Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Misura di impedenze
Misura di impedenze
Tecniche volt-amperometriche in DC
Tecniche volt-amperometriche in AC
Tecniche di zero: ponte in DC
Tecniche di zero: ponte in AC
Tecniche di risonanza: Il Q-metro
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Tecniche volt-amperometriche in DC
Obiettivi della lezione
Metodologici
dal modello di sistema di misura con
strumentazione ideale a quello reale
effetti di carico della strumentazione di misura
analisi delle sorgenti di incertezza
Procedurali
analisi in dettaglio di alcuni casi di studio
correzione errori sistematici
stima delle incertezze di misura
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Prerequisiti per la lezione
Concetti base dell’elettrotecnica:
resistenza in DC
Fondamenti di misure elettroniche:
incertezze di misura e loro stima
voltmetri e amperometri in DC
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Bibliografia per la lezione
“Misure Elettriche-Metodi e strumenti”
G.Zingales
Utet Libreria-Torino, 1992
“Misure Elettroniche”
U.Pisani
Ed. Politeko,Torino, 2000
capitolo 3
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Contenuti della lezione
Tecniche volt-amperometriche in DC
Misura indiretta della resistenza
Misura con strumenti reali
Incertezze nella definizione del misurando
Misura di piccole resistenze
Misura di resistenze elevate
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Tecniche volt-amperometriche in DC
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Definizione del misurando
La resistenza è definita secondo la legge di Ohm
R=
V
I
Il suo valore è ottenuto mediante misura
indiretta (si misurano direttamente tensione e
corrente)
I
V
R
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Misura di V e I con strumenti ideali
A
R
V
L’amperometro ha una resistenza interna RA nulla
Il voltmetro ha una resistenza interna RV
infinita
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Caso ideale: stima incertezze
Misurazione indiretta: si sommano le incertezze
relative degli strumenti
R=
V
⇒ εR = ε V + ε I
I
Esempio: strumenti elettromeccanici in classe 1
V = 80 V ε V = 1.25%
⎧ VFS = 100 V δV = 1V
⇒
⎨
ε I = 2.5%
I = 4A
⎩ IFS = 10 A δI = 0.1A
V
R = = 20Ω; εR = 3.75%
I
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Caso reale
Prestazioni metrologiche definite da:
caratteristiche metrologiche degli strumenti,
grandezze di influenza (temperatura, umidità,
ecc…)
incertezza intrinseca del misurando (limiti del
modello, autoriscaldamento, ecc...)
tipo di circuito impiegato per la misurazione:
voltmetro “a monte” oppure voltmetro “a valle”
(problema del carico strumentale o “consumo”)
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Tecniche volt-amperometriche in DC
Misura di V e I con strumenti reali
Gli strumenti non sono “ideali”: due possibilità
l’amperometro ha una resistenza interna RA non
nulla
il voltmetro ha una resistenza interna RV
non infinita
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Effetto di carico (consumo)
Voltmetro a monte:
si misura R+RA
RA
RV
Voltmetro a valle:
si misura R//RV
V
A
R
RA
RV
R
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Correzione errore di consumo 1/2
Il “consumo” può essere uno scostamento
perché:
può essere descritto da un modello e quindi può
essere corretto
la correzione però non può essere totale, perché i
valori di carico RA e RV sono affetti da incertezza
e quindi conviene tra le due utilizzare la soluzione
in cui l’effetto del carico strumentale è minore
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Correzione errore di consumo 2/2
Es.: voltmetro a monte
si intende misurare
R= Vi/Im
RA
in realtà si misura
Rm=Vm/Im = RA+R
Im
A
Vm
Vi R
nota RA si ottiene
R=Rm-RA
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Tecniche volt-amperometriche in DC
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Incertezza intrinseca del misurando 1/3
Temperatura (autoriscaldamento del resistore per
effetto Joule)
Rθ =R0(1+α∆θ)
Effetto delle resistenze di contatto (misura
piccole resistenze)
Effetto delle resistenze di dispersione (misura
resistenze elevate: umidità, superfici non pulite,
ecc...)
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Incertezza intrinseca del misurando 2/3
Temperatura (autoriscaldamento del resistore per
effetto Joule)
Rθ =R0(1+α∆θ)
RIMEDIO
Occorre minimizzare la corrente di test che
percorre il resistore
Eventuale alimentazione con corrente impulsiva
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Incertezza intrinseca del misurando 3/3
Effetto delle resistenze di contatto
RIMEDIO
Realizzazione di morsetti voltmetrici e morsetti
amperometrici
Misura di resistenza a 4 fili
RA
RV
Itest
Rx
RV
Morsetti
voltmetrici
Morsetti
amperometrici
RA
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Misurazione di resistenze 2 Wire
Vn
HI
Rn
Vx
Rx
DMM
Rx =
Vx
V
= Rn x
Itar
Vn
Itar
LO
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Tecniche volt-amperometriche in DC
Problema nella misura
Tecnica volt-amperometrica
Se Rx piccole, problema delle resistenze di
collegamento
Si misura Rx+2Rp
Rp
Rx
HI
Itar
Rp
Itar
V
LO
DMM
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Tecnica a 4 fili (4-wire)
Si utilizzano 4 morsetti
due adducono la corrente
due prelevano la tensione
Rs
Rp
Iv≅0
+ SENSE
HI
Itar
Rx
Rp
Itar
LO
V
Rs
− SENSE
DMM
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Morsetti di misura resistenza 4W
Rs
Rx
Iv≅0
+ HI SENSE
Rp
HI
Rp
LO
Itar
Itar
Rs
− LO SENSE
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Tecniche volt-amperometriche in DC
Tipologia delle misure
Misura di resistori dell’ordine del megaohm
Misure di resistività di materiali per isolatori e
resistenza di isolamento di schede per circuiti
stampati
Si utilizzano essenzialmente 2 metodi:
basati su un generatore di tensione costante
basati su un generatore di corrente costante
Si utilizzano anelli di guardia che convogliano
flussi di corrente che non si vuole misurare
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Provino di test
Si utilizzano particolari provini (Sample) del
materiale in misura
G
G
Guardia
B
A
A
Elettrodo centrale
B
Elettrodo posteriore
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Misura di resistenze di isolamento 1/2
Misura di resistività di volume
La corrente di superficie e quella fuori dal provino
(Sample) non viene misurata
Volume
Resistivity
I misurata
I non misurata
Sample
Voltage
Source
ts
HI
HI
LO
LO
Picoammeter
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Misura di resistenze di isolamento 2/2
Misura di resistività superficiale
La guardia drena corrente di volume che non
viene misurata
Surface
Surface
Resistivity
Resistivity
I misurata
I non misurata
Sample
Voltage
Source
HI
HI
LO
LO
Picoammeter
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Tecniche volt-amperometriche in DC
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Approfondimenti 1/2
I seguenti concetti devono essere meditati e
risultare chiari dallo studio della lezione:
la misura volt-amperometrica in DC richiede
analisi del circuito per individuare la migliore
connessione
gli errori di consumo degli strumenti si possono
correggere
la correzione non elimina l’incertezza residua delle
operazioni di correzione
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Approfondimenti 2/2
nella misura di piccole resistenze giocano un ruolo
importante le resistenze parassite dei contatti e fili
di collegamento
nella misura di resistenze molto elevate occorre
individuare i flussi delle correnti che non
contribuiscono alla definizione del misurando
tali flussi vanno deviati con opportuni schermi di
guardia in modo da non essere misurati
dall’amperometro
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Misure Elettroniche II
Tecniche volt-amperometriche in DC
Sommario della lezione
Tecniche volt-amperometriche in DC
Misura indiretta della resistenza
Misura con strumenti reali
Incertezze nella definizione del misurando
Misura di piccole resistenze
Misura di resistenze elevate
Domande di riepilogo
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