Diapositiva 1 - ORDINE dei GEOLOGI delle MARCHE

Corso di Formazione APC
Ancona, 8 novembre 2013
MONITORAGGIO DI SPOSTAMENTI NEL SOTTOSUOLO
E PRESSIONI INTERSTIZIALI SOTTO FALDA
Incertezza delle misure
e metodi di controllo
Lucia Simeoni
Università degli Studi dell’Aquila
Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile - Architettura, Ambientale
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI
DELL’AQUILA
Ancona, 8 novembre 2013
Ing. Lucia Simeoni, Ph.D.
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Incertezza delle misure
DOMANDA:
il valore misurato è vero?
Per rispondere dobbiamo conoscere
il significato della misura e
i fattori che la influenzano
E’ comunque opportuno verificare l’affidabilità delle misure
rendendo il sistema
ridondante (possibilmente) e/o
valutando la coerenza delle misure
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Ridondanza e coerenza
… per la verifica dell’affidabilità delle misure
Ridondanza del sistema:
capacità del sistema di monitoraggio di fornire misure della stessa grandezza con
strumenti diversi.
Coerenza delle misure:
capacità di misure di grandezze diverse a descrivere coerentemente lo stesso
fenomeno.
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UNI 4546
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Fonti di incertezza in un sistema di monitoraggio
Composizione di un sistema di monitoraggio
Terreno
Influenza sulla misura
Interazione terreno-strumento:
Interfaccia terreno-strumento
Conformità dello strumento
strumento
(modalità d’installazione)
Caratteristiche metrologiche:
trasduttore
Risoluzione
Precisione
Accuratezza
condizionatore
della misura
Effetti ambientali (temperatura,…)
ADC
(taratura)
Alimentazione
Comunicazione
Effetti ambientali (sovratensioni,
temperatura, umidità, rumori, …)
Elaborazione
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Incertezza delle misure
Dobbiamo conoscere il significato di:
Conformità
Accuratezza
Linearità
Precisione
Isteresi
Risoluzione
Rumore
Sensibilità
Errore
Conversione Analogico/Digitale
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Definizioni
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Conformità (Conformance)
Spostamento orizz. reale
Spostamento orizz. misurato
Idealmente, lo strumento di misura non dovrebbe alterare il valore
della grandezza che sta misurando.
Se ciò avviene, si dice che lo strumento ha una scarsa conformità.
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Accuratezza (Accuracy)
+ valore vero
+
è più accurato di
Indica quanto la misura si avvicina al valore vero della grandezza misurata.
Sinonimo: grado di correttezza.
Si valuta durante la calibrazione mediante il confronto con un “valore vero” definito da uno strumento di
accuratezza nota, verificata e accettata come standard.
L’accuratezza si esprime con “”
 1 mm
 % (valore vero)
 % FS (full scale)
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Precisione (Precision)
+ valore vero
+
è più preciso di
Indica quanto ciascuna misura di un campione di misure si avvicina al valore
medio.
Sinonimo: riproducibilità o ripetibilità.
Si valuta eseguendo più misure.
La precisione si esprime con “”
 1 mm è peggiore di
1.0 mm è peggiore di 1.00 mm
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Preciso e/o accurato?
Preciso, ma non
accurato
(errore sistematico)
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Non preciso, ma accurato
in media (errore accidentale)
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Preciso e accurato
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Risoluzione (Resolution)
Strumento analogico: è la più piccola suddivisione della scala di lettura.
Strumento digitale: è 1 unità dell’ultima cifra.
0.1°C
1°C
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Sensibilità (Sensitivity)
Si riferisce all’entità di variazione dell’output per effetto di una
variazione dell’input.
Esempio 1: trasduttore di spostamento potenziometrico Gefran PZ12-S.
FS=35 mm
Output: 010 [mA]
Curva di taratura: [mm]=A+B[mA]
Sensibilità=10/35 mA/mm=0.29 mA/mm
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Sensibilità (Sensitivity)
Esempio 2: sensore inclinometrico servo-accelerometrico SisGeo S412SV15.
FS= 15°
Output: 1500 [mV]
Curva di taratura : [mV]=A+K [sen a]
Sensibilità=3000/(2  sen15) mV/sen =5796 mV/sen
Esempio 3: sensore inclinometrico servo-accelerometrico SisGeo S412SV30.
FS= 30°
Output: 5000 [mV]
Curva di taratura : [mV]=A+K [sen a]
Sensibilità=10000/(2  sen30) mV/sen =10000 mV/sen
-> S412SV30 è più sensibile di S412SV15
Ma ciò non significa che sia più preciso o più accurato!
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Output
Linearità (Linearity)
Curva di taratura
Retta
Misura della linearità
Valore vero
Uno strumento si dice lineare quando la misura (output dello strumento) è
direttamente proporzionale alla quantità che si sta misurando (valore vero).
La linearità è la massima distanza tra la reale curva di taratura e la retta che
descrive il comportamento lineare dello strumento.
La linearità si esprime come %FS
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Output
Isteresi (Hysteresis)
Curva di taratura in carico
Curva di taratura in scarico
Misura dell’isteresi
Valore vero
Il comportamento di uno strumento potrebbe essere diverso se studiato in fase di
incremento o decremento della grandezza che si sta misurando.
L’isteresi è la massima differenza tra la curva di taratura in carico e quella in
scarico ed è importante quando lo strumento è utilizzato per misurare grandezze
con variazioni cicliche.
L’isteresi si esprime come %FS
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Rumore (Noise) e Errore (Error)
Rumore (Noise):
Comprende tutte le variazioni di natura accidentale del valore della misura.
Errore (Error):
Si riferisce alla deviazione della misura dal valore vero e si distingue in:
Errore grossolano
Errore sistematico (accuratezza)
Errore accidentale (precisione)
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Cause e rimedi degli errori
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Esempio di Datasheet: IPI SisGeo
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Sistema di Aquisizione Automatica (DAQ System)
Transduction
Signal
Conditioning
Data
Acquisition
Trasduttore = trasforma il fenomeno fisico (grandezza ingegneristica) in un segnale
elettrico (grandezza elettrica).
+
Condizionatore di segnale = trasforma il segnale elettrico in una forma appropriata
all’acquisizione (tensione->tensione (guadagno), corrente->tensione,
resistenza->tensione, capacità->tensione,…) oppure amplifica il segnale per
migliorare la sensibilità (guadagno).
+
Acquisizione dati (ADC) = trasforma il segnale Analogico in segnale Digitale.
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La Conversione Analogico/Digitale (ADC)
Il Range=10 è diviso in 23=8 intervalli
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La Conversione Analogico/Digitale (ADC)
Risoluzione:
è il numero di bit che l’ADC utilizza per rappresentare il segnale analogico.
Maggiore è la risoluzione, maggiore è il numero di intervalli in cui il segnale in
tensione è suddiviso (n° intervalli=2bit).
Range:
è l’intervallo tra valore minimo e valore massimo di tensione che l’ADC può
analizzare.
LSB (Least Significant Bit):
rappresenta la più piccola variazione misurabile del segnale (in tensione). Spesso è
definito anche code width.
Es. 16-bit DAQ
Range: 010V
Gain: 100
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LSB 
10 V
 1.5 μV
100 216
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La Conversione Analogico/Digitale (ADC)
Velocità di campionamento (sampling rate):
indica la frequenza con cui il DAQ esegue la conversione.
La velocità di campionamento è espressa in Hz.
Se la velocità di campionamento è inferiore alla velocità di cambiamento del
segnale si introducono errori dovuti alla distorsione del segnale (aliasing).
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Bibliografia
DUNNICLIFF J. (1988, 1993) – “Geotechnical Instrumentation for Monitoring Field Performance”, John
Wiley & Sons, Inc., New York, pp. 577.
UNI 4546:1984. Misure e misurazioni. Termini e definizioni fondamentali.
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