Prof. Mario Savino
Il corso si propone di illustrare i fondamenti della scienza delle misure elettriche ed elettroniche, con particolare riferimento alla teoria degli errori, alla strumentazione e ai principali metodi di misura. L'insegnamento, pur essendo di base, richiede conoscenze nei campi sia dell'elettrotecnica, sia dell'elettronica e dei relativi dispositivi, sia della teoria dei segnali.
La verifica dell’apprendimento avviene attraverso un colloquio sugli argomenti del corso, a cui sono ammessi gli allievi frequentanti il laboratorio, che abbiano sostenuto una prova scritta esonerativa della verifica dell’attività di laboratorio. Il voto finale tiene conto, oltre che dell’esito della prova orale, anche della valutazione delle relazioni sulle prove di laboratorio e della prova scritta di verifica.
1. CONCETTO DI MISURA E TEORIA DEGLI ERRORI. Incertezza ed errore. Accuratezza e precisione. Valutazione dell’incertezza tipo A e tipo B. Classificazione degli errori. Deviazione standard. Leggi di distribuzione di probabilità. Incertezza combinata. Incertezza di una media pesata. Grado e intervallo di confidenza. Eliminazione di dati. Prova del chi-quadro. Incertezza di grandezze misurate indirettamente. Metodo dei minimi quadrati. Rette di regressione.
2. IL RUMORE. Densità spettrale e banda equivalente di rumore. Rumore di tensione di corrente. SNR. Cifra di rumore. Rumore termico, a bassa frequenza, di carica, quantico, di crepitio, di fase.
3. CARATTERIZZAZIONE DI UNO STRUMENTO. Funzionamento in regime dinamico. Funzione di trasferimento errore dinamico. Sistemi di ordine zero, di primo e secondo ordine, a tempo morto. Affidabilità dei sistemi di misura. MTTF, MTBF, Disponibilità. Tassi di guasto e di riparazione. Caratteristiche metrologiche: in regime stazionario, in regime dinamico, ambientali, di affidabilità.
4. GRANDEZZE UNITÁ E CAMPIONI. Grandezze fondamentali e derivate. Unità di misura. Campioni metrici. Enti di normazione. Il Sistema Internazionale. Campioni elettrici.
5. STRUMENTI ANALOGICI PASSIVI. Principi di funzionamento. Galvanometri: coppia, sensibilità, requisiti dinamici. Amperometri e derivatori. Voltmetri e resistori addizionali. Ohmmetri. Multimetri. Strumenti magnetoelettrici. Strumenti magnetolelettrici con raddrizzatori. Elettrodinamometri. Strumenti a ferro mobile. Strumenti termici. Strumenti elettrostatici. Wattmetri. Cosfimetri. Frequenzimetri analogici passivi. Strumenti a induzione, contatori di energia elettrica.
6. STRUMENTI ANALOGICI ATTIVI. Introduzione. Componenti e amplificatori. Retroazione, collegamento a massa, schermature. Voltmetri con amplificatore differenziale, con amplificatori operazionali, con amplificatore direttamente accoppiato, con modulatori, a valor medio, a vero valore efficace. Multimetri. Q-metri. Misuratori di impedenza. Rivelatori di zero. Sistemi di registrazione.
7. OSCILLOSCOPIO A RAGGI CATODICI. Schema generale. CRT. Deflessione del fascio di elettroni. Sistemi di deflessione verticale e orizzontale. Sistema di sincronizzazione. Sonde. Oscilloscopi a doppia traccia. Oscilloscopi a memoria. Oscilloscopi a campionamento.
8. STRUMENTI DIGITALI. Generalità. DAC. Circuiti di campionamento e tenuta. Circuiti comparatori. Circuiti multiplatori. Teorema del campionamento. Conversione analogico-digitale. ADC: a semplice e doppia rampa, integratore, a inseguimento, ad approssimazioni successive, a flash. Voltmetri digitali. Multimetri digitali. Linea IEEE 488. Strumenti a microprocessore.
9. MISURE SUI CIRCUITI A REGIME. Misura di resistenza. Caratterizzazione di bipoli in corrente continua e alternata. Metodi a deviazione e metodi di zero. Metodi di confronto, di opposizione e di sostituzione. Il potenziometro. Ponte di Wheatstone. Ponti in c.a.: generalità, classificazione, schermatura, incertezza di misura, sensibilità. Ponte di Maxwell. Ponte di Schering.
10. ESERCITAZIONI PRATICHE DI LABORATORIO. Misure con l'oscilloscopio analogico a doppia traccia. Misura di resistenza con il ponte di Wheatstone. Taratura di uno strumento con raddrizzatori. Rilievo della risposta in frequenza di un filtro analogico passabasso multistadio.
G. ZINGALES, "Misure Elettriche - Metodi e strumenti",
UTET Libreria, Torino, 1992
M. SAVINO, "Fondamenti di scienza delle misure", NIS,
Roma, 1992
A. DELL'AQUILA, V. GALLESI, M. SAVINO, "Guida al
laboratorio di misure elettriche", Ed.Tamburini, Milano,
1975
Appunti di lezione