Obiettivi Formativi

Il corso 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 lanalisi quantitativa delle prestazioni. Le attività comprendono lezioni ed esercitazioni in aula riguardanti il funzionamento e limpiego di sensori nei sistemi di misura in differenti ambiti applicativi, con particolare enfasi per il monitoraggio ambientale, lambito industriale e le applicazioni biomedicali.

Learning Goals

The course aims to provide students with the basics for the correct design of a measurement system and autonomously perform quantitative performance analysis. The activities include lessons and exercises in the classroom concerning the operation and use of sensors in measurement systems in different application areas, with particular emphasis on monitoring environmental, industrial and biomedical applications

Metodi didattici

Congruentemente con gli obiettivi formativi, il corso prevede lezioni frontali con materiale didattico in formato elettronico preparato dal docente riguardanti gli aspetti fondamentali di misurazione e sensori, consultazione di data sheet di componenti e strumenti, esercitazioni numeriche su valutazioni di incertezza nelle procedure di misurazione.

Teaching Methods

Consistently with the educational objectives, the course includes lectures with material teaching in electronic format prepared by the teacher concerning the fundamental aspects of measurement and sensors, consultation of data sheets of components and tools, numeric exercises on assessments of uncertainty in measurement procedures.

Prerequisiti

Conoscenze di base dei corsi di Fisica II, Elettrotecnica, Elettronica.

Prerequisites

Basic knowledge of the courses of Physics II, Electrotechnics, Electronics.

Verifiche dell'apprendimento

Due prove in itinere con domande a risposta aperta da effettuarsi rispettivamente a metà e a fine semestre. La partecipazione non è obbligatoria, ma consigliata dal docente. In caso di mancato superamento delle prove (o di assenza ad una di esse), lo studente dovrà sostenere lesame finale relativo allintero programma del corso come da calendario degli esami reso pubblico. L'esame finale consiste in esercizi e nella discussione orale su vari argomenti trattati durante il corso.

Assessment

Two tests in progress with open-ended questions to be carried out respectively in the middle and at the end of the semester. Participation is not mandatory, but recommended by the teacher. In case of failure of passing the tests (or being absent at one of them), the student will have to take the final exam related to the entire program of the course accordingly with the calendar of exams made public. The final exam consists of exercises and oral discussion on various topics covered during the course.

Programma del Corso

Fondamenti di misura - Motivazioni. Definizione di misura. I metodi di misura. Incertezza e errore. Misurazioni dirette ed indirette. - Incertezza di misura con il modello deterministico e probabilistico. Incertezza strumentale, di lettura, intrinseca. Propagazione di incertezza nelle misure indirette. Strumentazione e metodi - Strumentazione elettronica di base, voltmetri e amperometri. Incertezze ed effetti sistematici. - Richiami sui principi della conversione analogico/digitale. Errori di risoluzione. - Multimetri numerici. Funzioni: tensione continua, corrente continua, tensione alternata, resistenza a due e quattro morsetti, frequenza. - Schede di acquisizione dati. Struttura, acquisizione multi-canale, modalità di acquisizione (single ended, differenziale). - Il corpo umano come sorgente di segnali elettrici, segnali biomedici, modello circuitale del sistema elettrodo-cute. - Cenni sullambiente di sviluppo Labview - Strumentazione virtuale - Sistemi distribuiti - Protocollo IEEE 488.2 Sensori - Principi di funzionamento e caratteristiche di merito. - Sensori di temperatura: resistivi, termocoppie. - Sensori di spostamento: estensimetri, potenziometri. - Sensori di accelerazione. - Sensori di umidità. - Sensori di gas a stato solido.

Course Syllabus

Foundations of measurement - Reasons. Definition of measurement. Measurement methods. Uncertainty and error. Direct and indirect measurements. Uncertainty of measurement with the deterministic and probabilistic model. Instrumental uncertainty, of reading, intrinsic. Propagation of uncertainty in indirect measurements. Instrumentation and methods - Basic electronic instrumentation, voltmeters and ammeters. Uncertainties and systematic effects. - Recalls on the principles of analog / digital conversion. Resolution errors. - Numerical multimeters. Functions: direct voltage, direct current, alternating voltage, two- and four-terminal resistance, frequency. - Data acquisition boards. Structure, multi-channel acquisition, acquisition mode (referred, differential, single ended). - The human body as source of electric signal, biomedical signals, circuit model electrode-skin. - Overview of the Labview development environment - Virtual instrumentation - Distributed systems - IEEE Protocol 488.2 Sensors - Operating principles and merit characteristics. - Temperature sensors: resistive, thermocouples. - Force sensors: strain gauges, load cells, piezoelectric. - Displacement sensors: linear transformers, potentiometers, optic. - Acceleration and humidity sensors. - Humidity sensors. - Solid state gas sensors.