testi e fonti di informazione

250040/02
A.A. 2002/2003
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRIESTE
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CORSO DI LAUREA IN
(triennale)
PROGRAMMA DEL CORSO DI
INGEGNERIA ELETTRICA
DOCENTE
PROF. FABRIZIO RUSSO
MISURE ELETTRICHE
1) Elementi di teoria delle misure e sistemi di misura - Considerazioni generali sulle misure;
errori e incertezze. Misure dirette e indirette. Classificazione delle incertezze (categoria A e B),
valutazione dell’incertezza “tipo”, determinazione dell’incertezza “tipo” composta,
determinazione dell’incertezza “estesa”. Precisione e accuratezza di una misura. Errori
sistematici ed errori accidentali, errore relativo. Campioni delle grandezze elettriche. Riferibilità.
Campioni di f.e.m: pila Weston e riferimenti di tensione basati su diodo Zener. Campioni di
resistenza. Campioni di capacità. Campioni di induttanza.
2) Strumenti elettromeccanici e metodi di misura classici – caratteristiche generali, portata,
costante strumentale, sensibilità, errori, consumo, limiti di impiego, moto dell'equipaggio
mobile; strumenti di tipo lineare e di tipo quadratico, errore di sensibilità.
Strumenti elettrostatici: caratteristiche fondamentali. Strumenti magnetoelettrici: caratteristiche
fondamentali, galvanometro di Arsonval, amperometro, voltmetro, ohmetro, tester analogico.
Strumenti elettrodinamici: caratteristiche fondamentali, amperometri, voltmetri, wattmetri,
wattmetri a basso cos, cosfimetri (cenni). Riduttori di misura: shunt universale, divisori di
tensione. Misure su circuiti a regime: inserzione "a monte" e "a valle" degli strumenti e
valutazione degli errori. Misure con impiego dei trasformatori di misura: uso dei TA e dei TV,
errori di misura. Misure su sistemi trifase: generalità, inserzioni di wattmetri nei circuiti a tre
conduttori. L'inserzione di Aron. Determinazione del senso di successione delle fasi. Misura
della potenza attiva, reattiva e apparente (metodi di Barbagelata e Righi). Metodi di confronto:
criteri di scelta del rivelatore di zero e modalità di azzeramento. Metodi di ponte in c.c: ponte di
Wheatstone (metodo di sostituzione, metodo della doppia pesata, precisione, sensibilità). Misura
di piccole resistenze col doppio ponte. Metodi potenziometrici: misura di f.e.m. Metodi di ponte
in c.a.: condizioni di equilibrio, ponti a rapporto e ponti a prodotto. Ponti di Sauty, Schering,
Maxwell, Hay. Proprietà dei ponti in c.a., elementi parassiti, schermatura, terra di Wagner.
3) Strumentazione elettronica analogica - Principi generali e vantaggi dell'elettronica nella
strumentazione. Amplificatore operazionale: modello ideale, amplificatore invertente, noninvertente, a guadagno unitario. Alcuni schemi base: sommatore, integratore, differenziatore.
Modello reale di amplificatore operazionale (considerazioni su: banda passante, impedenza di
ingresso e di uscita, slew rate, alimentazione). Amplificatore differenziale. Amplificatore
strumentale (caratteristiche di modo comune e di modo differenziale).
Oscilloscopio a raggi catodici: schema a blocchi dell'oscilloscopio, tubo a raggi catodici,
sensibilità, base dei tempi e sincronizzazione, circuiti di ingresso, sonde, sistemi multi-traccia,
asse z. Misure effettuate con l'oscilloscopio: misure di tensione, misure di fase, misure di
frequenza, test a onda quadra.
Introduzione ai filtri attivi. Sviluppo in serie di Fourier. Risposta in frequenza. Diagrammi di
Bode asintotici. Filtri passa-basso e passa-alto di primo ordine realizzati con amplificatore
operazionale. Filtri VCVS (Sallen &Key) del secondo ordine: espressione generale, progetto di
filtri VCVS passa-basso e passa-alto a guadagno unitario e a componenti uguali. Filtri di ordine
superiore. Risposta Butterworth e scelta dei parametri. Esempi di applicazione. Filtri attivi passabanda a reazioni multiple. Filtri attivi a larga banda. Filtri attivi a eliminazione di banda (notch).
Filtri attivi basati sull'impiego di più amplificatori operazionali con uscita passa-basso, passabanda e passa-alto. Circuiti di conversione c.a./c.c.: voltmetri a valore medio, a valore di picco, a
valore efficace.
4) Strumentazione elettronica digitale - Frequenzimetri digitali: misure di frequenza, misure di
periodo, contatori universali, uso dei prescaler, considerazioni sull'accuratezza. Voltmetri
numerici: voltmetro a rampa singola, a doppia rampa, a conversione ampiezza/frequenza, cause
di incertezza e loro valutazione, soppressione di tensioni di rumore. Multimetri digitali: struttura,
misure di tensione, corrente e resistenza, accuratezza. Campionamento di segnali variabili nel
tempo. Errore di aliasing e di troncamento. Dispositivi sample & hold (S/H): schema base,
parametri tipici ed errori. Convertitori analogico/digitali (A/D): Convertitori A/D "counter
ramp". Convertitori A/D ad approssimazioni successive. Convertitori A/D "flash": struttura base
e cause di errore. Convertitori A/D a due passi. Convertitori con struttura a “pipeline”.
Convertitori A/D a correzione di errore. Considerazioni sul numero di bit e velocità di
conversione dei convertitori esaminati. Errori nei convertitori A/D (caratteristiche statiche):
caratteristica di trasferimento, rumore di quantizzazione, errori di non-linearità differenziale e
integrale, numero di bit effettivi. Convertitori D/A: schema con rete resistiva a scala (2R-R) e a
resistenze pesate. Errori nei convertitori D/A.
Oscilloscopio digitale: struttura dello strumento, unità di ingresso, unità di campionamento e
conversione A/D, unità di memorizzazione ed elaborazione, funzioni di trigger, campionamento
real-time, campionamento asincrono, elaborazione dei campioni, ricostruzione del segnale.
Struttura generale di uno strumento di misura a campionamento Misura dei parametri di un
segnale mediante un sistema di acquisizione dati.
ESERCITAZIONI IN LABORATORIO – Misura di tensione, corrente e potenza in un
circuito monofase mediante i trasformatori di misura TA e TV. Misure sui sistemi trifase: misura
della potenza attiva, reattiva e apparente con il metodo di Barbagelata. Misure con i ponti in c.a.:
misura di una capacità col ponte di Sauty. Oscilloscopio: addestramento all'uso dell'oscilloscopio
(visualizzazione di una forma d'onda e misure di tensione, frequenza e differenza di fase). Uso
del multimetro digitale. Uso del generatore di funzioni. Filtri attivi: progetto e realizzazione
pratica di filtri attivi passa-basso, passa-alto e passa-banda con amplificatori operazionali.
Misura della risposta in frequenza dei filtri realizzati.
TESTI E FONTI DI INFORMAZIONE
[1] G. Zingales, "Misure Elettriche", UTET 1992.
[2] U. Pisani, "Misure Elettroniche: Strumentazione Elettronica di Misura", Politeko Edizioni,
1999.
[3] G. Iuculano, D. Mirri, “Misure Elettroniche” CEDAM 2002.