Obiettivi Formativi

Fornire le nozioni di base sulle metodologie di misurazione. Fornire le competenze ingegneristiche basilari per il funzionamento e l’impiego di sensori di uso più diffuso. Acquisire le conoscenze di base per la corretta progettazione di un sistema di misura e per svolgere in autonomia l’analisi quantitativa delle prestazioni. Favorire lo sviluppo di un adeguato grado di autonomia di giudizio nell’utilizzo di sensori in sistemi di misura. Sviluppare la capacità di comunicazione e collaborazione in ambiti lavorativi fortemente interdisciplinari.

Learning Goals

To provide basic knowledge of measurement methodologies. To provide basic engineering skills for sensor operating mechanisms and employment. To acquire the basic knowledge for the correct design of a measurement system and to carry out the quantitative analysis of performance independently. To encourage the development of an adequate degree of independent judgment in employing sensors in measurement systems. To develop communication and collaboration skills in interdisciplinary working areas.

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

Concetto di grandezza fisica. Conoscenza di teoria dei circuiti e di Elettronica.

Prerequisites

Concept of Physical quantity. Knowledge of circuit theory and electronics.

Verifiche dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova scritta, seguita da una prova orale. Durante la prova scritta si chiede di eseguire lo svolgimento completo di dieci esercizi in forma di domande a risposta multipla, domande a risposta aperta, ed esercizi numerici. Gli argomenti e il livello di difficoltà degli esercizi corrispondono al programma svolto e ai testi di riferimento indicati. Il tempo assegnato per la prova scritta è di due ore. La valutazione della prova scritta è fatta in trentesimi. La prova scritta si ritiene superata se la valutazione complessiva non è inferiore a 18/30. Superata la prova scritta, essa ha validità per tutto l’anno accademico entro il quale dovrà essere sostenuta la prova orale. La prova orale è incentrata sugli argomenti trattati durante il corso, a partire da una discussione critica della prova scritta. Essa ha il duplice scopo di verificare il livello di conoscenza e di comprensione dei contenuti del corso e di valutare l'autonomia di giudizio, la capacità di apprendimento, l'abilità comunicativa e proprietà di linguaggio scientifico e indi valutare le facoltà logico-deduttive acquisite dallo studente. Il voto finale è espresso in trentesimi e tiene conto della valutazione ottenuta durante la prova scritta e durante la prova orale. Durante lo svolgimento del corso sono previste due prove scritte in itinere. Lo studente che supera le prove in itinere è esonerato dalla prova scritta e può direttamente sostenere la prova orale. Le prove in itinere sono relative agli argomenti trattati durante il corso e si tengono rispettivamente a metà ed alla fine del corso (in date che vengono concordate durante le lezioni con gli studenti). A ciascuna prova si assegna una valutazione in trentesimi. La prova scritta è superata se la media delle due prove di verifica è pari o maggiore a 18/30. Durante le prove scritte è possibile utilizzare una calcolatrice.

Assessment

The exam consists of a written test followed by an oral test. During the written test, students are asked to perform the complete development of ten exercises in the form of multiple-choice questions, open-ended questions, and numerical exercises. The topics and the level of the exercises correspond to the program delivered and to the reference texts indicated. The time allotted for the written test is two hours. The evaluation of the written test is scored out of thirty. The written test is considered passed if the overall evaluation is not less than 18/30. Once the written test has been passed, it is valid for the entire academic year within which the oral exam must be taken. The oral exam focuses on the topics covered during the course, using as a starting point the discussion of the written exam. It has the dual purpose of verifying the level of knowledge and understanding of the course contents and to evaluate the autonomy of judgment, the learning ability, the communicative ability and properties of scientific language and then evaluate the logical-deductive faculties acquired by the student. The final grade is expressed out of thirty and takes into account the evaluation obtained during the written exam and during the oral exam. During the course, there are two ongoing written tests. Students who pass the ongoing tests are exempt from the final written exam and can directly take the oral exam. The ongoing tests are related to the topics covered during the course and are held respectively in the middle and at the end of the course (on dates that are agreed during the lessons with the students). A score out of thirty is assigned to each test. The written test is passed if the average of the two tests is equal to, or greater than, 18/30. During the written exams, it is permitted to use a calculator.

Programma del Corso

Fondamenti di misura - Motivazioni. Definizione di misura. Il sistema internazionale di misura, definizione delle unità di misura fondamentali. Vocabolario internazionale di metrologia (VIM) e Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM). 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. Incertezza di tipo A e di tipo B. Strumentazione e metodi - Strumentazione elettronica di base, voltmetro, amperometro, oscilloscopio. Incertezze ed effetti sistematici. - Metodi voltamperometrici. - Richiami sui principi fondamentali della conversione analogico/digitale. Campionamento e quantizzazione. 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). - Cenni sull’ambiente di sviluppo Labview - Strumentazione virtuale - Sistemi distribuiti - Protocollo IEEE 488.2 e hardware associato. Sensori - Principi di funzionamento e caratteristiche di merito. - Sensori di temperatura: resistivi (metallici e a semiconduttore), termocoppie (tipologia e classificazione). - Sensori di spostamento: estensimetri (metallici e a semiconduttore), potenziometri. - Sensori di accelerazione: a cantilever resistivi, capacitivi microelettromeccanici. - Sensori di umidità. - Sensori di gas a stato solido.

Course Syllabus

Fundamentals of measurement - Reasons. Definition of measurement. International System of Units, definition of the base units of measurement. International Vocabulary of Metrology (VIM) and Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM). 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. Uncertainty of type A and type B. Instrumentation and methods - Basic electronic instrumentation, voltmeter, ammeter, oscilloscope. Uncertainties and systematic effects. - Voltamperometric methods. - 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). - Overview of the Labview development environment. - Virtual instrumentation. - Distributed systems. - IEEE Protocol 488.2. Sensors - Operating principles and merit characteristics. - Temperature sensors: resistive (metallic and semiconductor), thermocouples (typology and classification). - Displacement sensors: strain gauges (metallic and semiconductor), potentiometers. - Accelerometers: resistive response cantilever, capacitive (MEMs technology). - Humidity sensors. - Solid state gas sensors.