Acquisire le competenze necessarie per la misura delle grandezze elettriche di base (tensione, corrente, resistenza, impedenza) attraverso oscilloscopio, multimetro, sonde di tensione e di corrente. Capacità di svolgere semplici esperimenti di laboratorio in cui applicare le conoscenze acquisite nei corsi di elettrotecnica ed elettronica e le competenze acquisite sulla strumentazione (funzionamento ed impiego) ed i metodi di misura. Capacità di derivare un modello della misurazione, di valutare gli scostamenti fra risultato di misura e la predizione ottenuta dal modello della misurazione, valutare la qualità del risultato di misura (stimare l'incertezza di misura). Capacità di descrivere un esperimento ed il risultato di misura impiegando le regole di scrittura e la terminologia in uso nella metrologia.
Prerequisiti
Nessuna precedenza di esame ma per una piena comprensione degli argomenti del corso è necessaria un'adeguata competenza di matematica (Analisi I e II), fisica (Fisica I e II), teoria dei circuiti, probabilità e statistica.
Metodi Didattici
Lezioni in aula ed esercitazioni di laboratorio. L'impegno didattico complessivo di 81 ore è ripartito in circa 69 ore di lezioni in aula e 12 ore di attività di laboratorio. L'attività di laboratorio è individuale.
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale avente per oggetto i risultati ottenuti durante le esercitazioni di laboratorio ed il programma esteso.
Tipicamente la durata dell'esame è compresa fra 45 e 60 minuti e saranno fatte tre domande. La prima e la seconda domanda verteranno sul programma esteso (in ogni sua parte) e la terza domanda verterà sulle esercitazioni di laboratorio. Il tempo quindi a disposizione per rispondere a ciascuna domanda sarà 15-20 minuti.
Le domande relative al programma esteso mireranno a verificare le competenze acquisite circa il funzionamento della strumentazione elettronica e la capacità di valutare l'incertezza di semplici misure, per le quali lo studente è in grado di individuare autonomamente il modello della misurazione. La terza domanda, avente per oggetto le esercitazioni di laboratorio, sarà mirata a verificare la capacità dello studente di eseguire le attività pratiche di misura e la capacità di esposizione di ciò che ha eseguito e dei risultati raggiunti.
Programma del corso
- Risposta al gradino e risposta in frequenza di sistemi elettrici di ordine 0, 1 e 2. Attenuatori resistivi, filtri passa basso, passa alto, passa banda, elimina banda.
- Il sistema internazionale delle unità di misura.
- L'oscilloscopio analogico. Disposizione dei comandi sul pannello frontale. Impedenza d'ingresso. Modalità di accoppiamento verticale (AC,DC, GND), attenuatore compensato, modalità di ingresso (ALT, CHOP, ADD, INV). Circuiti di sincronismo (trigger) e di generazione della rampa (base dei tempi principale), modalità di sgancio della rampa (AUTO, NORM, SINGLE), accoppiamento del trigger (DC, AC, LF-REJ, HF-REJ). Base dei tempi ritardata: espansione di forma d'onda mediante l'uso della doppia base dei tempi e misura di tempo di ritardo. Regolazione di HOLD-OFF (applicazione a casi pratici). Risposta in frequenza dell'oscilloscopio analogico, banda, risposta al gradino. Misure di tempi di salita.
- Oscilloscopi digitali: Vantaggi rispetto agli analogici. Schema a blocchi. Tecnica di campionamento tempo-reale. Valori di progetto di un oscilloscopio tempo-reale: scelta della frequenza di campionamento in relazione alla banda analogica (banda tempo-reale), profondità di memoria. Convertitore A/D flash, campionamento sequenziale ("interleaved"). Modalità di rappresentazione Sample, Peak, High-resolution. Tecnica di campionamento tempo-equivalente casuale. Interpolatore di trigger. Limiti di frequenza della tecnica tempo-equivalente casuale. Tecnica di campionamento tempo-equivalente sequenziale. Limiti di frequenza della tecnica di campionamento tempo-equivalente sequenziale. Limiti di dinamica degli oscilloscopi tempo-equivalente sequenziali. Risposta in frequenza dell'oscilloscopio digitale, banda, risposta al gradino. Misure di tempi di salita.
- Linee di trasmissione e carta di Smith.
- Sonde di tensione per oscilloscopio. Sonde ad alta impedenza: modello fisico e circuitale, compensazione, risposta in frequenza e al gradino nei casi di sonda compensate e non compensata, impedenza d'ingresso sonda compensata.
- Sonde di corrente a trasformatore. Modello fisico e rappresentazione circuitale mediante induttori mutuamente accoppiati. Risposta in frequenza della sonda di corrente, impedenza di trasferimento. Legame fra i parametri del modello fisico e le caratteristiche fisiche e geometriche della sonda di corrente.
- Multimetro digitale. Schema a blocchi. Misura di tensione continua e alternata. Misura di corrente continua e alternata. Misura di resistenza. Verifica di continuità e delle giunzioni. Schema di convertitore AC/DC ad elevata sensibilità. Schema di convertitore A/D ad integrazione. Reiezione del modo normale (NMR). Reiezione del modo comune (CMRR, CMR). Analisi delle specifiche tecniche: interpretazione dei simboli, limiti di applicazione delle specifiche (campi di temperatura ed umidità), limiti di impiego dello strumento, limiti di accuratezza.
- Incertezza di misura. Modello della misurazione, densità di probabilità, valutazione di incertezza di categoria A e categoria B, propagazione delle incertezze. Propagazione delle densità di probabilità (metodo Monte Carlo), intervallo di copertura.