Presentazione - Misure per la Bioingegneria e l Habitat (II559); - Strumentazione Elettronica (II555); - 6 C.F.U. (di cui 2 di Laboratorio); - Pagina WEB, Materiale Didattico http://docenti.ing.unipi.it/ d8052/misbio.html - Lezioni ed Esercitazioni (Ing. Piotto); - Modalità di esame: prova pratica + prova orale - orario: L ME 14.30 16:30 A.2.2 E VE 13.30 15:30 B.2.6 L VE 15.30 16:30 B.2.2 Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.1/38
Introduzione - richiami Misura: confronto di quantità incognita con grandezza omogenea di riferimento Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.2/38
Introduzione - richiami Misura: confronto di quantità incognita con una (assunta) nota. Campione, Standard: riferimento noto con precisione Il confronto è reso possibile dall unità di misura Unità di Misura: permette di esprimere numericamente il risultato della misura. multipli e sottomultipli Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.3/38
Campioni - campioni materiali (es. Kg - campioni basati su esperimenti ) - primari: incertezza tipica bassa (es. tempo: - secondari ( ) ) Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.4/38
Organismi di standardizzazione: - Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) - Comité International des Poids et des Mesures (CIPM) - Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, liv. operativo) - National Institute of Standards and Technology (NIST, U.S.A.) - Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM, dal 2006) Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.5/38
Unità di misura QUANTITÀ UNITÀ SIMBOLO P Lunghezza metro m P Massa chilogrammo kg P Tempo secondo s P Corrente elettrica ampère A P Temperatura kelvin K P Quantità di sostanza mole mole P Intensità luminosa candela cd S Angolo piano radiante r S Angolo solido steradiante sr (G. Basso, B. Neri, Strumentazione Elettronica, S.E.U., Pisa, 2006) Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.6/38
Unità di misura - m: la lunghezza del percorso effettuato dalla luce nel vuoto durante un intervallo di tempo pari a 1/299 792 458 s. - Kg: la massa del prototipo internazionale. - s: la durata di 9 192 631 770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra i due livelli iperfini dello stato fondamentale dell atomo di Cs. - A: l intensità di corrente costante che - percorrendo due conduttori rettilinei paralleli di lunghezza infinita, di sezione circolare trascurabile e posti alla distanza di un metro - originerebbe, fra tali conduttori, una forza pari a N per metro di lunghezza. - K, mole, cd:... Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.7/38
Schema generale di un sistema di misura gr. fisica acquisizione elab. presentazione acquisizione: gr. fisica sensore condizionamento conversione elaborazione:... presentazione: conversione condizionamento visualizzazione attuazione Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.8/38
Schema generale di un sistema di misura (2) mux elab. demux controllo mux/demux digitali mux/demux perdita di informazione? Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.9/38
Schema generale di un sistema di misura (2 ) mux elab. demux controllo mux/demux analogici mux/demux perdita di informazione? Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.10/38
Schema generale di un sistema di misura (3) Misure a distanza mux (modul.) TX RX demux (demodul.) mezzo di trasmissione Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.11/38
Specifiche Caratteristiche del sistema (di misura); il sistema funziona correttamente se lo fa in accordo con le specifiche. Specifiche di un sistema di misura: - range; - accuratezza; - precisione; - risoluzione; - sensibilità (anche ad altre grandezze); - condizioni di funzionamento; -... Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.12/38
Caratteristiche Sensibilità (trasduttori): trasd. rapporto tra la variazione dell uscita e la corrispondente variazione dell ingresso: Es.: convertitore - : convertitore - : oscilloscopio: Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.13/38
Caratteristiche Ripetibilità: misura l accordo tra risultati di misure successive della stessa quantità, effettuate: - con lo stesso metodo; - dallo stesso operatore; - con lo stesso strumento; - nelle stesse condizioni di impiego; - a breve distanza di tempo; - nello stesso luogo. Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.14/38
Caratteristiche (2) Riproducibilità: misura l accordo tra risultati di misure successive della stessa quantità, effettuate cambiando alcune condizioni, quali: - il metodo; - l operatore; - lo strumento di misura; - il luogo; - le condizioni; - il tempo. Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.15/38
Affidabilità Probabilità che un determinato sistema funzioni correttamente per un tempo, purché utilizzato secondo le specifiche. Definita mediante: - tempo medio per il guasto (MTTF); - tasso di guasto (failure rate, ). vita utile Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.16/38
Affidabilità Es.: 500 pezzi, 5 guasti in 1000 ore: Correzione fiduciaria maggiorazione. L affidabilità richiesta a un sistema dipende (anche) dall impiego (es.: apparecchiature elettromedicali, sistemi a bordo satellite, ecc.) Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.17/38
Affidabilità L affidabilità è influenzata da tutte le fasi del processo produttivo: - progetto (capacità del progettista, qualità dei componenti utilizzati,...) - produzione (abilità degli operatori, qualità delle apparecchiature impiegate,...) - trasporto, imballaggio, immagazzinamento... - corretto impiego. Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.18/38
Affidabilità e costi L affidabilità incide sul costo finale del prodotto. costi TOTALI produzione rip. in garanzia Ridondanza e affidabilità app. app. app. affidabilità Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.19/38
Errori e propagazione Errore: generalmente ignoto Incertezza ( ): misura la dispersione dei valori attribuibili al misurando Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.20/38
Incertezza (propagazione) Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.21/38 Esempio:
Incertezza (propagazione) Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.22/38 mult.
Rappresentazione - ordinare i dati (ascisse); Rappresentazione dei dati (diagrammi) - valutare il range (ascisse, ordinate); - etichette su assi con opportune unità di misura (ascisse, ordinate); - indicazioni sugli assi consistenti con le etichette; - simboli diversi per diverse serie di dati; - didascalie per distinguere le diverse serie. Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.23/38
Esempio 10 26 10 27 10 28 (A /Hz) 2 I S 10 29 30 30 40 50 60 70 80 90 100 10 Frequency (Hz) # "! (da Proc. of the 16th International Conference on Noise in Physical Sistems and 1/f Fluctuations, World Scientific, 2001) Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.24/38
Scale logaritmiche bel ( ) decibel ( da Alexander Graham Bell (telefono) per esprimere l attenuazione della potenza associata al segnale telefonico sulla linea. ). - dbw (rispetto a 1 W) - dbmw (rispetto a 1 mw) - dbv (rispetto a 1 V) Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.25/38
Diagrammi - esempio! "#$ %'& ( ) +* -,. ) +* -, +* -, / 0 /*, Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.26/38
Carte speciali (semilogaritmiche o doppiamente logaritmiche) Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.27/38
Calibrazione - Procedura con cui periodicamente un sistema di misura viene confrontato con uno standard di accuratezza nota. - Si effettua anche in sistemi diversi da s.m.; es.: revisioni. - È una verifica di rispondenza a specifiche con azioni correttive - Garantisce il funzionamento corretto per un certo periodo dopo la calibrazione purché il sistema sia utilizzato correttamente. - Periodicità legata al tipo di apparato o di impiego, talvolta prevista per legge. - Comporta costi diretti e indiretti. Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.28/38
Calibrazione azioni correttive NO misura par. SI NO finito rispondenza? altri parametri? SI Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.29/38
Calibrazione Metodi di calibrazione: - confronto diretto misuratore standard standard misuratore sorgente misuratore - confronto indiretto misuratore misuratore misuratore campione standard sorgente misuratore Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.30/38
Calibrazione Il rapporto dai calibrazione attesta l avvenuta calibrazione, riportando: - data e luogo - operatore/i - strumenti utilizzati - risultati ottenuti - tracciabilità Misure per la Bioingegneria e l HabitatStrumentazione Elettronica p.31/38