definita per ogni valore del tempo (è cioè continua nel dominio) 2) la funzione è continua.

77 Componenti di un sistema di Sistema di conversione la conversione A/D Segnali digitali A differenza del segnale analogico quello digitale è rappresentato da una funzione "tempo discreta" e "quantizzata". Tale funzione risulta pertanto: 1) definita solamente in un insieme numerabile di istanti "equispaziati" 2) dotata di un codominio costituito da un insieme discreto di valori.

78 Componenti di un sistema di Sistema di conversione la conversione A/D Uno dei parametri più importanti di un sistema di conversione A/D è la velocità a cui il dispositivo ADC campiona un segnale in arrivo. La frequenza di campionamento determina ogni quanto ha luogo una conversione analogico-digitale (A/D). Un elevata frequenza di campionamento acquisisce più punti in un dato intervallo di tempo e può fornire una rappresentazione migliore del segnale originale rispetto ad una bassa frequenza di campionamento. Campionare troppo lentamente può causare una rappresentazione incompleta del segnale analogico.

79 Componenti di un sistema di Sistema di conversione la conversione A/D L effetto di un sottocampionamento è che il segnale appare come se avesse una frequenza differente da quella effettiva. Tale fenomeno prende il nome di ALIASING

80 Componenti di un sistema di Prevenire l aliasing Incrementare la frequenza di campionamento Inserire un filtro passa-basso anti alias

81 Componenti di un sistema di Filtri anti-aliasing E un filtro analogico passa basso Taglia fuori le componenti a frequenze superiori che potenzialmente possono dare alias

82 Componenti di un sistema di Sistema di conversione pregi del segnale digitale I segnali digitali hanno una maggiore reiezione ai disturbi rispetto ai segnali analogici.

83 Componenti di un sistema di Sistema di conversione pregi del segnale digitale 1. I segnali digitali possono essere elaborati più facilmente dei segnali analogici 2. I segnali numerici possono invece essere elaborati mediante microprocessori 3. I segnali digitali possono essere registrati in maniera più fedele e stabile dei segnali analogici

84 Componenti di un sistema di Sistema di controllo Funzione: provvede a memorizzare o ad elaborare l'informazione numerica ottenuta dal sistema precedente secondo una prefissata sequenza di operazioni registrata in un opportuno programma; tale sistema di controllo può essere, inoltre, a sua volta collegato con un sistema di attuatori. SIST. CONTROLLO PC PLC DSP mc