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INSTRUMENTATION LABORATORY
ALICE BUFFI
Academic year2020/21
CourseENERGY ENGINEERING
Code338II
Credits6
PeriodSemester 1
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
LABORATORIO DI STRUMENTAZIONEING-INF/07LABORATORI60
ALICE BUFFI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Il corso si propone di introdurre la strumentazione di base, i sensori, i trasduttori e i metodi di misura per misurazioni elettriche e termiche.

Knowledge

The course aims to introduce basic instrumentation, sensors, transducers and measurement methods for electrical and thermal measurements.

Modalità di verifica delle conoscenze

La verifica delle conoscenze avverrà attraverso una prova orale.

Assessment criteria of knowledge

The knowlegde verification will be through an oral test.

Capacità

Lo studente avrà acquisito la capacità di utilizzare alcuni strumenti di base.

Skills

The student will acquire the ability to use some basic measuring instruments.

Modalità di verifica delle capacità

Durante la prova d’esame saranno valutate le conoscenze dello studente sugli strumenti di misura e sulle modalità con cui effettuare le prove sperimentali.

Assessment criteria of skills

During the final test, the student's knowledge on measuring instruments and on experimental test performing will be evaluated.

Comportamenti

Lo studente potrà acquisire familiarità con gli strumenti di misura e i risultati sperimentali delle misurazioni.

Behaviors

The student will become familiar with the measuring instruments and the experimental results.

Modalità di verifica dei comportamenti

Durante la prova d’esame sarà verificata la capacità dello studente di saper valutare i parametri di influenza della catena di misura.

Assessment criteria of behaviors

During the final test, the student's ability to evaluate the influence parameters of the measurement chain will be verified.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenze di analisi, fisica generale e misure.

Prerequisites

Knowledge of analysis, physics and measurements.

Indicazioni metodologiche

Lezioni frontali ed esercitazioni sperimentali.

Teaching methods

Frontal and laboratory lessons

Programma (contenuti dell'insegnamento)

Introduzione alla metrologia - Sistema internazionale delle unità di misura (SI) - Campioni di misura - Taratura di uno strumento di misura - Cifre significative - Incertezza di misura - Errori casuali e sistematici - Incertezza di categoria A - Incertezza di categoria B - Incertezza composta e estesa - Teorema del limite centrale - Metodo Monte Carlo

Curva caratteristica di uno strumento di misura - Specifiche statiche e dinamiche di uno strumento di misura - Metodo minimi quadrati per la stima della curva di taratura - Catena di misura

Teorema del campionamento - Condizione di Nyquist - Trasformata discreta di Fourier - Effetto Leakage

Convertitore Analogico/Digitale - Quantizzazione e codifica -  Risoluzione - Codifica di segnale unipolari e bipolari - Errore di offset - Errore di guadagno - Errore di non linearità integrale e differenziale - Codici mancanti - Effective Number of Bit (ENOB) - Signal to Noise and Distortion Interference (SINAD)

Multimetro digitale - Principio di funzionamento - Misure di resistenza a due e quattro fili - Metodo voltamperometrico - Valutazione e compensazione dei consumi strumentali

Oscilloscopio digitale - Circuiti di condizionamento - Accoppiamento - Attenuatore compensato - Memoria di acquisizione e circuito di trigger - Campionamento in tempo reale e in tempo equivalente - Sonda attenuatrice compensata - Misure di sfasamento tra due segnali - Figure di Lissajous

Misure di frequenza - Analizzatore di spettro a scansione - Sintonia fissa e variabile - Analizzatori di spettro in tempo reale - Analizzatori FFT – Analisi componenti armoniche

Misure di temperatura - Scala di temperatura - Termometri bimetallici - Termometri a colonna di liquido - Termoresistenze - Termistori - Termocoppie

Misure di deformazione - Estensimetri a resistenza elettrica - Gauge Factor - Estensimetri a filo, fotoincisi, a semiconduttore - Misure di azzeramento e di deviazione con ponte di Wheatstone - Compensazione effetti della temperatura con configurazione a mezzo ponte - Ponte intero

Misure di pressione - Manometri a colonna di liquido - Manometri a soffietto - Manometri a capsula - Manometri a membrana - Manometro Bourdon - Manometri a trasduttore elettrico

Misure di umidità – Igrometri meccanici a capello – Igrometri resistivi, capacitivi e a variazione di impedenza – Psicrometro

Misure di corrente – Resistenza shunt - Bobina di Rogowski - Sensori di corrente ad effetto Hall

Syllabus

Introduction to metrology - International system of units (SI) – Practical realization of units Measurement instrument calibration - Significant figures - Measurement uncertainty - Random and systematic errors - Category A uncertainty - Category B uncertainty – Composed and expanded uncertainty - Central limit theorem - Monte Carlo method

Characteristic curve of a measuring instrument - Static and dynamic specifications of a measuring instrument - Least square method for estimating the calibration curve - Measurement chain

Sampling theorem – Nyquist condition – Discrete Fourier Transform – Leakage effect

Analogic to digital converter – Quantization and coding – Resolution – Unipolar and bipolar signal coding – Offset error – Gain error – Integral and differential non linearity error – Missing codes - Effective Number of Bit (ENOB) - Signal to Noise and Distortion Interference (SINAD)

Digital multimeter – Working principle – Two-wire and four-wire resistance measurements - Voltamperometric method - Evaluation and compensation of instrumental consumption

Digital oscilloscope - Conditioning circuit – Coupling – Compensated attenuator – Acquisition memory and trigger circuit – Real time and equivalent time sampling – Compensated attenuator probe - Phase difference measurements – Lissajous curves

Frequency measurements – Spectrum analyzer – Fixed and variable tuning – Real time spectrum analyzer – FFT analyzer – Analysis of harmonics

Temperature measurements - Temperature scale - Bimetallic thermometers - Liquid column thermometers - Thermoresistances - Thermistors - Thermocouples

Deformation measurements - Electrical resistance strain gauges - Gauge Factor – Wire strain gauges – Foil strain gauges - Semiconductor strain gages - Wheatstone bridge measurements - Temperature compensation with half bridge configuration - Full bridge

Pressure Measurements - Liquid column Gauges - Bellows pressure gauges - Capsule element pressure gauges - Diaphragm pressure gauges - Bourdon pressure gauge - Electrical transducer pressure gauges

Humidity measurements – Hair tension hygrometers – Resistive and Capacitive hygrometers – Aluminum Oxide hygrometers – Psychrometer

EMC problems in measurements -  Ground connections – Interference inductive and capacitive coupling

Current measurements - Shunt resistance - Rogowski coil - Hall effect sensors

Bibliografia e materiale didattico
  • Appunti forniti dal docente
  • VIM - International Vocabulary of Metrology
  • Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM) – JCGM 100:2008
  • Evaluation of measurement data – Supplement 1 to the "Guide to the expression of uncertainty in measurement" – Propagation of distributions using a Monte Carlo method – JCGM 101:200
  • Kirkup, R. B. Frenkel, “An Introduction to Uncertainty in Measurement”, Cambridge University Press, 2006
  • Zingales, “Misure elettriche. Metodi e strumenti”, Utet Università, 1992
  • P. Ripka, A. Tipek, "Modern Sensors handbook", Instrumentation and Measurement Series, ISTE Ltd, 2007
Bibliography
  • Notes provided by the teacher
  • VIM - International Vocabulary of Metrology
  • Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM) – JCGM 100:2008
  • Evaluation of measurement data – Supplement 1 to the "Guide to the expression of uncertainty in measurement" – Propagation of distributions using a Monte Carlo method – JCGM 101:200
  • Kirkup, R. B. Frenkel, “An Introduction to Uncertainty in Measurement”, Cambridge University Press, 2006
  • Zingales, “Misure elettriche. Metodi e strumenti”, Utet Università, 1992
Modalità d'esame

Prova orale

Assessment methods

Oral text

Updated: 16/12/2020 10:58