Scheda programma d'esame
INSTRUMENTATION LABORATORY
ALICE BUFFI
Academic year2023/24
CourseENERGY ENGINEERING
Code338II
Credits6
PeriodSemester 1
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
LABORATORIO DI STRUMENTAZIONEING-INF/07,NNLABORATORI60
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 - Definizioni - Sistema Internazionale - Campioni di misura - Riferibilità - Taratura - Conformità - Incertezza di misura - Incertezza di categoria A - Incertezza di categoria B - Incertezza composta ed estesa - Teorema del limite centrale - Metodo Monte Carlo

Sistemi di misura - Caratteristiche statiche e dinamiche - Curva e diagramma di taratura - Catena generalizzata di misura

Conversione Analogico/Digitale - Campionamento - Teorema di Nyquist Shannon - Aliasing - Troncamento - Spettro discreto - Quantizzazione e codifica - Caratteristica ingresso-uscita convertitore A/D - Errore di quantizzazione - ENOB - Codifica di segnali unipolari e bipolari - Parametri statici e dinamici - Analisi del datasheet commerciale di un Convertitore A/D

Multimetro digitale - Schema a blocchi - Parametri prestazionali - Misure di resistenze piccole - Misure a 2 e 4 fili - Metodo Voltamperometrico - Misure di resistenze elevate - Misure di resistenze di valore "medio" - Ponte di Whetastone - Incertezza di misura e di sensibilità nel ponte di Wheatston

Metodi di misura della temperatura - Termometri bimetallici - Termometri a colonna di liquido - Termoresistenze - Termistori - Termocoppie - Effetti Seebeck, Peltier e Thomson - Leggi e proprietà delle termocoppie - Tecnologie costruttive - Circuiti Termoelettrici - Compensazione giunto freddo

Misure di deformazione - Estensimetri a resistenza elettrica - Gauge Factor - Estensimetri a filo, fotoincisi, a semiconduttore - Circuiti di misura - Ponte di Wheatstone - Configurazione a quarto di ponte - Configurazione a mezzo ponte per compensazione della temperatura- Circuiti di collegamento e alimentazione degli estensimetri - Configurazione a ponte intero - Applicazioni - Taratura ponte estensimetrico

Misure di pressione - Manometri a colonna di liquido - Manometri a deformazione

Misure di umidità - Igrometri meccanici - Igrometri elettrici

Oscilloscopio digitale - Schema a blocchi - Circuiti di condizionamento - Accoppiamento - Attenuatore compensato - Memoria di acquisizione e circuito di trigger - Campionamento in tempo reale e in tempo equivalente - Ricostruzione del segnale - Impedenza d'ingresso - Sonda attenuatrice compensata dell'oscilloscopio - Sovracompensazione e sottocompensazione della sonda attenuatrice - Analisi del datasheet commerciale oscilloscopio digitale Yokogawa DL850 - Figure di Lissajous

Misure di corrente - Resistenza di shunt - Bobina di Rogowski - Effetto Hall - Sensori di corrente ad Effetto Hall - Configurazione ad anello aperto e chiuso (compensazione di campo) - Sensori di prossimità e posizione ad effetto Hall

Cenni su misure di portata e Smart Sensors

Syllabus

Introduction to metrology – Definitions - 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

Measurement System - Static and dynamic specifications of a measuring instrument – Calibration curve - Measurement chain

Analog to Digital Conversion - Sampling – Theorem of Nyquist Shannon - Aliasing – Windowing - Discrete Fourier Transform – Leakage effect - Quantization and coding – Resolution – Errors

Digital multimeter – Working principle – Two-wire and four-wire resistance measurements - Voltamperometric method - Evaluation and compensation of instrumental consumption – Low, medium and high resistance measurements - Wheatstone bridge

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

Strain 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 - Calibration

Pressure Measurements - Liquid column Gauges - Strain gauge-type pressure transducers

Humidity measurements – Mechanical and Electric hygrometers

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

Current measurements – Shunt resistance - Rogowski coil - Hall effect sensors – Proximity and position sensors

Preliminary concepts on Flow Sensors and Smart 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

Altri riferimenti web

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Additional web pages

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Updated: 25/09/2023 09:24