Il corso riguarda la moderna strumentazione per la misurazione di grandezze fisiche e ha lo scopo di fornire agli allievi le nozioni di base per la corretta progettazione di un sistema di misura e di svolgere in autonomia l’analisi quantitativa delle prestazioni. Particolare enfasi sarà data alla misurazione di grandezze utili in ambito biomedicale. Il corso comprende lezioni in aula ed esercitazioni sperimentali di laboratorio dove si utilizzeranno gli strumenti e i sensori descritti a lezione e si realizzeranno e caratterizzeranno semplici, ma completi, sistemi di misura automatici.

I risultati attesi riguardano la conoscenza della struttura e del principio di funzionamento di strumentazione elettronica e di sensori per grandezze fisiche, la capacità di analisi e di progetto di circuiti condizionamento per sensori e sistemi di acquisizione, il calcolo dell’incertezza di misura, l’analisi e la correzione di errori sistematici.
Lo studente dovrà poi essere in grado di analizzare le specifiche di strumenti e di sensori commerciali e di operare scelte progettuali volte ad ottenere le migliori prestazioni dal punto di vista misuristico.
Lo studente imparerà quindi ad impiegare in modo consapevole la strumentazione di laboratorio e ad analizzare in modo critico le prestazioni del sistema realizzato.

Elettrotecnica, fisica II, elettronica.

• Fondamenti di misura
o Motivazioni. Definizione di misura. I metodi di misura. Incertezza e errore. Misurazioni dirette ed indirette. Incertezza di misura con il modello deterministico. Incertezza strumentale (indice di classe e formula bionomia), di lettura, intrinseca. Propagazione di incertezza nelle misure indirette
• Strumentazione e metodi
o Strumentazione elettromeccanica di base, voltmetri e amperometri. Incertezze ed effetti sistematici.
o Richiami sui principi della conversione analogico/digitale e sui convertitori A/D parallelo, ad approssimazioni successive e a integrazione. Errori di risoluzione, offset guadagno e linearità. Absolute accuracy.
o Misurazione di segnali alternati. Convertitori ac-dc a singola e doppia semionda, di picco, a vero valore efficace.
o Multimetri numerici. Funzioni: tensione continua, corrente continua, tensione alternata, resistenza a due e quattro morsetti, frequenza.
o Schede di acquisizione dati. Struttura, acquisizione multi-canale, modalità di acquisizione (riferita, differenziale, single ended)
o Cenni sull’ambiente di sviluppo Labview
• Sensori
o Caratteristiche e principali principi fisici di funzionamento
o Sensori di temperatura: resistivi, termocoppie, , pirometri, elettronici
o Sensori di forza: estensimetri, celle di carico, piezoelettrici
o Sensori di spostamento: trasformatori lineari, potenziometri, ottici
o Sensori di accelerazione e di umidità

• Laboratorio
L’elenco è indicativo e potrà subire variazioni
1. uso di strumentazione di base di laboratorio
2. Uso di voltmetri e amperometri analogici e numerici
3. Uso di Labview
4. Termometro con Pt100 (misure accurate di temperatura e analisi dell’incertezza)
5. Termometro con NTC (misure in condizioni dinamiche)
6. Termometro con termocoppie e sensori elettronici (compensazione giunto di riferimento e uso di amplificatori da strumentazione)
7. Misurazione di forza in condizioni statiche e dinamiche con celle di carico

Lezioni in aula per circa 40 ore e laboratorio sperimentale per circa 20 ore da svolgere in gruppi di 3-4 persone. E’ richiesta la stesura di relazioni di laboratorio.

Dispense, esercizi e temi d’esame a cura del docente. Ai fini dell’apprendimento è importante seguire sia le lezioni in aula sia le esercitazioni di laboratorio.

A. Carullo, U. Pisani, A. Vallan, 'Fondamenti di misure e strumentazione elettronica', Edizioni C.L.U.T. ' Torino, 2006

L’esame è scritto con valutazione delle relazioni di laboratorio. La prova orale è facoltativa.
La prova scritta è composta di 10 quesiti a risposta aperta riguardanti esercizi e/o argomenti di teoria. Il tempo a disposizione per lo svolgimento è di 1h e 30min.
Gli studenti che superano la prova scritta potranno sostenere una prova orale facoltativa. La prova orale verterà su tutto il programma.

Le relazioni "brevi" di laboratorio dovranno essere redatte in gruppo direttamente in laboratorio durante lo svolgimento dell’esercitazione e saranno consegnate per posta elettronica alla fine dell’esercitazione o nella data comunicata dal docente. Sarà valutato sia il contenuto della relazione sia la presenza in laboratorio. Una assenza in laboratorio non comporta penalizzazioni. Il punteggio massimo assegnato alle relazioni è di punti 2.