Anno:periodo 4:2 Lezioni,esercitazioni,laboratori:6+4(ore settimanali) 72+40 (nell'intero periodo) Docente: Ernesto Arri
Il corso intendefornire lenozioni di basesuimetodi,gli strumenti ei sistem idi misura impiegati per studiare le proprietà dei materiali, valutarne i parametri ed eseguirne la verifica automatica lungo l'intera catena produttiva. Presentati i fondamenti della scienza delle misure e le organizzazioniche operano nell'ambito attuale della normativa edellacertificazione dei prodotti per garantirne la qualità, vengono illustrati sia i com-ponentiessenziali dei dispositivi per misurazione,sia i principali strumenti analogici e numeraliimplicatinei processiindicati,nonché le architetture più utilizzate per i sistemi automatici di acquisizionee distribuzionedi dati.
Le esercitazioni in aula consistono in esemplificazioni pratiche e applicazioni di tipo numerico e grafico sugli argomenti trattati in lezione. Le esercitazioni sperimentali in laboratorio, svolte dagli studenti suddivisi in gruppi,hanno lo scopo di fare acquisire famigliarità con gli strumenti e i metodi di misurazione presentati a lezione.
REQUISITI
Elettrotecnica, Elettronica applicata
PROGRAMMA
Organizzazione per la qualità dei prodotti
Garanzia di qualità dei prodotti e dei servizi. Sicurezza, rispetto ambientale, aftìdabilità,manutenibilità e disponibilità di un prodotto. Certificazione dei prodotti. Misurazione come sorgente del' informazione nel controllo dei processi e nell'automazione della produzione.' Fabbrica automatica: automazione totale.
Necessità di misurazioni lungo l'interociclo produttivo:qualità totale.
Misurazione di grandezze fisiche e chimiche qualsiasi mediante trasduzione in grandezze elettromagnetiche. Importanza attuale delle misure elettromagnetiche.
Norme per prodotti e servizi. Certificazione di conformità alle norme. Organismi metro logici, normativi, di accreditamento e di certificazione internazionali, europei, comunitari enazionali.
Misurazione e misura
Livelli del processo conoscitivo sperimentale. Fondamenti di teoria della misurazione. Fenomeni fisici e relativi modelli. Grandezze misurabili. Unità di misura.
- Sistemi di unità di misura. Cenni storici sulla loro evoluzione. Sistema Internazionale di unità (SI).Definizione, realizzazione, riproduzione,mantenimento e disseminazione delle unità SI elettromagnetiche.
- Misura. Fascia di valore. Incertezza. Incertezza intrinseca. Compatibilità di più misure.
- Misurazione. Sistema misurato. Misurando. Segnale e rumore. Carico strumentale.
Grandezze d'influenza:relativi campi.
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Procedimentologicooperazionaleper l'esecuzionedi una misurazione.
Metodi di misurazione : diretti, indiretti, a letture ripetute. Metodi diretti: per indicazione e per confronto. Metodi per confronto: per opposizione e per sostituzione;differenzialie per azzeramento.
Incertezzedi misura
- Normativa attuale sulla valutazione delle incertezze. Componenti d'incertezza: di categoria A, valutabili con metodi statistici, e di categoria B, valutabili con altri metodi.
- Elementi di teoria della probabilità. Fenomeni aleatori. Eventi. Probabilità:diretta, congiunta, subordinata.Eventi indipendenti. Variabili aleatorie (v.a.). Distribuzioni univariate di probabilità. Funzioni di ripartizione e di densità di probabilità. Momenti: valore medio, varianza, scarto tipo. Distribuzioni multivariate di probabilità.Covarianza. V.a.indipendenti.Teorema limite centrale.
Elementi di statistica. Popolazioni di individui. Campioni statistici. Istogrammi.
Momenti empirici. Variabili statistiche. Distribuzioni campionarie. Inferenze statistiche.Ipotesi statistiche.Stime puntuali e intervallari dei parametri teorici di una popolazione.Livelli di fiducia.Gradi di libertà.
Valutazione delle componenti d'incertezza di categoria A e B nelle misurazioni dirette e indirette. Composizione delle incertezze. Incertezza composta. Incertezza globale.
Dispositiviper misurazion e
- Apparecchi. Campioni: naturali e materiali. Strumenti: analogici e numerali. Rivelatori di zero. Catene per misurazione.
Caratteristiche metrologiche dei dispositivi per misurazione. Lettura. Incertezza strumentale. Diagramma ditaratura.Sensibilità. Risoluzione. Ripetibilità. Stabilità.
Isteresi.Classe di precisione. Riferibilità di un dispositivo per misurazione.
- Componenti fondamentali di un dispositivo per misurazione. Trasduttori:sensori e attuatori. Trasduttori elettromeccanici: magnetoelettrici, elettromagnetici, elettrodinamici,elettrostatici,a induzione.Trasduttori elettrotermici. Condizionatori di segnali. Amplificatori di misura.Filtri.Convertitori: c.a.-e.c.,corrente e tensione, A / D e D/A. Campionatori. Microprocessori.Processori di segnali. Visualizzatori analogici e numerali.Tubi a raggi catodici.
- Principali strumenti analogici e numerali: amperometri, voltmetri (per valore:
istantaneo, medio convenzionale, efficace,massimo), ohmetri, multimetri,wattmetri, contattori d'energia,rivelatori,rivelatorisincroni, trasformatori di misura (TA e TV), registratori,oscillografi generatori di funzioni,analizzatori di segnali, frequenzimetri, strumenti "intelligenti", "strumenti virtuali" . Principali dispositivi per confronto:
comparometri, potenziometri,ponti, impedenzimetri.
- Sensori:attivi e passivi. Caratteristiche generali. Principali tipi. Sensori integrati e
"intelligenti".
Sistemi automatici per misurazione
Principali tipi di architetture per acquisizione e distribuzione di dati. Elementi fonda-mentali: elaboratori, controllori, multiplatori, interfacce, connessioni o bus, protocolli.,Norme relative.
Misurazioni sui materiali
Misurazioni dei principali parametri magnetici, dielettrici, meccanici, termici, ottici.
Misurazioni di: temperatura, umidità, pressione; resistività, permettività,
permeabilità, perdite dielettriche e magnetiche, densità, viscosità, dilatazione, deformazione, durezza. Prove non distruttive.
ESERCITAZIONI
I. Esercizi su regoledi scrittura relative al sistema SI.
2.Esercizi su cifre significativee riportoin diagrammi di risultatidi misura.
3.Esercizi su compatibilità di più misure di un parametro nello stesso stato o in stati diversi.
4. Elaborazione di risultatiin misurazionidirette e indirette.
5. Valutazione delleincertezze nelle misurazionieseguite in laboratorio.
6.Visione sezionata e/oesplosa di campioni materiali e strumenti analogici e numerali. 7.Esamecritico di norme su strumenti elettricie elettronici.
8.Interpretazione critica di manuali d'istruzione,cataloghi e certificati di taratura di strumenti.
LABORATORIO
I.Rilievo voltamperometrico della caratteristica diretta e inversa di bipoli passivi anomali (diodi).
2. Misurazioni in regime stazionario di resistenze di valore medio.
3. Misurazioni diresistivit àdi materiali conduttori e isolanti.
4. Misurazioni mediante oscillografi analogici a doppia traccia.
5.Misurazioni dei valori caratteristici di grandezze periodiche.
6. Misurazioni di temperatura mediante termoresistori.
7.Misurazioni di deformazioni, forze, spostamenti mediante estensimetri, celle di carico e LVDT (trasformatori differenziali). .
8.Gestione automatica di strumentazione mediante elaboratore.
9. Misurazioni dimostrative nei laboratori dei Settori Tempo-Frequenza, Metrologia Elettrica,Fotometria e Acustica dell'Istituto Metrologico Primario IEN.
10.Misurazioni dimostrative nei laboratori Settore Materiali dell'Istituto Metrologico Primario IEN.
11.Misurazioni dimostrative nei lavoratori delle,Sezioni Lunghezze, Masse-Volumi, Termometrica e Dinamometricadell'Istituto Primario IMGC.
BIBLIOGRAFIA Testi di riferimento:
E. Arri, S.Sartori,Le misure di grandezze fisiche,Paravia, Torino, 1984.
Norma UNI 4546,Misure e misurazioni.Terminie definizioni fondamentali.1984.
Testi ausiliari:
P. Galeotti,Elementi di probabilitàe statistica,Levrotto e Bella,Torino,1983.
Norma UNI-CEI,Guida all'espressionedell'incertezza nelle misurazioni,1996.
A Calcatelli, C. Gentile, M. Ravagnan,Il Sistema Internazionale di unità di misura.
Attuale organizzazione internazionale e nazionale italiana della metrologia , M.S.M.,
Torino, 1984. '
Norma UNI 10003,Sistema Internazionale di Unità (SI), 1984.
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Documenti di aggiornamento sui vari argomenti sono fomiti durante le lezioni e le esercitazioni.
ESAME
L'esame è costituito da: ,
- unaprova scritta individuale, in forma di questionario comprendente una serie di domande relative all'intero programma, senza possibilità di consultare libri, documenti o appunti;
- unaprova di laboratorio di gruppo,consistente nella esecuzione di una misurazione attinente al programma di esercitazioni di laboratorio, integrata da una discussione orale individuale sulla misurazione stessa e dall'esame delle relazioni individuali sulle esercitazioni di laboratorio.
La valutazione è una media ponderata dei risultati della prova scritta, della prova di laboratorio, della discussione orale e delle relazioni di laboratorio.