Obiettivi formativi
Al termine del corso ci si aspetta che lo studente sia in grado di:
- sapere come esprimere correttamente una misura;
- conoscere il Sistema Internazionale delle unità di misura;
- saper stimare l'incertezza di misura;
- conoscere gli obiettivi e le procedure di taratura statica e dinamica di uno strumento di misura;
- conoscere le principali caratteristiche metrologiche che influenzano le prestazioni di uno strumento di misura;
- conoscere il concetto di funzione di trasferimento di uno strumento di misura e saperne valutare le caratteristiche;
- conoscere la catena di acquisizione per la conversione Analogico-Digitale e le problematiche relative;
- conoscere i principi teorici alla base del funzionamento di sensori e sistemi di misura per le seguenti grandezze fisiche: temperatura, spostamento (relativo ed assoluto), accelerazione, deformazione, forza e pressione.
Prerequisiti
Contenuti dell'insegnamento
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.
Programma esteso
Bibliografia
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
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. La durata della prova scritta è di 1,5 ore. La prova viene valutata con scala 0-30. La lode viene assegnata se si è ottenuto il massimo punteggio in tutte le domande. L’iscrizione on line all’appello è OBBLIGATORIO. Per eventuali prove parziali il docente provvederà ad aprire una lista di iscrizione su Elly.
Altre informazioni
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
