Misure elettroniche II Politecnico di Torino 1

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1 Misure elettroniche II 1

2 Indice degli argomenti Introduzione e collocazione del corso Obiettivi ed organizzazione del modulo Materiale didattico e argomenti trattati Supporti didattici 3 2

3 Riferimenti del docente Prof. Umberto Pisani Dipartimento di Elettronica Politecnico di Torino Tel: Corsi tenuti (2006): Introduzione alla sperimentazione Fondamenti di misure elettroniche Strumentazione e sistemi di misura Sensori, attuatori, e tecniche di misura di componenti elettronici (Master Sistemi Embedded) 5 Collocazione del corso Matematica, fisica, elettrotecnica, elementi di statistica MISURE ELETTRONICHE Sistemi elettronici, fondamenti di controlli, fondamenti di teoria dei segnali Concetti base misure ed incertezze, strumentazione di base analogica e numerica MISURE ELETTRONICHE II Metodi di misura, Strumentazione di misura avanzata, Sistemi di misura gestiti da computer 6 3

4 Denominazione dei corsi in presenza Matematica, fisica, elettrotecnica, elementi di statistica Fondamenti di Misure Elettroniche Sistemi elettronici, fondamenti di controlli, fondamenti di teoria dei segnali Concetti base misure ed incertezze, strumentazione di base analogica e numerica Strumentazione e sistemi di misura Metodi di misura, Strumentazione di misura avanzata, Sistemi di misura gestiti da computer 7 4

5 Obiettivi metodologici e formativi Analisi dei metodi di misura delle principali grandezze elettriche Applicabili alla misura di qualunque grandezza fisica trasformata in grandezza elettrica (sensori e trasduttori) Definizione di una procedura di misura e analisi delle sorgenti di errori e di incertezza Tecniche di correzione degli errori Problemi connessi alle analisi spettrali 9 Obiettivi di conoscenza e informativi Strumentazione di misura avanzata: modalità operative, prestazioni e limiti Sistemi di misura programmabili e problematiche nella definizione di interfacce standard per la gestione del sistema Recenti sviluppi nella architettura e nella progettazione della strumentazione virtuale 10 5

6 Cosa si sarà in grado di fare Scegliere il metodo e la tecnica più opportuna per misurare una grandezza elettrica in funzione delle specifiche, accuratezza e costi Comprendere le specifiche, prestazioni e limiti di strumentazione commerciale Progettare un sistema di misura tradizionale Progettare un processo di misura utilizzando strumentazione virtuale 11 Organizzazione del corso Organizzato in Unità dedicate ciascuna ad uno specifico argomento Ciascuna Unità comprende varie Lezioni dedicate a particolari aspetti e/o metodi che si riferiscono all argomento dell Unità Alcune Lezioni trattano esclusivamente esempi numerici con esercizi svolti 12 6

7 Organizzazione di ciascuna lezione Sono indicati i prerequisiti e gli obiettivi della lezione Normalmente le lezioni contengono elementi di teoria elementi di riflessione e collegamento con altre discipline alcuni documenti esterni da aprire con hotwords presenti nelle slide da stampare prima di seguire la lezione domande di riepilogo e verifica dell apprendimento 13 Esempi, esercizi, test Esempi ed esercizi problemi completamente svolti, partendo dalle specifiche fino al risultato numerico Test di autovalutazione domande al termine di ogni lezione in alcuni casi si suggerisce una impostazione per tutti viene indicato il riferimento alle slide dove l argomento è stato trattato 14 7

8 Esercitazioni di laboratorio Il corso ha caratteristiche spiccatamente sperimentali Le esercitazioni di laboratorio costituiscono parte essenziale Queste saranno proposte dai tutori con diverse tipologie a seconda delle disponibilità di laboratorio 15 Scopo dei laboratori L esecuzione di esercitazioni sperimentali mette lo studente in grado di: impostare la procedura sperimentale scegliere la strumentazione di misura e utilizzarla in modo corretto analizzare i limiti dei modelli usati individuare le sorgenti di errori sistematici definire le procedure per correggere tali errori stimare correttamente le incertezze di misura presentare in modo adeguato i risultati di misura 16 8

9 Materiale didattico CD con videolezioni esercizi, test di autovalutazione Materiale in rete collocazione e contenuti indicati dai tutori materiale nel sito del Ladispe Materiale per il corso in presenza sul portale della didattica del corso di Strumentazione e sistemi di misura esercizi, scritti di esame con e senza soluzione 18 9

10 Materiale didattico per i laboratori Indirizzo Ladispe: 19 Strumentazione e schede di laboratorio Strumentazione: caratteristiche tecniche della strumentazione disponibile caratteristiche metrologiche e accuratezza Materiale didattico: schede relative alle esercitazioni di laboratorio schemi di relazioni riferirsi al materiale didattico sviluppato per l analogo corso in presenza Strumentazione e sistemi di misura 20 10

11 Testidiriferimento G. Zingales: Misure Elettriche-Metodi e strumenti Utet Libreria-Torino, 1992 per le misure di impedenza ponti di misura riferimenti in ciascuna lezione U. Pisani: Misure Elettroniche Ed. Politeko,Torino, 2000 riferimenti in ciascuna lezione 21 Misura di resistenze e di impedenze Tecniche volt-amperometriche in DC Tecniche volt-amperometriche in AC Tecniche di zero: ponte in DC Tecniche di zero: ponte in AC Tecniche di risonanza: il Q-metro 22 11

12 Generatori di segnale Generatore sinusoidale BF Generatori di funzione Generatori sinusoidali a RF Generatori a battimenti Oscillatori a quarzo Generatori di segnale sintetizzati Generatori per sintesi indiretta 23 Analizzatore di spettro Generalità sull analisi spettrale Analizzatori a scansione Analizzatori a doppia conversione 24 12

13 Sistemi automatici di misura Lo standard BUS IEEE488 Strumentazione virtuale 25 Misure di potenza Misure a BF Misure a RF 26 13

14 Supporti didattici 14

15 Supporti per l attività sperimentale Caratteristiche particolari di un corso a distanza di tipo sperimentale Superamento del vincolo spazio-temporale Sperimentazione non in presenza da affiancare a quella effettivamente svolta in laboratorio Ad integrazione delle attività di laboratorio sono stati sviluppati due strumenti didattici: laboratorio realizzato con strumenti completamente virtuali (Swilab) laboratorio con fruibilità remota via Internet (MeLa) 29 Sperimentazione virtuale Swilab 30 15

16 Swilab È possibile scaricare dei file eseguibili ciascuno dei quali realizza un particolare strumento di misura: generatori di segnale, oscilloscopio analogico e numerico, voltmetro fasometro, DUT (Device Under Test) Il DUT consiste in un circuito a un ingresso e due possibili uscite che può essere testato e misurato collegandolo agli strumenti virtuali 31 Swilab Il DUT può comprendere elementi passivi (R,L,C, diodi) e attivi (transistori, amplificatori operazionali) la cui topologia ed i cui valori possono essere cambiati Basato su un simulatore SPICE completamente trasparente all utente Eccitazione sinusoidale o con f.d.o. diverse mediante generatore virtuale applicato ai morsetti di ingresso Facilità di realizzazione di circuiti diversi da quelli previsti in libreria 32 16

17 Generatore di segnali virtuale Pannello del generatore di segnali 33 Oscilloscopio virtuale Pannello dell oscilloscopio 34 17

18 Circuito in prova Circuito di un rivelatore di cresta con evidenziata la finestra dei parametri circuitali 35 Misure sul circuito in prova Oscillogrammi in ingresso (V 1 ) ed in uscita (V 2 ) 36 18

19 Supporti didattici Sperimentazione a distanza Sistema Mela 38 19

20 Modalità di accesso al MeLa Strumentazione reale utilizzabile in remoto Su richiesta, da fare ai tecnici del LADISPE, inviando una verrà assegnata una password per accedere al Sistema MeLa La stessa esercitazione può essere eseguita da più utenti collegati in remoto Sistema di gestione delle code di accesso Si sceglie on-line il tipo di esperimento da eseguire 39 Rack del sistema Mela Strumentazione disponibile su rack 40 20

21 Interfacce di strumenti reali 1/3 Generatore di segnali 41 Interfacce di strumenti reali 2/3 Oscilloscopio numerico 42 21

22 Interfacce di strumenti reali 3/3 Analizzatore di spettro 43 Esperimenti eseguibili in remoto Esperimenti reali eseguibili in remoto: misure su filtro misure su mixer ponte di Wheatstone I dati di misura sono trasferiti via rete all utente che può scrivere una relazione e presentare i risultati 44 22

23 Misura su un filtro Filtro P.B. collegato a: FGEN (gen. segnali) DSO (oscill. Digit.) 45 Misura su un mixer Mixer collegato a: FGEN (generatore segnali) QUARTZ (oscillatore a quarzo) FFT VSA (Analizz. FFT) 46 23

24 Ponte di Wheatstone 47 Utilizzo a fini didattici di Labview Ambiente di programmazione ad oggetti Labview 48 24

25 Labview A seguito di accordi con National Instruments è disponibile gratuitamente su CD il programma Labview L utilizzo previsto è solo per fini didattici Per ottenere il programma: prendere accordi con il tutor contattare i tecnici Ladispe inviando una mail firmare un modulo di impegno per l utilizzo esclusivo del programma a fini didattici 49 25