Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprendere: mediante le lezioni frontali tenute durante il corso, lo studente acquisirà i metodi e le conoscenze necessari a capire e comprendere i principi di funzionamento, le prestazioni degli strumenti di misura ed i loro campi applicativi.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Mediante le esercitazioni pratiche svolte in classe ed in laboratorio informatico, gli studenti apprendono come applicare le conoscenze acquisite in un contesto reale di progettazione, nonché in ambiti multidisciplinari o non familiari.
Autonomia di giudizio:
Lo studente dovrà essere in grado di comprendere e valutare in maniera critica il funzionamento e le prestazioni dei diversi strumenti/sistemi/catene di misura al fine di poter individuare le soluzioni applicative più adatte.
Capacità comunicative:
Tramite le lezioni frontali ed il confronto con il docente, lo studente acquisisce il lessico specifico inerente al mondo delle misure. Ci si attende che, al termine del corso, lo studente sia in grado di trasmettere, in forma orale ed in forma scritta, i principali contenuti del corso, quali idee, problematiche ingegneristiche e relative soluzioni. Lo studente deve comunicare le proprie conoscenze con mezzi adeguati, pertanto per la risoluzione di problemi numerici ci si attende l’utilizzo di strumenti di uso comune nel settore, quali tabelle, schemi impiantistici, diagrammi di flusso, fogli di calcolo numerici.
Capacità di apprendimento:
Lo studente che abbia frequentato il corso sarà in grado di approfondire le proprie conoscenze in materia di metrologia e monitoraggio attraverso la consultazione autonoma di testi specialistici, riviste scientifiche o divulgative, anche al di fuori degli argomenti trattati strettamente a lezione, al fine di affrontare efficacemente l’inserimento nel mondo del lavoro o intraprendere percorsi di formazione successivi.
Prerequisiti
Contenuti dell'insegnamento
Il corso si propone di fornire allo studente i criteri generali di scelta e realizzazione di sistemi di misura da semplici a complessi. Si parte dalla metrologia di base e dalle prestazioni statiche degli strumenti di misura per affrontare poi le tipologie principali di sensori utilizzati nell'ambito degli impianti industriali e dell’automazione.
Programma esteso
Introduzione alla metrologia. Processo di misura. Grandezze intensive/estensive. Metodi di misura: deviazione/azzeramento, diretto/indiretto. Modello di misura. Espressione della misura. Cifre significative. Errore ed incertezza. Condizione di compatibilità delle misure. Sistema Internazionale delle unità di misura.
Valutazione dell’incertezza secondo la GUM (Guide to the expression of Uncertainty in Measurement). Incertezza tipo (A o B), incerteza combinata, incertezza estesa. Metodo Monte Carlo per la stima dell’incertezza. Cenni di statistica.
Taratura statica e proprietà statiche degli strumenti. Caratteristiche dinamiche degli strumenti di misura. Segnali elementari e sinusoidali. Funzione di trasferimento. Analisi di Fourier e dominio della frequenza. Taratura dinamica. Sistemi di ordine zero, sistemi a tempo morto, sistemi del 1° ordine e sistemi del 2° ordine.
Catena di acquisizione dei segnali. Conversione analogico/digitale. Campionamento di un segnale e aliasing. Quantizzazione di un segnale. Filtri (ideali e reali) e loro funzioni di trasferimento. Configurazioni sistemi di acquisizione a singolo canale e a canali multipli. Trigger: parametri caratteristici e suoi utilizzi nelle acquisizioni.
Cenni sulla costruzione delle scale di temperatura (relative ed assolute). Misure di temperatura. Termometri ad espansione (bimetallici, di vetro a liquido, a pressione), termocoppie, termoresistenze, termistori. Teoria dello scambio termico per irraggiamento, pirometri a radiazione totale.
Sensori di spostamento relativo. Potenziometri resistivi, LVDT, encoder ottici (incrementali ed assoluti), trasduttori capacitivi, trasduttori a correnti parassite, laser a triangolazione.
Sensori sismici: sismografi ed accelerometri. Accelerometri piezoelettrici. Fissaggio accelerometri.
Misure di deformazione. Definizione di tensione e deformazione nel caso mono-assiale. Estensimetri a resistenza elettrica. Rosette estensimetriche. Incollaggio estensimetri. Ponte di Wheatstone. Applicazione degli estensimetri: sforzo di trazione e sforzo di flessione. Effetti della temperatura sugli estensimetri.
Misure di forza. Cenni sui differenti metodi di misura della forza. Trasduttori di forza elastici. Celle di carico estensimetriche (a compressione, a flessione e torsiometri). Celle di carico piezoelettriche e martello dinamometrico.
Misure di pressione. Definizione della pressione relativa ed assoluta. Manometri a colonna di liquido. Trasduttori di pressione a deformazione elastica: tubo di Bourdon, manometri a membrana o a soffietto. Trasduttori di pressione a membrana estensimetrici. Trasduttori di pressione al quarzo. Misura di pressione dinamica.
Bibliografia
Slides del corso in formato PDF proiettate a lezione.
E.O. Doebelin : Strumenti e Metodi di misura, Mc Graw Hill.
Gianluca Rossi: Misure meccaniche e termiche. Basi teoriche e principali sensori e strumenti, Carocci.
Piero Maria Azzoni, Strumenti e misure per l’ingegneria meccanica, Hoepli.
https://www.ceinorme.it/it/normazione-it/vim.html
https://www.bipm.org/en/publications/guides
Metodi didattici
Le attività didattiche prevedono principalmente lezioni frontali riguardanti le basi teoriche di metrologia e dei principi di funzionamento degli strumenti di misura. Le lezioni teoriche saranno supportate da esercitazioni guidate riguardanti elaborazione, analisi e visualizzazione di dati con software di calcolo scientifico (MATLAB).
Le slide utilizzate a supporto delle lezioni verranno caricate con cadenza settimanale sulla piattaforma Elly. Per scaricare le slide è necessaria l’iscrizione al corso on line.
Le slide vengono considerate parte integrante del materiale didattico. Si ricorda agli studenti non frequentanti di controllare il materiale didattico disponibile e le indicazioni fornite dal docente tramite la piattaforma Elly.
Il docente è disponibile su appuntamento (e-mail) per chiarimenti sulle lezioni.
Modalità verifica apprendimento
Prova scritta che comprende sia domande a risposta chiusa, sia domande a risposta aperta. Le domande vertono sui contenuti teorici o esercitazioni affrontate nel corso.
La durata della prova scritta è di 1,5 ore. La prova viene valutata con scala 0-30. La prova viene considerata superata con un punteggio complessivo di almeno 18 punti. La lode viene assegnata se si è ottenuto il massimo punteggio in tutte le domande.
Le risposte aperte vengo valutate in base alla pertinenza ed alla completezza della risposta ed in base alla padronanza del lessico disciplinare.
L’iscrizione on line all’appello è OBBLIGATORIA. Per eventuali prove parziali il docente provvederà ad aprire una lista di iscrizione su Elly.
Altre informazioni
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
