Misure Elettroniche
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica - A.A. 2012/2013
Docente: Gino Giusi, Dipartimento di Ingegneria Elettronica, Chimica e Ingegneria Industriale, Università
degli Studi di Messina, Contrada di Dio 1, 98166 S. Agata (Messina), tel: 090-3977560, e-mail:
[email protected], web: http://www.ginogiusi.com
Obiettivo del corso: fornire le nozioni principali sulle misure di grandezze elettriche e sul funzionamento e
utilizzo dei principali strumenti di misura.
Tipologia di esame: prova orale.
Parte I: Introduzione alla misura e ai sistemi di misura delle grandezze elettriche
Le misure elettriche. Concetto di misura: metodo sperimentale, definizione e incertezza di misura.
Strumenti e metodi di misura. Metrologia e unità di misura: certificazione e metrologia, sistema
internazionale, unità di misura fondamentali e derivate, istituti di accredito. Incertezze nelle misure: errore
assoluto e relativo, classificazione dell’errore. Errori nelle misure indirette: propagazione dell’errore, errori
nelle misure di tensione e corrente.
Strumenti di misura. Classificazione . Specifiche. Sistemi di misura elettronici.
Parte II: Condizionamento del segnale
Misure e strumentazione in DC a elevata sensibilità. Rumore elettrico. Limiti teorici di misura.
Strumentazione in DC convenzionale e ad elevata sensibilità. Classificazione delle misure in DC ad elevata
sensibilità.
Misure da sorgenti ad elevata resistenza interna. Misure di tensione: sorgenti di errore, cavi coassiali,
triassiali, guarding, elettrometro, partitore di tensione. Misure di basse correnti: sorgenti di errore, circuiti di
misura shunt, feedback e logaritmico. Misure di carica: coulombimetro, metodi di misura di correnti
attraverso coulombimetro. Misure di resistenze di valore elevato: caratteristiche delle resistenze di valore
elevato, metodi di misura a tensione e corrente costante. Source & Measurement Unit: misure a tensione
costante e a corrente costante. Disturbi: accoppiamento elettrostatico capacitivo e schermatura.
Misure da sorgenti a bassa resistenza. Misure di tensione: il nanovoltmetro. Misure di resistenze di piccolo
valore: metodi a due e quattro fili. Disturbi: tensioni di offset e rumore, campi magnetici, accoppiamenti
induttivi.
Conversione AC-DC. Generalità: strumento in AC, valore efficace e strumenti true-rms. Misure di valor
medio: raddrizzatori a singola e doppia semionda passivi e attivi. Misura del valore di picco: rivelatore di
picco. Misura di vero valore efficace: dispositivi moltiplicatori analogici e numerici. Partitori per misure in
AC.
Parte III: Elaborazione del segnale nel dominio del tempo
Strumenti elettromeccanici. Strumento magneto-elettrico: struttura e funzionamento, galvanometro come
amperometro, voltmetro e ohmetro, influenza della tolleranza delle resistenze sull’errore. Strumento elettrodinamico: struttura e funzionamento. Strumenti elettromeccanici attivi: voltmetro, amperometro.
Misure di resistenza con circuiti a ponte. Il ponte di Wheastone: funzionamento, il ponte sbilanciato,
sensibilità del ponte, linearizzazione del ponte, compensazione delle connessioni.
Oscilloscopio analogico: Deflessione verticale e orizzontale (base dei tempi), sincronizzazione e trigger,
doppio canale, accoppiamento in AC, modalità XY.
Conversione Analogico-Digitale. Sistemi digitali. Filtro anti-aliasing, sample & hold, sistemi di misura a
più ingressi. Caratteristiche dei convertitori AD: caratteristica statica ideale, disturbo di quantizzazione
(potenza, SNR, bit effettivi, oversampling, decimazione), caratteristica statica reale, parametri dinamici,
errore di apertura. Convertitori AD: velocità e risoluzione, convertitore Flash, Flash-pipeline, convertitore
SAR, convertitori a integrazione: doppia rampa e multislope, convertitore sigma-delta.
Conversione Digitale-Analogico. Caratteristiche dei convertitori DA: caratteristica statica ideale,
caratteristica statica reale, parametri statici e dinamici. Convertitori DA: convertitore a rete pesata,
convertitore R/2R.
Strumenti di misura digitali. Multimetri digitali. Misuratori di frequenza e tempo. Oscilloscopio digitale.
Direct Signal Synthesis (DDS).
Parte IV: Elaborazione del segnale nel dominio della frequenza
Analisi spettrale dei segnali tempo-continui. Segnali e analisi in frequenza. Segnali periodici e spettro:
serie di Fourier, spettro di ampiezza e fase, spettro di potenza, densità spettrale di potenza. Analisi spettrale e
processi stocastici. Leakage spettrale.
Analizzatore di spettro a conversione. Analisi parallelo e a scansione: sintonia fissa e variabile.
Supereterodina. Frequenza immagine. Analizzatore a doppia conversione. Specifiche.
Analisi spettrale dei segnali tempo-discreti. Trasformata di Fourier discreta: definizione e relazione con la
trasformata continua, spettro DFT, FFT, relazione tra i parametri e la banda di misura. Spettro di ampiezza,
potenza e densità spettrale di potenza. Analisi spettrale tempo discreta per processi stocastici.
Rappresentazione dello spettro. Leakage spettrale. Windowing: parametri delle finestre, normalizzazione
dello spettro, mediatura e overlap.
Analizzatore di spettro FFT. Struttura e funzionamento. Parametri di misura. Filtraggio numerico e
decimazione. Real Time Bandwith.
Misure di impedenza. Concetti di base: impedenze ideali, reali e misurate. Misuratore di parametri RLC:
metodo auto balancing bridge. Voltmetro vettoriale. Funzioni principali di misura. Connessione tra
strumento e dispositivo: cavi di collegamento e text fixture, tipi di connessioni. Guarding e capacità
parassite. Errori di misura: calibrazione, metodi di compensazione: offset, open/short, open/short/load.
Testi consigliati: materiale didattico fornito dal docente, “Low Level Measurements Handbook 6th” (Keithley),
“Agilent Impedance Measurement Handbook 4th” (Agilent), S. Tumanski, “Principles of Electrical Measurements”,
Taylor&Francis, 2006.
