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PORTALE DELLA DIDATTICA

Misure

01MOFNX, 01MOFOD

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Fisica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 44
Esercitazioni in aula 9
Esercitazioni in laboratorio 27
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Corbellini Simone   Professore Associato ING-INF/07 39.5 9 30 0 3
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-INF/07 8 B - Caratterizzanti Ingegneria elettronica
2018/19
Il corso si propone di fornire agli allievi le nozioni di base per la corretta progettazione di un sistema di misura, e per la corretta presentazione dei risultati di una misurazione. Attraverso le lezioni in aula gli studenti apprenderanno i requisiti necessari a garantire la riferibilità delle misure, il processo di taratura della strumentazione, i modelli per la stima dell’incertezza. Impareranno a usare metodi e strumenti per la misurazione di grandezze elettriche. Impareranno a progettare e realizzare sistemi di misura automatici e a micro-controllore, utilizzando ambienti e piattaforme commerciali. Durante le esercitazioni in aula impareranno ad applicare i modelli per la stima dell’incertezza di misura attraverso lo svolgimento di esercizi. Le esercitazioni sperimentali di laboratorio permetteranno agli allievi di familiarizzare con alcuni dei metodi e degli strumenti descritti a lezione e di progettare e caratterizzare un sistema di misura automatico a micro-controllore.
This course aims to provide students with the basics for the correct design of a measurement system and for the correct issue of measurement results. Through theoretical lessons students will learn the traceability assurance, the calibration process, the models for the uncertainty estimation. Students will learn to use methods and instruments for the measurement of electrical quantities. They will learn to design and implement micro-controller based and automatic measurement systems, using commercial environments and platforms. During practical lessons they will learn how to use the models for the uncertainty estimation; Laboratory experiments will allow students to familiarise with some of the methods and instruments analysed during the theoretical lessons and to design and characterise an automatic micro-controller based measurement system.
- Conoscere l’organizzazione internazionale della metrologia ed il Sistema Internazionale (SI) delle unità di misura. - Conoscere i fondamenti della misurazione e le regole di propagazione dell’incertezza. - Conoscere il principio di funzionamento, le potenzialità e i limiti dei principali strumenti di misurazione di grandezze elettriche, con particolare riferimento alle loro caratteristiche metrologiche. - Conoscere i principali metodi di misurazione diretti e indiretti di grandezze elettriche. - Essere in grado di stimare l'incertezza di una misurazione e comunicarla in modo corretto. - Essere in grado di scegliere lo strumento ed il metodo di misurazione più adatto ad una specifica applicazione, garantendo la riferibilità delle misure ottenute. - Essere in grado di sviluppare un sistema di misura automatico a micro-controllore.
- know the international organisation of metrology and the international system of units (SI). - know the basics of measurement science and the rules for the uncertainty estimation and propagation. - know the operating principle, capabilities and limits of the main instruments for electrical quantities, with particular focus on their metrological performance. - know the main measurement methods for electrical quantities. - be able to estimate and correctly communicate the measurement uncertainty. - be able to choose the most suitable instrument and measuring method for a specific application, assuring the measurement traceability. - be able to develop an automatic micro-controller based measurement system.
- Concetti fondamentali di analisi matematica, fisica, informatica, teoria della probabilità, statistica e teoria dei segnali. - Concetti fondamentali di analisi spettrale di segnali continui e campionati. - Concetti fondamentali di elettronica digitale, logica combinatoria e sequenziale. - Analisi di reti elettriche in corrente continua e alternata, analisi del transitorio di circuiti elettrici e della funzione di trasferimento in regime sinusoidale.
- Basics of mathematics, physics, informatics, probability, statistics and signal theory. - Basics of spectral analysis of continuous and sampled signals. - Basics of digital electronics, combinational and sequential logic. - Basics of electrical networks in direct and alternate current; basics of the transient analysis of electrical circuits and of the transfer functions in the frequency domain.
- Organizzazione internazionale della metrologia e Sistema Internazionale (SI) delle unità di misura. Cenni alla riferibilità delle misure e alla taratura della strumentazione (3.0 ore). - Il modello probabilistico per la stima dell’incertezza di misura: termini e definizioni, metodi a lettura singola e a letture ripetute, propagazione dell’incertezza nei metodi di misurazione diretti e indiretti, dipendenza statistica (6.0 ore) - Affidabilità: termini e definizioni; classificazione dei guasti; modelli di tasso di guasto; analisi di affidabilità per componenti e sistemi non riparabili e riparabili. Esempi numerici (4.5 ore). - Caratteristiche metrologiche dei convertitori AD (di tipo spot e ad integrazione) maggiormente impiegati negli strumenti di misura (3.0 ore). - Oscilloscopio digitale a campionamento: richiamo dello schema a blocchi e al principio di funzionamento; campionamento e problemi di aliasing; campionamento in tempo reale e tempo equivalente; modalità di acquisizione (4.5 ore). - Multimetri digitali: architettura; caratteristiche del circuito di ingresso; misure in continua; misure in alternata: valore efficace e valor medio, misuratori a campionamento, modalità di conversione AC/DC (convertitori analogici ed elettro-termici), caratteristiche metrologiche; misure di resistenza (a 2 e a 4 morsetti); esempio di specifiche di multimetri digitali commerciali (6.0 ore). - Strumenti per la misurazione di frequenza e intervalli di tempo. Analizzatori di stati logici (4.5 ore). - Ambiente LabVIEW, piattaforma Arduino e sviluppo di sistemi di misura automatici e a micro-controllore (12.5 ore). - Esercitazioni in aula (calcolo incertezze, affidabilità) (9.0 ore)
- International organisation of metrology and international system of units (SI). Traceability assurance and calibration process. Basic of measurement traceability and calibration of measurement devices (3 hours). - Probabilistic approach to the uncertainty estimation: terms and definitions, single and multiple reading methods, uncertainty propagation in direct and indirect measurements, statistical correlation (6 hours). - Reliability: terms and definitions; failure classification; failure rate models; reliability analysis for repairable and non-repairable components and systems; Numerical examples (4.5 hours). - Metrological characteristics of AD converters (spot and integration based converter) usually employed in measurement devices (3 hours) - Digital storage oscilloscope: architecture; working principle; sampling and aliasing; real-time and equivalent-time sampling strategies; acquisition modes (4.5 hours). - Digital multimeters: architecture; characteristics of the input stage; direct current measurement; alternate current measurements: mean and rms values, sampling devices, AC/DC converters (analog and electro-thermal), metrological performance; resistance measurements (two and four wires); example of metrological performance of commercial multimeters (6 hours). - Instruments for frequency and time measurement. Logic analyser (4.5 hours). - LabVIEW and Arduino platforms; development of automatic micro-controller based measurement systems (12.5 hours). Practical lessons (uncertainty and reliability computation) (9 hours)
Lezioni in aula (circa 44 ore). Esercitazioni in aula (circa 9 ore) sulla stima dell’incertezza, sull’analisi delle prestazioni metrologiche e dell’affidabilità di sistemi di misura. Esercitazioni in laboratorio (circa 27 ore): misurazione tramite metodo di confronto; uso dell’oscilloscopio digitale: esempio di configurazioni corrette e non corrette, uso delle modalità di acquisizione con segnali ripetitivi, non ripetitivi e digitali; uso dell’analizzatore di stati logici; sistemi automatici di misura gestiti tramite LabVIEW; sviluppo e caratterizzazione metrologica di sistemi di misura a micro-controllore. Gli studenti che frequenteranno i laboratori potranno redigere una relazione di gruppo sulle attività di laboratorio, che potrà essere valutata ai fini del voto finale.
Theoretical lessons (about 44 hours). Practical lessons (about 9 hours) consisting of examples of uncertainty and reliability estimation, and of analysis of measurement systems. Laboratory experiments (about 27 hours): measurement by comparison; digital storage oscilloscope: example of correct and wrong use, acquisition modes for repetitive and single-shot signals; logic analyser; automatic measurement systems controlled by means of LabVIEW; development and metrological characterisation of micro-controlled based measurement systems. Students who will attend laboratory lessons can write a technical report on their laboratory activities, which can be evaluated with a score that will contribute to the final exam mark.
A. Carullo, U. Pisani, A. Vallan: Fondamenti di misure e strumentazione elettronica, Ed. CLUT Torino, 2006. U. Pisani: Misure Elettroniche – Strumentazione elettronica di misura, Ed. Politeko, Torino, 1999. G. Zingales: Misure Elettriche, UTET, Torino, 1992. S. Rabinovich: Measurement Errors - Theory and Practice, American Institute of Physics, New York, 1995.
A. Carullo, U. Pisani, A. Vallan: Fondamenti di misure e strumentazione elettronica, Ed. CLUT Torino, 2006. U. Pisani: Misure Elettroniche – Strumentazione elettronica di misura, Ed. Politeko, Torino, 1999. G. Zingales: Misure Elettriche, UTET, Torino, 1992. S. Rabinovich: Measurement Errors - Theory and Practice, American Institute of Physics, New York, 1995.
Modalità di esame: prova scritta;
L'esame finale ha l’obiettivo di verificare il raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi: la conoscenza degli argomenti trattati a lezione verrà verificata attraverso domande di teoria, mentre le capacità di analisi e sviluppo attese verranno verificate attraverso la risoluzione di problemi; l’esame finale consiste quindi in una prova scritta della durata di 2 ore, composta da due parti. La prima parte, richiede la risoluzione di due problemi di analisi dell’incertezza e di sviluppo di un sistema di misura (10 punti per problema). La seconda parte consiste in 4 domande o semplici esercizi a risposta aperta (3 punti per domanda) su tutti gli argomenti trattati a lezione. Il punteggio massimo è di 32/30 a cui corrisponde 30 e lode. La valutazione si basa sulla correttezza dei risultati e sulla capacità di scegliere e applicare i metodi e gli strumenti appropriati nei problemi pratici proposti. Lo studente che avrà raggiunto nella prova scritta un punteggio minimo di 18/30 potrà usufruire della valutazione della relazione di laboratorio, che potrà incrementare il voto finale fino ad un massimo di 6/30. La relazione di laboratorio avrà validità di un anno accademico. Durante la prova scritta non è possibile consultare testi o appunti. Il docente si riserva di procedere a una valutazione orale in caso di dubbi relativi alla prova scritta e/o alla relazione di laboratorio.
Exam: written test;
The final examination aims to check the expected learning outcomes: the expected knowledge will be mainly tested through theoretical questions, while numerical problems will aim to test the expected capability to analyse and develop a given measurement system; the final examination is a written test (2 hours) made up of two parts: the former consists of 2 problems on uncertainty analysis and on development of measurement systems (max score 10/30 each); the latter consists in 4 questions with open answers or short exercises (max score 3/30 each). The evaluation is based on the correctness of the results and on the capability of selecting and employing suitable methods and instruments in the given practical problems. The maximum score is 32/30, which corresponds to 30 cum laude. Students who reach at least the score of 18/30 in the written test can obtain an additional score related to the evaluation of the laboratory report up to a maximum score of 6/30. The laboratory report is valid within one academic year. During the examination students are not allowed to read books or notes. The teacher reserves the right to orally question students in the case of doubts on the written exam and/or on the laboratory report.


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