Parte I (introduzione)

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1 Norma UNI 4546: Misure e misurazioni - Termini e definizioni fondamentali Grandezza Specie di una grandezza Unità di misura Tipi di grandezza Sistema Parametro Modello Segnale Interazione

2 Norma UNI 4546 Misura Valore di misura Fascia di valore } Incertezza Misura di lunghezza di un asta a facce pianparellele, effettuata a 20 ± 1 C: 322,5±0,1mm. Il parametro viene rappresentato dall intera fascia compresa tra 322,4 e 322,6 mm, che costituisce la misura della lunghezza dell asta: l unità di misura è il millimetro, 322,5 mm è l elemento centrale della fascia; ±0,1 mm è l incertezza. Misura dell emissione totale di una sorgente radioattiva: 897 ± 30 particelle alfa emesse in 10 s. Il parametro rappresentato dall intera fascia compresa tra 867 eventi e 927 eventi: l unità di misura è la designazione precisa dell evento rivelato e contato

3 Il Sistema Internazionale di unità (SI) La metrologia è la scienza che si occupa dello studio dei principi, dei metodi e dei mezzi necessari per effettuare la misurazione di una grandezza fisica. La metrologia si occupa di tre attività principali: Definizione delle unità di misura Studio dei metodi per effettuare le misurazioni Analisi dei metodi di misurazione e delle misurazioni stesse 3

4 Il Sistema Internazionale di Unità (SI) Il 20 maggio 1875, 17 Stati ratificarono un accordo, detto Convenzione del Metro. L organo deliberante della convenzione del metro è la Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure (C.G.P.M.). Il C.G.P.M. ha definito il Sistema Internazionale di Unità: Il Sistema Internazionale di Unità è un corpo di definizioni e di regole che fornisce, in forma organica e corente, il modo di ottenere le unità per tutte le misure della fisica e della tecnica in generale. 4

5 Il Sistema Internazionale di Unità (SI) Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure (C.G.P.M.) Comitato Internazionale dei Pesi e delle Misure (C.I.P.M.) Boureau International des Poids et Measures (B.I.P.M.) Campioni Metodi Costanti fisiche fondamentali Comitati Consultivi Gruppi di lavoro Elettricità Fotometria e radiazione Termometria Definizione del metro Definizione del secondo Radiazioni ionizzanti Unità 5

6 Il Sistema Internazionale di Unità (SI) Il S.I. soddisfa alle seguenti esigenze: Scelta univoca delle unità Coordinamento tra le unità di grandezze diverse Selezione univoca di una scala di multipli e sottomultipli Ipotesi del SI: il Sistema è razionalizzato Il sistema si fonda su 7 unità di misura fondamentali e su 2 scelte come supplementari. metro m lunghezza Kilogrammo kg massa secondo s tempo ampere A intensità di corrente elettrica kelvin K temperatura termodinamica candela cd intensità luminosa mole mol quantità di sostanza radiante rad angolo piano steradiante sr angolo solido 6

7 Il Sistema Internazionale di Unità (SI) Attraverso una serie di Organismi internazionali e nazionali viene garantito il coordinamento delle attività in seno al SI. A livello nazionale agiscono gli Istituti Metrologici. In Italia sono attivi, ad oggi, l Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) e l Istituto Nazioanale di Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti (INMRI). Essi garantiscono, tra l altro, le azioni di disseminazione dei camioni, permettendo la riferibilità delle misure effettuate, su tutto il territorio nazionale. 7

8 Il Sistema Internazionale di Unità (SI) Una qualsiasi unità appartenente al SI è rappresentabile mediante un monomio della seguente forma: unità SI m kg s A K cd mol rad sr Gli esponenti sono numeri interi, negativi, positivi o nulli. Sotto tali ipotesi il sistema si dice coerente! Un unità ha dimensione n,rispettoad una delle unità di base, quando n è l esponente con cui la grandezza è espressa nell equazione 8

9 Il Sistema Internazionale di Unità (SI) Il S.I. definisce le unità derivate eisimbolida adottare per esse. Grandezza Unità SI Espressione in funzione di altre Espressione in funzione delle unità SI Nome Simbolo unità SI Fondamentali Frequenza hertz Hz s -1 Forza newton N m kg s -2 Pressione pascal Pa N/m 2 m-1 kg s-2 Energia, lavoro, quantità di calore Potenza, flusso Energetico joule J N m m2 kg s-2 watt W J/s m2 kg s-3 Carica elettrica coulomb C s A Potenziale elettrico, tensione elettrica volt V W/A m2 kg s3 A-1 Capacità elettrica farad F C/V m-2 kg-1 s4 A2 Resistenza elettrica ohm W V/A m2 kg s-3 A-2 Conduttanza elettrica Flusso d'induzione magnetica Induzione magnetica siemens S A/V m-2 kg-1 s3 A2 weber Wb V s m2 kg s-2 A-1 tesla T Wb/m 2 kg s-2 A-1 Induttanza henry H Wb/A m2 kg s-2 A-2 Flusso luminoso lumen Lm cd sr Illuminamento lux Lx lm/m 2 m -2 cd sr 9

10 Il Sistema Internazionale di Unità (SI) 10

11 Il Sistema Internazionale di Unità (SI) Le semplici regole di scrittura I nomi delle unità sono considerati nomi comuni e pertanto si scrivono con l'iniziale minuscola, anche se alcuni di essi derivano da nomi di scienziati (ampere, kelvin); Sono invariabili al plurale ed hanno come simbolo unaletteramaiuscola(peresempioaperl'ampere ekperilkelvin); Il simbolo delle unità si deve usare solo quando l'unità è accompagnata dal valore numerico; esso deve essere scritto in carattere non corsivo (A e non A), dopo il valore numerico e non deve essere seguito da un punto (a meno che si tratti del punto di fine periodo); Quando l'unità non è accompagnata dal valore numerico, deve essere scritta per esteso e non con il simbolo. Esempi: Il kelvin è l'unità di temperatura termodinamica. La definizione della mole fa riferimento al numero di atomi contenuti in 0,012 kg di carbonio Il Monviso è alto 3841 m.

12 Il Sistema Internazionale di Unità (SI) Le semplici regole di scrittura L'unità SI di volume è il metro cubo (simbolo m 3 ); l'unità di accelerazione è il metro al secondo al quadrato (simbolo m s -2 om/s 2 ); l'unità di quantità di moto è il metro per kilogrammo al secondo (simbolo m kg s -1 ovvero m kg/s). Quando, nel rappresentare un'unità derivata, al denominatore compaiono più unità bisogna fare ricorso agli esponenti negativi o all'uso di parentesi per evitare equivoci. L'unità di viscosità dinamica è il kilogrammo al metro al secondo. Essa si esprime quindi in kg m -1 s -1 o, in modo sicuramente non ambiguo, in kg/(m s). Tra le unità SI di base l unità di massa è la sola il cui nome contiene un prefisso, per ragioni storiche. I multipli e sottomultipli dell unità di massa si formano aggiungendo i nomi del prefisso all unità "grammo" ed il simbolo del prefisso al simbolo dell unità "g".esempio: 10-6 kg = 1 mg (un milligrammo) e non 1 µkg (un microkilogrammo). 12

13 Il Sistema Internazionale di Unità (SI) Esempio: Ricordando che la velocità di un punto che si sposta di moto uniforme è rappresentata dal rapporto fra la lunghezza della traiettoria percorsa ed il tempo in cui tale spostamento ha avuto luogo, si comprende che la u.d.m. della velocità è fornita dal rapporto fra la u.d.m. della lunghezza (metro) e la u.d.m. del tempo (secondo). Per tale u.d.m. non è stato coniato un nome: viene semplicemente indicata come "metro al secondo (simbolo: m s -1 ). 13

14 Il Sistema Internazionale di Unità (SI) Multipli e sottomultipi 14

15 La conversione di unità non SI 15

16 La conversione di unità non SI 16

17 La conversione di unità non SI 17

18 La conversione di unità non SI 18

19 La conversione di unità non SI 19

20 La conversione di unità non SI 20

21 La conversione di unità non SI 21

22 La conversione di unità non SI 22

23 La conversione di unità non SI 23

24 La conversione di unità non SI 24

25 Norma UNI 4546 Misura Compatibilità delle misure La misura di lunghezza di un asta a facce pianparellele, effettuata a 20 ± 1 C: l 1 =322,5±0,1 mm è compatibile con le misure assegnate nelle stesse condizioni l 2 =322,7±0,1 mm ed l 3 =322,58±0,02 mm l l 1 l 3

26 Norma UNI 4546 Misura Compatibilità delle misure Cosa si può dire della compatibilità se viene suggerita una misura pari a l 4 =323,03±0,05 mm, risultato di una misurazione eseguita a 100±,1 C? Occorre in questo caso riportarsi alle condizioni di riferimento utilizzate per le altre misurazioni, utilizzando un modello matematico per la dilatazione dell asta. ATTENZIONE: i risultati saranno attendibili soltanto se si utilizzerà un modello corretto! Si supponga che il coefficiente di dilatazione lineare dell asta sia D=20±1 K -1 (modello lineare), la lunghezza stimata a 20 C risulterà: l 4 = l 4 /(1+D T)=323,03/(1+20*10-6 *80)= =322,51. E necessario calcolare anche il corrispondente valore dell incertezza che risulta pari a ±0,1mm (vedremo in seguito come fare).

27 Norma UNI 4546 Misura Compatibilità delle misure Il grafico si modifica allora come segue: l 4 ATTENZIONE: misura non confrontabile con le altre perché valutata in corrispondenza di uno stato diverso l 1 l 2 l 3 l 4 Stima del valore del parametro alla condizione di riferimento

28 Norma UNI 4546 Misura Compatibilità delle misure La relazione di compatibilità gode della proprietà simmetrica e riflessiva, non gode tuttavia della propietà transitiva! V a -V i <=I a +I i Perché diverse misure siano tutte compatibili è necessario e sufficiente che esista un elemento comune a tutte le fasce di valore. Un insieme di misure che soddisfa a questa condizione si dice insieme mutuamente compatibile Valutazione del parametro Misure equivalenti Misura a vuoto

29 Norma UNI 4546 Misurazione Sistema misurato Misurando Segnale di misura Interazione di misurazione Grandezza d influenza Segnale di misura Sistema misurato Grandezza d influenza Misurando

30 Norma UNI 4546 Misurazione Metodo di misurazione Metodo di misurazione diretto 113 Metodo di misurazione indiretto Regolazione Regime stazionario

31 Norma UNI 4546 Dispositivo per misurazione e/o regolazione Campione materiale Strumento (per misurazione) Trasduttore o convertitore Catena o complesso per misurazione o regolazione Apparecchiatura per misurazione e/o regolazione Sistema o impianto per misurazione e/o regolazione

32 Norma UNI 4546 Lettura Segnale di lettura Formato d uscita Lettura di riferimento Valore di lettura Incertezza di lettura Valore nominale (di un campione materiale)

33 Norma UNI 4546 Caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione e/o regolazione Diagramma di taratura M Dati riguardanti le relazioni tra letture effettuate con un dispositivo per misurazione e le misure dei parametri con i quali esso interagisce Curva di taratura V i s M i Asse delle letture L L i I dati di lettura sono, di per sé, soltanto una descrizione del segnale d uscita: essi diventano significativi agli effetti della descrizione del misurando solo applicandovi il digramma di taratura! L i

34 Norma UNI 4546 Decidiamo di misurare una temperatura con un termocoppia di tipo J. Il costruttore ci fornirà un tipico diagramma di taratura.. Diagramma di taratura La termocoppia scelta può lavorare in un intervallo che va da 0 a 750 C, producendo una tensione che varia nell intervallo mV mV;

35 Norma UNI 4546 La nostra termocoppia sarà accompagnata da opportuna documentazione: 35

36 Norma UNI 4546 Caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione e/o regolazione Sensibilità Inverso della pendenza della curva di taratura in un suo punto. La costante di taratura è il suo inverso. Risoluzione Attitudine di un dispositivo a risolvere stati diversi del misurando durante la misurazione. La risoluzione non va confusa con la sensibilità e non è ad essa legata! Ripetibilità Attitudine di uno strumento a fornire valori di lettura poco diffrenti tra loro, in letture consecutive eseguite sullo stesso misurando, dallo stesso operatore, nelle stesse condizioni per le grandezze d influenza.

37 Norma UNI 4546 Caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione e/o regolazione Stabilità Attitudine di uno strumento a fornire valori di lettura poco diffrenti tra loro, in letture eseguite sullo stesso misurando, in un intervallo di tempo definito, nelle stesse condizioni per le grandezze d influenza. Isteresi Proprietà di uno strumento di fornire valori di lettura diversi in corrispondenza di un medesimo misurando quando questo viene fatto variare per valori crescenti e per valori decrescenti. Espressione in forma relativa e ridotta Modo di esprimere una caratteristica metrologica, o un altro dato, indicando il suo rapporto ad un valore omogeneo opportunamente definito.

38 Norma UNI 4546 Operazioni relative alla determinazione delle caratteristiche metrologiche Taratura Procedimento che determina come i segnali d uscita degli strumenti sono legati alle misure dei misurandi e i valori nominali dei campioni materiali alle misure delle grandezze da essi riprodotte. Verifica di taratura Particolare taratura effettuata in condizioni di riferimento per le grandezze d influenza, stabilite di volta in volta secondo gli scopi per cui la verifica è condotta. Relazione di taratura Documento che fornisce l insieme delle informazioni relative alle caratteristiche metrologiche di un dispositivo e alle grandezze d influenza che ne modificano il comportamento. Controllo di taratura Operazione mediante la quale di controlla se i valori di lettura forniti da un dispositivo in corrispondenza ad una serie assegnata di misurandi sono contenuti entro un diagramma di taratura preassegnato.

39 Norma UNI 4546 Classe di precisione Classe cui appartengono i dispositivi di una medesima categoria che rispettano determinati limiti di determinate caratteristiche metrologiche nelle condizioni operative prescritte. Indice di classe Classificazione secondo classi di precisione Limite d incertezza Indicazioni, contrassegni e indici