Incertezza delle misure e metodi di controllo

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Felice Vecchio
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1 Corso di Formazione APC MONITORAGGIO DI SPOSTAMENTI NEL SOTTOSUOLO E PRESSIONI INTERSTIZIALI SOTTO FALDA Incertezza delle misure e metodi di controllo Lucia Simeoni Università degli Studi dell Aquila Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile - Architettura, Ambientale DELL AQUILA [email protected] 1/24

controllo Lucia Simeoni Università degli Studi dell Aquila Dipartimento di

2 Incertezza delle misure DOMANDA: il valore misurato è vero? Per rispondere dobbiamo conoscere il significato della misura e i fattori che la influenzano E comunque opportuno verificare l affidabilità delle misure rendendo il sistema ridondante (possibilmente) e/o valutando la coerenza delle misure DELL AQUILA [email protected] 2/24

influenzano E comunque opportuno verificare l affidabilità delle misure rendendo il

3 Ridondanza e coerenza per la verifica dell affidabilità delle misure Ridondanza del sistema: capacità del sistema di monitoraggio di fornire misure della stessa grandezza con strumenti diversi. Coerenza delle misure: capacità di misure di grandezze diverse a descrivere coerentemente lo stesso fenomeno. DELL AQUILA [email protected] 3/24

4 UNI 4546 DELL AQUILA 4/24

5 Fonti di incertezza in un sistema di monitoraggio Composizione di un sistema di monitoraggio Influenza sulla misura Terreno Interfaccia terreno-strumento strumento Interazione terreno-strumento: Conformità dello strumento (modalità d installazione) trasduttore condizionatore ADC Caratteristiche metrologiche: Risoluzione Precisione Accuratezza della misura Effetti ambientali (temperatura, ) (taratura) Alimentazione Comunicazione Elaborazione Effetti ambientali (sovratensioni, temperatura, umidità, rumori, ) DELL AQUILA [email protected] 5/24

condizionatore ADC Caratteristiche metrologiche: Risoluzione Precisione Accuratezza della misura Effetti ambientali (temperatura, )

6 Incertezza delle misure Dobbiamo conoscere il significato di: Conformità Accuratezza Precisione Risoluzione Sensibilità Linearità Isteresi Rumore Errore Conversione Analogico/Digitale DELL AQUILA 6/24

Risoluzione Sensibilità Linearità Isteresi Rumore

7 Definizioni DELL AQUILA 7/24

8 Conformità (Conformance) Spostamento orizz. reale Spostamento orizz. misurato Idealmente, lo strumento di misura non dovrebbe alterare il valore della grandezza che sta misurando. Se ciò avviene, si dice che lo strumento ha una scarsa conformità. DELL AQUILA 8/24

valore della grandezza che sta misurando.

9 Accuratezza (Accuracy) + valore vero + è più accurato di Indica quanto la misura si avvicina al valore vero della grandezza misurata. Sinonimo: grado di correttezza. Si valuta durante la calibrazione mediante il confronto con un valore vero definito da uno strumento di accuratezza nota, verificata e accettata come standard. L accuratezza si esprime con 1 mm % (valore vero) % FS (full scale) DELL AQUILA [email protected] 9/24

Si valuta durante la calibrazione mediante il confronto con un valore vero definito da uno strumento di

10 Precisione (Precision) + valore vero + è più preciso di Indica quanto ciascuna misura di un campione di misure si avvicina al valore medio. Sinonimo: riproducibilità o ripetibilità. Si valuta eseguendo più misure. La precisione si esprime con 1 mm è peggiore di 1.0 mm è peggiore di 1.00 mm DELL AQUILA [email protected] 10/24

Sinonimo: riproducibilità o ripetibilità. Si valuta eseguendo più misure.

11 Preciso e/o accurato? Preciso, ma non accurato (errore sistematico) Non preciso, ma accurato in media (errore accidentale) Preciso e accurato DELL AQUILA [email protected] 11/24

12 Risoluzione (Resolution) Strumento analogico: è la più piccola suddivisione della scala di lettura. Strumento digitale: è 1 unità dell ultima cifra. 0.1 C 1 C DELL AQUILA [email protected] 12/24

13 Sensibilità (Sensitivity) Si riferisce all entità di variazione dell output per effetto di una variazione dell input. Esempio 1: trasduttore di spostamento potenziometrico Gefran PZ12-S. FS=35 mm Output: 0 10 [ma] Curva di taratura: [mm]=a+b [ma] Sensibilità=10/35 ma/mm=0.29 ma/mm DELL AQUILA [email protected] 13/24

Esempio 1: trasduttore di spostamento potenziometrico Gefran PZ12-S.

14 Sensibilità (Sensitivity) Esempio 2: sensore inclinometrico servo-accelerometrico SisGeo S412SV15. FS= 15 Output: 1500 [mv] Curva di taratura : [mv]=a+k [sen a] Sensibilità=3000/(2 sen15) mv/sen =5796 mv/sen Esempio 3: sensore inclinometrico servo-accelerometrico SisGeo S412SV30. FS= 30 Output: 5000 [mv] Curva di taratura : [mv]=a+k [sen a] Sensibilità=10000/(2 sen30) mv/sen =10000 mv/sen -> S412SV30 è più sensibile di S412SV15 Ma ciò non significa che sia più preciso o più accurato! DELL AQUILA [email protected] 14/24

inclinometrico servo-accelerometrico SisGeo S412SV30.

15 Output Linearità (Linearity) Curva di taratura Retta Misura della linearità Valore vero Uno strumento si dice lineare quando la misura (output dello strumento) è direttamente proporzionale alla quantità che si sta misurando (valore vero). La linearità è la massima distanza tra la reale curva di taratura e la retta che descrive il comportamento lineare dello strumento. La linearità si esprime come %FS DELL AQUILA [email protected] 15/24

16 Output Isteresi (Hysteresis) Curva di taratura in carico Curva di taratura in scarico Misura dell isteresi Valore vero Il comportamento di uno strumento potrebbe essere diverso se studiato in fase di incremento o decremento della grandezza che si sta misurando. L isteresi è la massima differenza tra la curva di taratura in carico e quella in scarico ed è importante quando lo strumento è utilizzato per misurare grandezze con variazioni cicliche. L isteresi si esprime come %FS DELL AQUILA [email protected] 16/24

17 Rumore (Noise) e Errore (Error) Rumore (Noise): Comprende tutte le variazioni di natura accidentale del valore della misura. Errore (Error): Si riferisce alla deviazione della misura dal valore vero e si distingue in: Errore grossolano Errore sistematico ( accuratezza) Errore accidentale ( precisione) DELL AQUILA [email protected] 17/24

Errore (Error): Si riferisce alla deviazione della misura dal valore vero e si

18 Cause e rimedi degli errori DELL AQUILA [email protected] 18/24

19 Esempio di Datasheet: IPI SisGeo DELL AQUILA 19/24

Sistema di Aquisizione Automatica (DAQ System) Transduction Signal Conditioning Data Acquisition Trasduttore = trasforma il fenomeno fisico (grandezza ingegneristica) in un segnale elettrico

20 Sistema di Aquisizione Automatica (DAQ System) Transduction Signal Conditioning Data Acquisition Trasduttore = trasforma il fenomeno fisico (grandezza ingegneristica) in un segnale elettrico (grandezza elettrica). + Condizionatore di segnale = trasforma il segnale elettrico in una forma appropriata all acquisizione (tensione->tensione (guadagno), corrente->tensione, resistenza->tensione, capacità->tensione, ) oppure amplifica il segnale per migliorare la sensibilità (guadagno). + Acquisizione dati (ADC) = trasforma il segnale Analogico in segnale Digitale. DELL AQUILA [email protected] 20/24

+ Condizionatore di segnale = trasforma il segnale elettrico in una forma appropriata all acquisizione (tensione->tensione (guadagno),

21 La Conversione Analogico/Digitale (ADC) Il Range=10 è diviso in 2 3 =8 intervalli DELL AQUILA [email protected] 21/24

22 La Conversione Analogico/Digitale (ADC) Risoluzione: è il numero di bit che l ADC utilizza per rappresentare il segnale analogico. Maggiore è la risoluzione, maggiore è il numero di intervalli in cui il segnale in tensione è suddiviso (n intervalli=2 bit ). Range: è l intervallo tra valore minimo e valore massimo di tensione che l ADC può analizzare. LSB (Least Significant Bit): rappresenta la più piccola variazione misurabile del segnale (in tensione). Spesso è definito anche code width. Es. 16-bit DAQ Range: 0 10V Gain: 100 LSB 10V μV DELL AQUILA [email protected] 22/24

23 La Conversione Analogico/Digitale (ADC) Velocità di campionamento (sampling rate): indica la frequenza con cui il DAQ esegue la conversione. La velocità di campionamento è espressa in Hz. Se la velocità di campionamento è inferiore alla velocità di cambiamento del segnale si introducono errori dovuti alla distorsione del segnale (aliasing). DELL AQUILA 23/24

24 Bibliografia DUNNICLIFF J. (1988, 1993) Geotechnical Instrumentation for Monitoring Field Performance, John Wiley & Sons, Inc., New York, pp UNI 4546:1984. Misure e misurazioni. Termini e definizioni fondamentali. DELL AQUILA [email protected] 24/24

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