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.

- 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.

- 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.

- 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)

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.

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 (in aula);

Exam: Written test;

... 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.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.