Il corso si propone di fornire agli allievi le nozioni di base di metrologia, necessarie per la corretta progettazione ed analisi di sistemi di misura. Attraverso le lezioni in aula gli studenti apprenderanno ad usare i metodi e gli strumenti principali per la misurazione di grandezze elettriche; impareranno a progettare e realizzare sistemi di misura automatici, utilizzando l'ambiente LabView e i micro-controllori delle piattaforme Arduino; apprenderanno il processo di taratura della strumentazione e i requisiti necessari a garantire la riferibilità delle misure secondo l'organizzazione internazionale della metrologia. Durante le esercitazioni in aula impareranno ad applicare correttamente il modelli per l'analisi e la stima dell’incertezza di misura attraverso lo svolgimento di esercizi. Durante le esercitazioni sperimentali di laboratorio potranno familiarizzare con i metodi e gli strumenti descritti a lezione; potranno progettare e realizzare nuovi strumenti di misura automatici a micro-controllore combinando l'uso dell'ambiente LabView con la scheda Arduino e altri componenti a basso costo. All'inizio del corso verrà fornito un simulatore di laboratorio virtuale appositamente realizzato e verrà suggerito l'uso di un semplice kit di componenti costituito da una scheda Arduino, sensori e componenti discreti vari; attraverso questi strumenti gli studenti potranno svolgere e approfondire parte delle esperienze di laboratorio anche a distanza, in autonomia o in gruppo.

- 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 ed analizzare 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 in aula). - 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 in aula + 6.0 ore in laboratorio). - Strumenti per la misurazione di frequenza e intervalli di tempo. Analizzatori di stati logici (4.5 ore in aula). - Caratteristiche metrologiche dei convertitori A/D (di tipo spot e ad integrazione) maggiormente impiegati negli strumenti di misura (3.0 ore in aula). - Oscilloscopio digitale a campionamento: schema a blocchi e principio di funzionamento; campionamento e problemi di aliasing; campionamento in tempo reale e tempo equivalente; modalità di acquisizione (4.5 ore in aula). - Il modello probabilistico per la stima dell’incertezza di misura: termini e definizioni, metodi di valutazione di categoria A e di categoria B, metodi a lettura singola e a letture ripetute, propagazione dell’incertezza nei metodi di misurazione diretti e indiretti, dipendenza statistica (6.0 ore in aula) - 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 in aula). - Ambiente LabVIEW, piattaforma Arduino e sviluppo di sistemi di misura automatici e a micro-controllore (12.5 ore in aula + 21 ore in laboratorio). - Esercitazioni in aula (calcolo incertezze, affidabilità) (9.0 ore in aula)

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, realizzazione e caratterizzazione metrologica di strumenti di misura a micro-controllore basati su Arduino, come ad esempio: frequenzimetri, voltmetri, ohmmetri, termometri, capacimetri e oscilloscopi digitali. 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.