Misure Elettroniche 12 CFU

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1 Misure Elettroniche 12 CFU

2 Misurare? E sicuramente cosa ardua definire in modo sintetico il significato della parola misura o misurazione, anche perché diversi sono i motivi o le finalità per cui si effettua una misura. Il concetto di misura 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 y.

3 Misurare? 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 Misurare? Scopo del misurare 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 misura per ogni grandezza la quale, essendo univoca, permette il confronto tra misure effettuate in posti e momenti diversi. Risultato di misura = Numero * unità di misura

5 Unità di misura Sistema Internazionale SI grandezza u.d.m. simbolo massa kilogrammo kg tempo secondo s lunghezza metro m intensità di corrente elettrica ampere A quantità di sostanza mole mol temperatura kelvin K intensità luminosa candela cd Vi sono inoltre due particolari u.d.m., dette "supplementari", che risultano essere adimensionali: esse sono il "radiante" ( u.d.m. dell'angolo piano - simbolo rad ) e lo "steradiante" (u.d.m. dell'angolo solido - simbolo sr ). Il Sistema Internazionale è stato adottato il

6 Unità di misura Grandezze derivate GRANDEZZA U.D.M. SIMBOLO ESPRESSIONE frequenza hertz Hz 1 Hz = 1 s -1 forza newton N 1 N = 1 m kg s -2 pressione pascal Pa 1 Pa = 1 m -1 kg s -2 energia, lavoro joule J 1 J = 1 m 2 kg s -2 potenza watt W 1 W = 1 m 2 kg s -3 carica elettrica coulomb C 1 C = 1 s A potenziale elettrico volt V 1 V = 1 m 2 kg s -3 A -1 impedenza, resistenza, reattanza elettrica ohm 1 = 1 m 2 kg s -3 A -2 ammettenza, conduttanza, suscettanza elettrica siemens S 1 S = 1 m -2 kg -1 s 3 A 2 capacità elettrica farad F 1 F = 1 m -2 kg -1 s 4 A 2

7 Misurare? La misurazione è un processo che mette in corrispondenza due insiemi: quello "reale" degli eventi fisici e quello "astratto" dei numeri. La distanza è di 358 km La temperatura è di 32 C La mia altezza è di 1.80 m Il mio peso è pari a 90 kg Il tempo impiegato per il giro più veloce è 1'18''998 La velocità attuale dell automobile é 120 km/h La RAM del mio PC è pari a 64 Kbyte Ho acquistato 5 l di vino La frequenza di questa sinusioide 150 khz

8 Misurare? Da stamattina quante misure avete fatto? Voi Altri Enti

9 Un po di definizioni Misurando = Grandezza di misurare Misurazione = Processo di misura per determinare il valore del misurando Misura = Risultato della misurazione N*UM Sistema di misurazione = Il dispositivo che consente di eseguire la misurazione

10 Misure Elettriche Misurandi / grandezze elettriche Tensione, corrente, resistenza, impedenza etc. Vantaggi dei segnali elettrici: amplificabilità diretta, trasmissibilità a distanza, registrabilità, elaborabilità. Sensori - Trasduttori Dispositivi in grado di fornire in uscita un segnale elettrico il cui valore è funzione dell'andamento di una grandezza fisica non elettrica presente all'ingresso: temperatura, velocità, accelerazione, pressione, numero di giri etc..

11 Sistemi di misurazione Quale scegliere?

12 Sistemi di misurazione Procedura di misura

13 Sistemi di misurazione Lettura del risultato misura

14 Perché misurare? A seconda dei casi lo scopo della misurazione è quello di: Determinare quantitativamente una proprietà di un oggetto : Quanto peso? Osservazione di un processo o di una operazione : Ho iniziato una dieta di quanto sono dimagrito? Controllo di un processo : Devo perdere 5 kg in due mesi sto dimagrendo o devo mangiare di meno? Ricerca o convalida di leggi fisiche : Riducendo di 500 il numero di calorie ingerite al giorno quanti kg perdo in una settimana?

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

16 Qualità di una misura (effetti sistematici) Ripetendo più volte il procedimento di misurazione, influenzano la misura sempre allo stesso modo. I fattori di influenza di tipo sistematico derivano da cause conosciute e, come tali, hanno sempre lo stesso effetto sulla misura anche se questa è ripetuta un gran numero di volte. Esempi

17 Qualità di una misura (effetti sistematici / correzione) La valutazione degli effetti sistematici va eseguita analizzando teoricamente i diversi fattori di influenza e prevedendo gli effetti che essi possono avere sul risultato finale di misura. Un simile approccio consente, quindi, anche di apportare la dovuta correzione al risultato di misura. E=M-V C=-E Mc=M+C

18 Qualità di una misura (fenomeni aleatori) Si può verificare che, ripetendo più volte la stessa misurazione, non si ottengano sempre gli stessi risultati. Poiché le cause che producono questo tipo di dispersione nelle misure non sono in genere prevedibili in modo sistematico, non è possibile eliminarle; si può però pensare di attenuarne gli effetti prodotti sulla misura. Osservando con più attenzione i risultati di misura, si può riscontrare che essi sono compresi all interno di una fascia di valori. Inoltre se i risultati ottenuti nelle varie misurazioni vengono mediati, il valore della media é praticamente insensibile agli effetti aleatori.

19 Qualità di una misura (effetti sistematici & aleatori) ± V ; ± MW; 43.2 ± 5.7 mf; 42 ± 7 %; 26.5 ± 0.2 C; ± 0.72 ma

20 Metrologia legale La metrologia legale è la parte della metrologia che si occupa delle unità, dei metodi e degli strumenti di misura, relative alle esigenze tecniche e giuridiche dello Stato. La metrologia legale serve a garantire la correttezza delle misure utilizzate per le transazioni commerciali e, più in generale, a garantire la pubblica fede in ogni tipo di rapporto economico tra più parti e le regolamenta mediante disposizioni legislative nazionali, europee. Il compito principale degli Uffici Metrici è infatti quello di tutela del consumatore, attraverso il controllo degli strumenti di misura utilizzati negli scambi commerciali e di servizi e la disciplina del marchio dei metalli preziosi. La funzione di controllo viene attuata attraverso una serie di verifiche ed ispezioni sugli strumenti metrici sia prima della loro immissione in commercio che durante il loro utilizzo. Gli Uffici metrici effettuano controlli sia su richiesta dei fabbricanti metrici ed utenti metrici, sia autonomamente con finalità ispettive. L'ufficiale metrico che effettua le verifiche e le ispezioni è a tutti gli effetti un ufficiale di polizia giudiziaria Per facilitare gli scambi tra paesi che non hanno la stessa legislazione, è nata l'organizzazione internazionale di metrologia legale (OIML) che ha sede a Parigi e alla quale aderiscono quasi tutti gli Stati del mondo. Obiettivo è l armonizzazione delle procedure di controllo metrologico.

21 Confronto tra i valori misurati ed eventuali limiti In ambito tecnico e giuridico spesso si pone il problema di dover prendere delle decisioni in base al confronto dei risultati di misura con dei limiti imposti da specifiche tecniche, leggi, normative, contratti tra le parti, ecc. Soglia inferiore o superiore su: - velocità del veicolo; - presenza di sostanze inquinanti nell aria e nell acqua; - concentrazione di sostanze dannose in alimenti; - presenza di sostanze dopanti nel sangue; - distorsione armonica della tensione di rete; - resistenza di terra; - rendimento di dispositivi; - illuminamento strade o locali; Appartenenza ad un intervallo di valori di: - parametri dimensionali, elettrici, termici, qualitativi di manufatti (controllo di qualità).

22 Confronto tra i valori misurati ed eventuali limiti fissati A causa dell incertezza associata ai risultati della misura ed alle eventuali tolleranze con le quali sono indicati i suddetti limiti non è semplice ottenere delle regole decisionali immediate. Soglia (One sided specification) -U x m +U -U x m +U -U x m +U -U x m +U Appartenenza ad un intervallo di valori (two sided specification) -U x m +U -U x m +U -U x m +U -U x m +U -U x m +U -U x m +U

23 Confronto tra i valori misurati ed eventuali limiti fissati LSL Specifiche USL NonConformità Ambiguità Conformità Ambiguità NonConformità LSL-U LSL+U USL-U USL+U NonConformità Ambiguità Conformità Ambiguità NonConformità Rischio di aver preso una decisione errata

24 OBIETTIVI DEL CORSO Il corso ha l'obiettivo di fornire agli allievi le conoscenze teoriche e pratiche per poter operare nei laboratori sperimentali e per poter trattare correttamente i dati di misura. Scelta dello strumento di misura; Definizione procedura di misura; Analisi dei fenomeni di influenza; Trattamento del risultato di misura; Valutazione incertezza. STRUMENTAZIONE DI BASE: MULTIMETRI OSCILLOSCOPI GENERATORI

25 ORGANIZZAZIONE DEL CORSO TEORIA TRATTAMENTO STATISTICO DEI DATI INCERTEZZA ERRORE CARATTERISTICHE DEGLI STRUMENTI PRINCIPI DI BASE DELLE MISURE MISURE NEL DOMINIO DEL TEMPO E DELLE AMPIEZZE STRUMENTAZIONE DI BASE DISPOSITIVI DI CONVERSIONE STRUMENTAZIONE NUMERICA METODI E CIRCUITI PER LA MISURA DELLE PRINCIPALI GRANDEZZE ELETTRICHE MISURE NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA

26 ORGANIZZAZIONE DEL CORSO ESERCITAZIONI NUMERICHE TRATTAMENTO STATISTICO DEI DATI INCERTEZZA ESERCITAZIONI IN LABORATORIO VERIFICA E TARATURA USO DELLA STRUMENTAZIONE DI BASE USO DELLA STRUMENTAZIONE NUMERICA MISURE RIFLETTOMETRICHE MISURE NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA