Misure industriali con labview®

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Misure industriali con labview

• Labview I
• Introduzione a LabView e
• Fondamenti del DataFlow

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Introduzione a LabView

• LabView è una piattaforma specificatamente
  pensata per sviluppare sistemi di acquisizione,
  analisi e trattamento dati.
• I programmi in LabView sono definitiVirtual
  Instruments o VI in quanto simulano il
  comportamento di strumenti fisici reali.

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Introduzione a LabView

• Ogni VI è composto da tre elementi
• pannello frontale
• schema a blocchi
• icona dei connettori.
• Ogni operazione viene svolta graficamente in modo
  da semplificare lo sviluppo e luso
  dellapplicazione.

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Il Pannello Frontale

• Il pannello frontale è lINTERFACCIA che il VI
  presenta allutente finale
• Deve contenere tutti i controlli necessari per
  interagire con il VI.
• Ogni dato da visualizzare allutente deve essere
  riportato qui.

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Il Pannello Frontale

• tutti gli elementi del pannello frontale sono
• CONTROLLI, cioè oggetti a cui lutente può
  fornire dati
• oppure
• INDICATORI, cioè oggetti da cui lutente può
  ottenere dati

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Lo Schema a Blocchi

• Contiene le controparti di tutti gli elementi
  presenti nel pannello frontale.
• Deve contenere i connettori e gli operatori
  necessari a definire come trattare il flusso di
  dati

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Lo Schema a Blocchi
costante
operatore

• Oltre ai CONTROLLI ed agli INDICATORI sullo
  schema a blocchi troviamo anche
• COSTANTI, cioè fonti di dati non definibili
  dallutente
• OPERATORI, in grado di svolgere operazioni sulle
  linee di dati

operatore
costante
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Icona dei Connettori

• Ogni VI può essere a sua volta incluso in un
  altro VI come un subVI.
• Ogni operatore dello schema a blocchi è in realtà
  un subVI
• Licona dei connettori definisce input ed output
  di ogni subVI
• Un subVI espone la sua icona dei connettori al
  posto del pannello frontale

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Esercizio 001

• prova tu
• Uso del pannello controlli e del pannello tools
• Suddivisione in tipi di dato
• Distinzione controlli/indicatori
• Riprodurre il pannello frontale mostrato di
  seguito preoccupandosi per ora unicamente
  dellaspetto grafico
• Verificare di aver creato 7 controlli e 3
  indicatori
• NB-la barra verticale, slide è un
  controllo-tralasciare lo sfondo azzurro è solo
  indicativo

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Esercizio 001
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Lavorare in DataFlow

• Il DataFlow specifica il PERCORSO che i dati
  devono compiere ma NON LORDINE con cui le
  singole operazioni vanno eseguite
• In LabView i dati sono rappresentati da delle
  linee che connettono la loro sorgente ad
  operatori ed indicatori.
• Ogni tipo di dato è rappresentato da un diverso
  colore, utilizzato sia per le linee che per i
  connettori dei subVI
• Una linea di spessore marcato indica un array od
  una matrice, mentre una linea sottile indica un
  valore scalare

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Tipi di Dati

• LabView è basato sulla gestione del flusso di
  dati, quindi il loro tipo è fondamentale
• LabView gestisce un gran numero di tipi di dati
  diversi, suddivisi per categorie
• Dati di categorie diverse non possono interagire
  direttamente
• Tipi di dati diversi ma della stessa categoria
  possono interagire direttamente

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Tipi di Dati

• Numerici (Interi, Decimali, Virgola Mobile, Date)
• Booleani
• Stringhe (Stringhe e Percorsi)
• Aggregati (Array, Matrici e Cluster)
• Forme dOnda
• Dati Dinamici (Segnali ed Errori)
• Enumeratori

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Modalità Debug

• È utile per visualizzare il flusso di dati nel
  diagramma a blocchi
• Rallenta lesecuzione del VI e quindi non va
  usato se non necessario
• Permette di inserire delle sonde (probe) per
  visualizzare il valore del dato in un determinato
  punto del flusso

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Esercizio 002

• prova tu
• Simmetria tra front panel e block diagram
• Distinzione tipi di dato e flussi
• Convenzione di verso per il flusso
• Help contestuale
• Convertire in indicatore il controllo slide
• Aggiungere dal block diagram due indicatori di
  tipo boolean
• Sfruttando la palette NUMERIC sommare al
  controllo ampiezza un numero casuale tra 0 e 1
• Dividere il valore della fase per 180 e
  moltiplicarlo per p
• Collegare ad ogni INDICATORE presente un
  controllo del tipo corrispondente

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Strutture Fondamentali

• Le strutture principali sono le medesime dei
  linguaggi di programmazione usualiWHILE, FOR e
  CASE
• I dati entrano ed escono dalle strutture tramite
  TUNNEL letti solo allavvio (ingresso) od alla
  fine (uscita) della struttura
• Ogni VI che interagisca con un utente richiede un
  ciclo WHILE principale che racchiuda ogni altro
  elemento e si interrompa tramite un controllo
  STOP per consentire allutente di interagire

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Strutture Fondamentali

• Sia i cicli iterativi (for, while) che i blocchi
  alternativi (case, conditional) possono essere
  visti come porzioni autonome di block diagram, in
  cui i dati viaggiano grazie ad ingressi ed uscite
  chiamati TUNNEL
• È bene mantenere la convenzione di
  flussoingressi a sinistra ed uscite a destra,
  in modo da leggere il flusso di dati da sinistra
  a destra

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Ciclo WHILE

• Quello che si trova allinterno del ciclo viene
  ripetuto finchè la condizione di stop (dato
  booleano) è FALSE
• Ogni VI che interagisce con lutente deve
  prevedere un ciclo WHILE generale con una
  condizione di STOP collegata ad un pulsante e
  contenere un operatore WAIT per evitare di
  saturare il processore

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Esercizio 003

• prova tu
• Ciclo WHILE generale con interruttore e WAIT
• Uso delloperatore SELECT
• Mechanical action
• Riprendere lesercizio 002
• Racchiudere lintero front panel in un blocco
  WHILE con un operatore WAIT ms multiple a 500 ms
  che si interrompa alla pressione di STOP
• Sfruttando loperatore di confronto SELECT fare
  in modo che la fase venga visualizzata in gradi
  se linterruttore è off, in radianti se on
• Impostare la mechanical action di START su LATCH
  e quella dellinterruttore su SWITCH, quindi
  provare ad invertirle

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Ciclo FOR

• Quel che si trova allinterno del ciclo viene
  ripetuto N volte lindice i va da 0 a N-1
• Se un tunnel in ingresso trasporta un dato di
  tipo ARRAY allinterno del ciclo automaticamente
  avremo lelemento i-esimo dellarray (indexing),
  viceversa in uscita possiamo scegliere di creare
  un array partendo dalla successione di dati

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Esercizio 004

• prova tu
• FOR con contatore
• Debug e sonde
• Creare un nuovo VI in cui riprodurre il block
  diagram riportato nella slide precedente
• Per ora disattivare la funzione di autoindexing
  (verrà illustrata in seguito)
• Eseguire il VI in modalità debug

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Struttura CASE

• Esegue solo ciò che è allinterno del riquadro
  corrispondente al dato cui è collegata la sua
  condizione.

Il menu delle opzioni disponibili si adatta
automaticamente al tipo di dato collegato alla
condizione.
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Esercizio 005

• prova tu
• Differenze tra CHART e GRAPH
• Struttura While, Case e For
• Creare un blocco while di interazione con
  lutente (500ms)
• Creare un interruttore (switch) GENERATE RANDOM
  NUMBERS
• Creare sia un indicatore CHART che GRAPH
• Creare un controllo numerico MAX con valori tra 0
  e 1000
• Sfruttando opportunamente un blocco CASE ed un
  blocco FOR fare in modo che su entrambi gli
  indicatori (Chart e Graph) vengano visualizzati
  100 numeri casuali compresi tra 0 e MAX, a che la
  generazione dei numeri avvenga solamente in caso
  di pressione dellinterruttore GENERATE RANDOM
  NUMBERS

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Esercizio 005
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• Elaborato 01

• Prendere confidenza con i controlli del pannello
  frontale
• Capire la distinzione tra booleani LATCH e SWITCH
• Capire la distinzione tra Graph e Chart
• Iniziare a tracciare i valori tramite sonde e
  ricorrendo alla modalità debug
• Rappresentazione e formato dati
• Tunnel incompleti e completi
• Creazione automatica di costanti, indicatori e
  controlli

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Misure industriali con labview

• Labview II
• Array e Cluster
• Shift Register
• Forme dOnda

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Riepilogo delle strutture

• Finora abbiamo visto le tre strutture di
  controllo base WHILE, CASE e FOR
• Queste strutture possono svolgere funzioni
  complesse e molto utili, in modo da semplificare
  il lavoro quando si tratta di dati strutturati

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Ciclo WHILE

• Quello che si trova allinterno del ciclo viene
  ripetuto finchè la condizione di stop (dato
  booleano) è FALSE
• Ogni VI che interagisce con lutente deve
  prevedere un ciclo WHILE generale con una
  condizione di STOP collegata ad un pulsante e
  contenere un operatore WAIT per evitare di
  saturare il processore

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Struttura CASE

• Esegue solo ciò che è allinterno del riquadro
  corrispondente al dato cui è collegata la sua
  condizione.

Il menu delle opzioni disponibili si adatta
automaticamente al tipo di dato collegato alla
condizione.
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Ciclo FOR

• Quel che si trova allinterno del ciclo viene
  ripetuto N volte lindice i va da 0 a N-1
• Se un tunnel in ingresso trasporta un dato di
  tipo ARRAY allinterno del ciclo automaticamente
  avremo lelemento i-esimo dellarray (indexing)

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Shift Register

• Spesso è utile passare dei dati tra uniterazione
  e la successiva allinterno di un ciclo per
  farlo faccio ricorso ad uno SHIFT REGISTER
• A differenza di un tunnel lo shift register viene
  scritto e letto ad ogni iterazione
• È molto comodo per creare cumulate o sequenze di
  dati in congiunzione con loperatore BUILD ARRAY

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Esercizio 006

• prova tu
• Shift register come memoria
• Riprendere lesercizio 005
• Sfruttando uno shift register visualizzare in un
  nuovo controllo la differenza tra il valore di
  MAX attuale e quello precedente
• Calcolare e visualizzare min, max, media e
  deviazione standard dellultimo set di campioni
  generati alla pressione di un pulsante boolean
  CALCOLA (ma NON durante la generazione)

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Array e Matrici

• Gli ARRAY sono strutture ordinate in una o due
  dimensioni contenenti un unico tipo di dato se
  numerici possiamo vederli come vettori
  (monodimensionali) o come matrici
  (bidimensionali)
• Per creare un array partendo dai valori
  elementari esiste BUILD ARRAY, per linverso si
  sfrutta INDEX ARRAY
• In LabView gli array sono dinamici, quindi non
  hanno un numero fisso di elementi, ma possono
  essere ampliati con laggiunta di altri elementi
  tramite la funzione BUILD ARRAY
• Gli array possono contenere qualsiasi tipo di
  dato gestito da LabView, persino altri array, ma,
  a differenza dei cluster, non possono contenere
  elementi di tipi diversi
• Tutti gli array in LabView partono dallelemento
  di indice 0

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Esercizio 007

• prova tu
• autoindexing
• Riprendere lesercizio 006
• Sfruttando un build array ed uno shift register
  visualizzare min, max, media e deviazione
  standard anche di TUTTI I SET di dati generati
  dallavvio del vi.

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Cluster

• I CLUSTER sono aggregati, non necessariamente
  omogenei, di dati diversi.
• Per creare un cluster partendo dai dati
  elementari sfruttiamo loperatore BUNDLE, per
  ottenere i dati elementari dal cluster si ricorre
  a UNBUNDLE
• Un cluster può anche definire delle etichette per
  i dati, ad esempio il tipo di dato ERRORE è un
  cluster contenente un booleano STATUS ed un
  intero ERROR CODE) sfruttiamo le funzioni BY
  NAME
• Un array può essere sempre convertito in cluster,
  ma non sempre è possibile linverso

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Esercizio 008

• prova tu
• Cluster ed operazioni su cluster
• Riprendere lesercizio 007
• Alleggerire il ricorso alla memoria memorizzando
  e visualizzando le informazioni di max,min, media
  e dev.st solo sotto forma di cluster(per
  facilitare il calcolo aggiungere al cluster anche
  linformazione del numero di campioni da cui i
  dati derivano)
• Mantenere in memoria solo i dati dellultima
  generazione di dati
• Visualizzare sia lultimo set di dati che lo
  storico temporale
• eliminare il pulsante calcola e fare in modo che
  si avvii automaticamente al termine della
  generazione di numeri

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WaveForms Signals

• Oltre ai dati classici già presentati esistono
  alcuni tipi di dati particolari dedicati a
  generare, rappresentare ed analizzare forme
  donda
• Un tipo di dato fondamentale è il waveform, per
  il quale esistono una serie di VI ed operatori
  già definiti
• Molti indicatori od operatori sono POLIMORFICI e
  si adattano al tipo di dato che viene collegato,
  waveform e signals compresi
• Questi tipi di dati sfruttano un set di VI
  autonomi per lettura e scrittura su file

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Esercizio 009

• prova tu
• Riprendere lesercizio 008
• Sfruttando gli operatori per la costruzione di
  waveform aggiungere ai dati generati casualmente
  linformazione della frequenza di campionamento
  impostabile tramite un controllore numerico letto
  in avvio.
• Impostare come istante di inizio della waveform
  lora attuale tramite gli operatori TIME/DATE

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Esercizio 010

• prova tu
• Mantenere il block diagram ordinato!
• Riprendere lesercizio 009
• Sostituire alloperatore di costruzione delle
  waveform un operatore specifico di generazione di
  waveform a rumore bianco
• Sommare alla waveform a rumore bianco una
  sinusoidale generata secondo gli stessi
  parametri, di cui siano impostabili frequenza e
  ampiezza
• Fare in modo che siano sommabili N sinusoidi

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LabView EXPRESS

• I componenti express consentono di sviluppare
  rapidamente applicazioni di analisi ed
  interpretazione misure
• Sono VI polimorfici con un apposito wizard di
  configurazione
• Spesso richiedono di riavviare il VI per poter
  funzionare correttamente (son progettati per un
  VI monouso)

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Esercizio 011

• prova tu
• Componenti express
• Riprendere lesercitazion 010
• Sfruttando un operatore EXPRESS visualizzare su
  di un grafico a parte la componente in ampiezza
  della FFT del segnale generato
• Fare in modo che lFFT visualizzata sia il
  risultato di una media di N generazioni
• In caso di errore visualizzarlo allutente ed
  interrompere lesecuzione del programma

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• Elaborato 02

• Prendere confidenza con i vari tipi di strutture
  di controllo
• Capire la distinzione tra TUNNEL, SHIFT REGISTER
  ed INDEX
• Controlli e operatori waveform
• Controlli express per lanalisi modale

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Misure industriali con labview

• Labview III
• Lettura e scrittura da file

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Leggere Dati da File

• Esistono vari tipi di file che LabView può
  leggere, sia nativamente che interpretando
  stringhe formattate

• I più comuni sono i file SPREADSHEET, file ASCII
  che rappresentano numeri a virgola mobile
  separati in righe e colonne da tabulatori od
  altro, ad esempio i CSV, separati da e
  facilmente leggibili in EXCEL
• Unalternativa sono FILE DI TESTO, file ASCII che
  riportano solo array di stringhe (una per riga),
  ma che richiedono una conversione tramite parsing
• I FILE BINARI scritti da LabView sono di lettura
  immediata e riproducono esattamente i valori
  salvati senza bisogno di alcuna conversione.
• I DATALOG possono essere letti direttamente senza
  conversione, prestando però attenzione alla
  sequenzialità con cui sono stati salvati in
  origine

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Salvare Dati su File

• Esistono vari tipi di file che LabView può
  scrivere, da utilizzare a seconda del dato che si
  vuole salvare

• I più comuni sono i file SPREADSHEET, file ASCII
  che rappresentano numeri a virgola mobile
  separati in righe e colonne da tabulatori od
  altro
• Unalternativa sono FILE DI TESTO, file ASCII che
  riportano solo array di stringhe (una per riga)
• I FILE BINARI rappresentano qualsiasi tipo di
  dato, ma sono leggibili solo da LabView
• I DATALOG sono file binari ad accesso rapido,
  utili per tracciare landamento di valori nel
  corso dellesecuzione del programma

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Componenti EXPRESS

• Esistono anche funzioni ExpressVI per la lettura
  e la scrittura di forme donda e di vari dati
  dinamici
• Questi file sono chiamati MEASUREMENT FILES e
  possono essere sia binari che testuali
• Luso di questi ExpressVI permette di configurare
  rapidamente un gran numero di opzioni di
  salvataggio

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Esercizio 012

• prova tu
• OBIETTIVOPermettere di salvare dei dati
  generati in formato testuale
• Permettere di salvare stringhe e cluster in
  formato binario
• Sfruttando loperatore RANDOM generare una forma
  donda di durata impostabile dallutente e
  frequenza fissa a 10kHz composta dalla
  sovrapposizione di una sinusoide (di ampiezza e
  frequenza impostabili dallutente) e del rumore
  bianco di ampiezza massima 1V
• Salvare la forma donda così generata in un
  formato testuale (csv)
• Salvare la forma donda in un file binario
• Salvare in un cluster i parametri di generazione
  (frequenze, ampiezze) e salvarlo in un file
  binario

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Esercizio 013

• prova tu
• OBIETTIVOPermettere di leggere dei dati
  importati in formato testuale
• Permettere di leggere dati in formato binario
• Riprendere i file salvati nellesercizio 012
• Importare la forma donda da un formato testuale
  (csv) e visualizzarla su di un grafico
• Importare la forma donda da un formato binario e
  visualizzarla su di un grafico
• Visualizzare su controlli opportuni le
  impostazioni precedentemente salvata in un
  cluster e salvate su binario

49

• Elaborato 03

• Prendere confidenza con i vari tipi di formato di
  salvataggio
• Comprendere i vantaggi e gli svantaggi del
  salvataggio in file testuali
• Valutare le dimensioni dei file binari e
  testuali
• Salvare un file in maniera continua
• Utilizzare i datalog

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Misure industriali con labview

• Labview IV
• Gestione degli errori e subvi

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subVI

• La programmazione in LabView, essendo prettamente
  grafica, richiede più che in altri ambiti
  modularità e possibilità di riutilizzo
• Lobiettivo nello sviluppare un VI è quello di
  realizzare un block diagram autoesplicativo
• Per ottenere tutto ciò si fa ricorso ai subVI,
  ovvero alla possibilità di ogni VI di essere
  richiamato allinterno di un altro VI

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Icona dei Connettori

• Ogni VI può essere a sua volta incluso in un
  altro VI come un subVI.
• Ogni operatore dello schema a blocchi è in realtà
  un subVI
• Licona dei connettori definisce input ed output
  di ogni subVI
• Un subVI espone la sua icona dei connettori al
  posto del pannello frontale

53
Icona dei Connettori

• Anche per la definizione di input ed output si
  procede per via grafica
• Licona dei connettori, in modalità show
  connectors, permette di associare ogni elemento
  del front panel ad un terminale del VI
• Ogni terminale può essere consigliato (default),
  obbligatorio od opzionale
• È importante mantenere la convenzione che vuole
  gli input a sinistra e gli output a destra

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Esercizio 014

• prova tu
• RIPRENDERE LESERCIZIO 012
• OBIETTIVOTrasformare il vi di generazione della
  sinusoide in un subVI
• Separare il vi precedente in due blocchi
  distinti generazione e salvataggio
• Rimuovere tutti gli elementi il cui UNICO scopo è
  linterazione con lutente
• Facendo attenzione alluso delle icone e dei
  connettori creare due subvi uno per la
  generazione della forma donda, laltro per il
  salvataggio
• ATTENZIONE ALLUSO DI INPUT E OUTPUT!!MANTENERE
  SEMPRE LA LETTURA DA SINISTRA A DESTRA!

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Modalità di Esecuzione

• Grazie alla finestra VI properties possiamo
  definire varie proprietà di esecuzione del subVI,
  la principale rimane però la modalità di
  esecuzione
• Lesecuzione è detta reentrant se possono
  esistere più istanze del medesimo subVI in
  esecuzione in contemporanea
• Lesecuzione è invece non-reentrant se esiste una
  sola istanza del subVI cui accedono
  successivamente i vari VI che lo richiamano
• In entrambi i casi un unica istanza del subVI
  viene collegata ad ogni VI che lha richiamata,
  rendendo quindi possibili operazioni iterative in
  successione (ad esempio un inizializzazione di
  una risorsa solo alla prima chiamata od un
  contatore interno)

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Errori RunTime

• Gli errori si distinguono a seconda
  dellutilizzatore che li genera
• se avvengono mentre stiamo progettando il VI sono
  errori di DESIGN TIME e impediscono lavvio del
  VI stesso
• se avvengono quando il VI è in esecuzione sono
  errori di RUNTIME e non sono prevedibili a priori
• Ogni subVI in grado di generare errori deve
  prevedere un errore in input ed uno in output

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Il Flusso degli Errori

• Ogni VI che può generare un errore RunTime
  dispone di due connettori, chiamati error in (no
  error) ed error out
• Il tipo di dati che gestiscono questi terminali è
  un cluster particolare, composto da status,
  codice e messaggio
• Alcuni controlli, come il blocco case, sono in
  grado di adattarsi al tipo di dato errore grazie
  al polimorfismo

58
Il Flusso degli Errori

• un VI che trovi un error in diverso da no error
  non viene eseguito, ma passa lerrore al
  terminale error out direttamente
• un VI che riscontri un errore RunTime scrive sul
  suo terminale error out lerrore riscontrato, se
  nulla è collegato ad error out, compare una
  finestra di errore standard allutente

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Sequenze di esecuzione

• Lavorando in dataflow non si possono controllare
  le sequenze di operazioni ma solo il flusso di
  dati
• Flussi paralleli avvengono secondo le
  disponibilità del processore e dellhardware e
  non possiamo quindi definirne la sequenza
• Nel caso delle operazioni debbano necessariamente
  essere eseguite in successione possiamo ricorrere
  al FLUSSO DEGLI ERRORI per imporre una sequenza
  specifica
• Oltre agli errori anche altri tipi di dato
  contenenti risorse (task, handle, file) sfruttano
  una catena di connettori IN/OUT utili per creare
  sequenze

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Esercizio 015

• prova tu
• RIPRENDERE LESERCIZIO 014
• OBIETTIVOAggiungere al subVi la gestione degli
  errori
• Aggiungere ai subvi i terminali di errore ed
  evitare che vengano eseguiti in caso di errore
  (comportamento standard)
• Fare in modo che la forma donda generata sia la
  somma di due forme donda definite
  indipendentemente
• Provare a ripetere la medesima operazione con
  subvi reentrant
• ATTENZIONE ALLA CATENA DEGLI ERRORI!

61
Misure industriali con labview

• Labview V
• Progetti, librerie ed eseguibili

62
Progetti

• Qualora sia necessario sviluppare unapplicazione
  od un vi complesso (formato da più subvi) è utile
  riunire tutti i vi generati in un gruppo più
  esteso il progetto
• Un progetto è dato dallunione di vari elementi
  fondamentali
• Uno o più TARGET (su che hardware vogliamo
  sviluppare)
• Uno o più VI allinterno del target
  eventualmente ragruppati in cartelle virtuali per
  comodità
• Eventualmente una o più LIBRERIE che riuniscono
  VI con funzioni coordinate tra di loro (anche non
  sviluppate da noi)
• Una o più BUILD SPECIFICATIONS e cioè
• Uno o più eseguibili da compilare unendo i vi
  creati
• Uno o più installer per installare i programmi
  creati

63
Progetto
TARGET
VI
Libreria
VI da cuidipendeil progetto
Installer
Eseguibile
64
Librerie

• Consentono di riunire VI che abbiano funzioni
  coordinate tra di loro
• Consentono il trasferimento in maniera semplice
  di gruppi di vi molto ramificati
• Offrono lopportunità di introdurre elementi
  aggiuntivi ai vi le variabili di rete
• Offrono molti vantaggi se usati in combinazione
  con i file collettori LLB (gruppi di vi compressi
  in un unico file per facilitarne il
  trasferimento)
• Possono essere compilate e trasferite in forma
  vincolata ad un terzo utilizzatore

65

• Elaborato 04

• Riunire tutti i vi svolti finora in un unico
  progetto
• Comprendere le implicazioni delluso di progetti,
  librerie ed llb
• Creare un eseguibile ed un installer
• DEFINIRE UN PROPRIO PROGETTO ED UNA LIBRERIA DI
  VI

66
GUM

• Guida ISO allespressione dellincertezza di
  misura (GUM)
• ISO Guide to the Expression of Uncertainty in
  Measurement
• Cenni di teoria
• Esercizi

67
Incertezza di misura

• Ogni volta che si voglia misurare un fenomeno (o
  un oggetto) significa che ad esso, che è reale,
  si sta applicando un modello, di cui si vogliono
  stimare i parametri caratteristici.
• Lincertezza da cui è affetta la stima di un
  parametro deriva dalle differenze che esistono
  tra la realtà ed il modello che la rappresenta,
  dal fatto che i trasduttori con cui la misura
  viene realizzata non sono ideali, dalloperatore
  che esegue la misura, da grandezze non sotto
  controllo che possono interferire con la misura,
  ecc
• Lincertezza non può essere
• completamente evitata,
• la maggior parte di essa
• può essere stimata, una
• parte di essa può essere ridotta.
• È importante ricordare che il
• MODELLO è scelto in funzione di ciò che si vuole
  misurare

68
Incertezza di misura

• Ad ogni misura o stima va associato un valore di
  incertezza
• Approcci diversi conducono alla stessa
  conclusione
• Il valore vero non esiste, o
• Se il valore vero esiste è sconosciuto
• Si utilizzano funzioni di distribuzione di
  probabilità per descrivere il risultato di una
  misura

69
Terminologia

• misurazioneprocesso sperimentale attraverso
  il quale si ottengono informazioni circa
  lintensità di una certa quantità o
  grandezza(implica una procedura di misura basata
  su un MODELLO teorico)
• misurandooggetto di una misurazione, quantità
  (o grandezza) che deve essere misurata
• misura o risultato della misurazioneinsieme
  di valori ragionevolmente attribuibili al
  misurando. Solitamente la misura è espressa
  fornendo la stima del misurando con il relativo
  valore di incertezza.
• incertezzadispersione dei valori del
  misurando
• ERROREquantità che dovrebbe essere corretta o
  evitata. Termine che non si deve utilizzare
  riferendosi allincertezza
• valore veroobiettivo ideale della stima
  attraverso la misura non esiste o non è
  conoscibile

70
Incertezza di misura

• Lincertezza può essere stimata
• Per mezzo di valutazioni basate sullesperienza
  (storico di dati, analisi della documentazione
  tecnica, esperienze precedenti )
• CATEGORIA B FDP ipotizzata
• Per mezzo di misure ripetute dello stesso
  misurando (analisi statistica dei risultati)
  CATEGORIA A FDP misurata
• Per mezzo della propagazione dellincertezza, nel
  caso di misure indirette incertezza combinata
  FDP combinata

71
Propagazione dellincertezza (GUM)

• APPROCCIO GENERALE
• Considera eventuali correlazioni
• Polinomio approssimato alle derivate di primo
  grado
• Date u(xi), incertezza associata al valore xi e
  r(xi,xj), coefficiente di correlazione lineare
  tra xi and xj

72
Propagazione dellincertezza (GUM)

• FORMA SEMPLIFICATA
• Viene utilizzata quando i parametri sono fra loro
  indipendenti (non vi sono incertezze correlate)

73
Esercizio 1 Modulo di elasticità tangenziale

• Considerando limmagine sottostante, si vuole
  misurare il modulo di elasticità tangenziale G
  della barra di acciaio per mezzo
  dellapplicazione di un momento torcente T e
  della misura dello spostamento angolare ?
  conseguente.

74
Esercizio 1 Modulo di elasticità tangenziale

• Sono state raccolte le seguenti informazioni
  sulle grandezze coinvolte
• 2R 16 mm (calibro ventesimale)
• L 1 m (tolleranza di produzione 10mm)
• 2a 240 mm (metro con tacche da 1 mm)
• ? 0.81 rad (encoder ottico suddiviso in 360
  unità)
• Della forza F N sono state effettuate le
  seguenti misure ripetute, per mezzo di un
  dinamometro digitale

75
Esercizio 1 Soluzione

• 1) TROVARE LEQUAZIONE RISOLVENTE CHE LEGHI TUTTI
  I PARAMETRI
• È unequazione in forma chiusa?
• È fortemente non lineare nellintorno del valore
  stimato?
• Le grandezze coinvolte sono fra loro indipendenti?

76
Esercizio 1 Soluzione

• 2) IDENTIFICAZIONE DELLE GRANDEZZE COINVOLTE
• Categoria A,B
• Unità di misura
• Valore stimato
• Distribuzione di probabilità
• Incertezza associata
• Coefficiente di influenza(derivata parziale del
  I ordine)
• NB le unità di misura devono essere COERENTI!

77
Esercizio 1 Soluzione

• CATEGORIA An misure ripetute
• (dello stesso misurando)
• Valore stimato media
• Incertezza varianza/n½
• Gradi di libertànum del campione num parametri
  stimati

In teoria i gradi di libertà sono utilizzati per
ESTENDERE lincertezza, noi non li utilizziamo
78
Esercizio 1 Soluzione

• CATEGORIA Bsi ottiene con valutazioni basate
  sullesperienzastima della FDP e dei sui
  parametri caratteristici
• Triangolaremedia stimasemiampiezza a
• Uniformemedia stimasemiampiezza a
• Normalemedia stimavarianza s²

a
x
a
x
s
x
79
Esercizio 1 Soluzione

• Si calcolano i dati statistici derivanti
  dallincertezza di categoria A
• Il modo migliore di procedere è riempire una
  tabella nelle cui righe si trovano le grandezze
  coinvolte e nelle colonne i valori necessari per
  calcolare lincertezza

80
Esercizio 1 Osservazioni

• Quando nella stima dellincertezza di misura il
  principale contributo è rappresentato dalla
  risoluzione, si utilizza il seguente
  approccio FDP uniforme semiampiezza metà
  risoluzionema come regola pratica si usa
  comunemente FDP uniforme semiampiezza
  risoluzionein favore della sicurezza
• Quando si misurano grandezze indirette è
  importante ricordare di calcolarne lincertezza
  utilizzando il metodo di propagazione. Ad es. se
  2R è un diametro, misurato con unincertezza di
  0.028 mm, e si vuole calcolare il raggio
  R u²(R)u²(2R)/4gtu(R)u(2R)/2

81
Esercizio 1 Soluzione

• Si stimano i coefficienti di influenza ci
  utilizzando le derivate parziali, calcolate
  numericamente o analiticamente nel valore stimato
  della grandezza considerata.
• Se necessario si calcolano i coefficienti di
  correlazione, sebbene sia meglio, se possibile,
  scrivere lequazione che descrive il fenomeno in
  modo che tutte le grandezze siano indipendenti
  fra loro.

82
Esercizio 1 Soluzione

• 3) CALCOLARE LA STIMA DELLA GRANDEZZA DERIVATA
• 4) CALCOLARE LINCERTEZZA COMBINATA

Lincertezza può essere espressa con al più due
cifre significative e il valore stimato deve
avere la stessa risoluzione dellincertezza
83
Esercizio 1 Soluzione

• 5) CALCOLARE LINCERTEZZA ESTESA
• Si sceglie un livello di fiducia es. 99
• Si determina il fattore di copertura utilizzando
  la distribuzione normale standardizzata
• 6) SCRIVERE IL RISULTATO IN FORMA RIGOROSA
• G70429 MPa (P99) oppureG70429 MPa
  (k2.58) oppureG704 MPa U99 (G)29 MPa

84
Esercizio 1 Analisi approfondita

• UMF Fattore di amplificazione (Uncertainty
  Magnification Factor)
• Indica di quanto viene amplificata lincertezza
  di ciascuna grandezza in ingresso in funzione
  dellequazione che descrive il fenomeno.
• DIPENDE SOLO DALLEQUAZIONE SCELTA
• Utile nellanalisi che precede lacquisto di un
  trasduttore, in modo da identificare le grandezze
  più (UMFgt1) o meno (UMFlt1) critiche

85
Esercizio 1 Analisi approfondita

• UPC Uncertainty Percentage Contribution
• Indica quanta dellincertezza combinata dipende
  dallincertezza della grandezza in ingresso
• Tiene conto sia dellequazione che rappresenta il
  modello sia delle incertezze realmente coinvolte
• Utile per controllare se vi siano alcune
  grandezze la cui misura vada migliorata

86
Riassunto dellapproccio basato sulla GUM

• VANTAGGI
• Facile da usare, semplicità dei calcoli richiesti
• Permette di introdurre utili indicatori (UPC,UMF)
• Permette di ottenere una visione globale del
  processo di misura
• SVANTAGGI
• Lapprossimazione del problema è solo al primo
  ordine
• Richiede che lequazione risolvente sia in forma
  chiusa
• Può nascondere gradi di libertà

87
Esercizio 2 Altezza di un edificio

• Dalle misure di un edificio ottenute utilizzando
  un odometro avente diametro 300 mm e 100
  divisioni ed un inclinometro, avente passo pari a
  1/10 di grado, si sono ottenuti i seguenti valori
• ?161.5 ?2-8.0 L15m
• h1 Ltg?1
• h2 Ltg?2
• H h1h2
• H L(tg?1tg?2)
• Ricavare laltezza delledificio come misura
  indiretta, scrivendo il risultato in forma
  rigorosa, riportando lincertezza di misura
  estesa al 95

?1
H
?2
L
H29.73 0.14 m (k1.96)
88
Esercizio 3 Punta su un disco

• Viene chiesto di misurare il carico applicato ad
  una punto che striscia su un disco che ruota in
  una prova volta a determinare il coefficiente di
  attrito fra i due oggetti, in funzione del
  materiale di cui sono costituiti. Il carico viene
  esercitato per mezzo di un attuatore idraulico,
  utilizzando un moltiplicatore di pressione
  rappresentato in figura.
• Sapendo che il diametri sono stati misurati
  utilizzando un calibro ventesimale e considerando
  le pressioni in figura, quale trasduttore è il
  più adatto allo scopo, sapendo che hanno lo
  stesso prezzo?
• Quale incertezza può essere associata alla misura
  dal carico?
• Trasduttore 1 fondo scala 300 kPa,
  incertezza complessiva 1FS Trasduttore 2
  fondo scala 10 MPa, incertezza complessiva 2FS

89
GUM

• Guida ISO allespressione dellincertezza di
  misura (GUM)
• ISO Guide to the Expression of Uncertainty in
  Measurement
• Esercizi

90
Incertezza di misura

• Ad ogni misura o stima va associato un valore di
  incertezza
• Approcci diversi conducono alla stessa
  conclusione
• Il valore vero non esiste, o
• Se il valore vero esiste è sconosciuto
• Si utilizzano funzioni di distribuzione di
  probabilità per descrivere il risultato di una
  misura

91
Incertezza di misura

• Lincertezza può essere stimata
• Per mezzo di valutazioni basate sullesperienza
  (storico di dati, analisi della documentazione
  tecnica, esperienze precedenti )
• CATEGORIA B FDP ipotizzata
• Per mezzo di misure ripetute dello stesso
  misurando (analisi statistica dei risultati)
  CATEGORIA A FDP misurata
• Per mezzo della propagazione dellincertezza, nel
  caso di misure indirette incertezza combinata
  FDP combinata

92
Propagazione dellincertezza (GUM)

• FORMA SEMPLIFICATA
• Viene utilizzata quando i parametri sono fra loro
  indipendenti (non vi sono incertezze correlate)

93
Approccio basato sulla GUM

• IDENTIFICARE LEQUAZIONE RISOLVENTE- controllare
  lapplicabilità dellapproccio semplificato
• IDENTIFICARE LE GRANDEZZE COINVOLTE- categoria,
  incertezza, coefficienti di influenza
• CALCOLARE IL VALORE STIMATO
• CALCOLARE LINCERTEZZA COMBINATA- propagare le
  incertezze
• CALCOLARE LINCERTEZZA ESTESA - scegliere un
  opportuno fattore di copertura,
• adeguato al livello di fiducia richiesto
• SCRIVERE IL RISULTATO IN FORMA RIGOROSA
• G70438 MPa (P99) oppure G70438 MPa
  (k2.58) oppureG704 MPa U99 (G)38 MPa

94
Analisi approfondita UMF

• UMF Fattore di amplificazione (Uncertainty
  Magnification Factor)
• Indica di quanto viene amplificata lincertezza
  di ciascuna grandezza in ingresso in funzione
  dellequazione che descrive il fenomeno.
• DIPENDE SOLO DALLEQUAZIONE SCELTA
• Utile nellanalisi che precede lacquisto di un
  trasduttore, in modo da identificare le grandezze
  più (UMFgt1) o meno (UMFlt1) critiche

95
Analisi approfondita UPC

• UPC Uncertainty Percentage Contribution
• Indica quanta dellincertezza combinata dipende
  dallincertezza della grandezza in ingresso
• Tiene conto sia dellequazione che rappresenta il
  modello sia delle incertezze realmente coinvolte
• Utile per controllare se vi siano alcune
  grandezze la cui misura vada migliorata

96
Esercizio 2 Altezza di un edificio

• Dalle misure di un edificio ottenute utilizzando
  un odometro avente diametro 300 mm e 100
  divisioni ed un inclinometro, avente passo pari a
  1/10 di grado, si sono ottenuti i seguenti valori
• ?161.5 ?2-8.0 L15m
• h1 Ltg?1
• h2 Ltg?2
• Hh1h2
• HL(tg?1tg?2)
• Ricavare laltezza delledificio come misura
  indiretta, scrivendo il risultato in forma
  rigorosa, riportando lincertezza di misura
  estesa al 95

• ?1

• H

• ?2

• L

• H29.73 0.14 m (k1.96)

97
Esercizio 2 Altezza di un edificio

• Equazione risolvente H L(tg?1tg?2)
• Grandezze coinvolte- L - distanza incertezza
  di categoria B
• - ?1 angolo incertezza di categoria B - ?2
  angolo incertezza di categoria B

98
Esercizio 2 Altezza di un edificio

• Grandezze coinvolte L15mm incertezza di
  categoria Bmisurata per mezzo di un
  odometro(diametro 300 mm, 100 divisioni)1
  divisionp300mm/1009.4mm0.0094msi assume una
  distribuzione uniforme con semiampiezza a pari
  alla divisione più
• piccola

• La semiampiezza a sarebbe dovuta essere uguale a
  metà della divisione più piccola, ma come regola
  pratica, se la misura è poco accurata si usa
  lampiezza intera della divisione più piccola.

• a

• x

99
Esercizio 2 Altezza di un edificio

• Grandezze coinvolte ?161.51.073 radrad
  incertezza di categoria Bmisurata per mezzo di
  un inclinometro(divisione 1/10 di grado)1
  divisione 0.1 0.0017 rad si assume una
  distribuzione uniforme con semiampiezza a pari
  alla divisione più piccola
• Lo stesso per ?2 -8 -0.140rad

• a

• x

100
Esercizio 2 Altezza di un edificio

• Coefficienti di influenza
• 2.066 m15 m

101
Esercizio 2 Altezza di un edificio

• INCERTEZZA COMBINATA,INCERTEZZA ESTESA e
• RISULTATI DELLA MISURA
• H 29.73 m U95(H) 0.14mH (29.73 0.14) m
  (k 1.96)H (29.73 0.14) m (P 95)
• Analisi critica UMF, UPC

102
Incertezza di misura

• Ad ogni misura o stima va associato un valore di
  incertezza
• Approcci diversi conducono alla stessa
  conclusione
• Il valore vero non esiste, o
• Se il valore vero esiste è sconosciuto
• Si utilizzano funzioni di distribuzione di
  probabilità per descrivere il risultato di una
  misura

103
Compatibilità fra misure diverse della stessa
grandezza

• Misure diverse della stessa grandezza risultano
  compatibile, con un certo livello di fiducia,
  quando i loro intervalli fiduciari si
  sovrappongono
• Es.velocità della mia automobile misurata per
  mezzo di un segnale GPS72 1km/h (P
  95)velocità della mia automobile misurata per
  mezzo di un tachimetro
• 757km/h (P95)velocità della mia automobile
  misurata dalla polizia808km/h (P95)
• i risultati delle tre misure si riferiscono allo
  stesso misurando? Le tre misure sono COMPATIBILI?

104
Compatibilità fra misure diverse della stessa
grandezza

• Sì, le misure sono compatibili con un livello
  di fiducia del 95, perché esiste un intervallo
  (in rosso) in comune fra le tre misure
• Si può affermare che le tre misure non sono
  diverse, con un livello di fiducia del 95

Un ulteriore esempioil sistema di controllo di
sistema di serraggio indica il valore di F 89N
con tolleranza al 95 data, pari a 1 Nla forza
dello stesso sistema di serraggio viene misurata
con misure ripetute utilizzando una cella di
carico, ottenendo il seguente risultato F
89,91,90,92,89,89,91 N le due misure sono
COMPATIBILI al 99?
105
Compatibilità fra misure diverse della stessa
grandezza

• Un ulteriore esempioF 89 N con tolleranza al
  95 data, pari a 1 NIncertezza estesa al 95
  1 N se si suppone una distribuzione normale, si
  può calcolare lincertezza standard (k1)
  dividendo per k951.96 gt u(F) 0.51 N gt
• gt U99(F) k99 u(F) 2.58 x 0.51 N 1.3
  N intervallo di fiducia 87.7 N 90.3 N
• misure ripetute F 89,91,90,92,89,89,91
  Nmedia F 90.14 N deviazione standard s
  1.215 Nnumero di campioni n 7 gt v n-1 6
  gradi di libertàPer estendere lincertezza di
  misure ripetute con n lt 30 si usa la
  distribuzione t di Student gt k t99,v 3.71
  gt U99(F) 1.7 N intervallo di fiducia 88.4
  N 91.8 N
• Sì, le misure sono compatibili con un livello di
  fiducia del 99 i due intervalli si
  sovrappongono fra 88.4 N e 90.3 N

106
Esercizio 3 Punta su un disco

• Viene chiesto di misurare il carico applicato ad
  una punto che striscia su un disco che ruota in
  una prova volta a determinare il coefficiente di
  attrito fra i due oggetti, in funzione del
  materiale di cui sono costituiti. Il carico viene
  esercitato per mezzo di un attuatore idraulico,
  utilizzando un moltiplicatore di pressione
  rappresentato in figura.
• Sapendo che il diametri sono stati misurati
  utilizzando un calibro ventesimale e considerando
  le pressioni in figura, quale trasduttore è il
  più adatto allo scopo, sapendo che hanno lo
  stesso prezzo?
• Quale incertezza può essere associata alla misura
  dal carico?
• Trasduttore 1 fondo scala 300 kPa,
  incertezza complessiva 1FS Trasduttore 2
  fondo scala 10 MPa, incertezza complessiva 2FS

107
Esercizio 3 Punta su un disco

• Ipotesi A
• si utilizza il trasduttore 1 per misurare p2 con
  unincertezza di 6 kPa
• Ipotesi B- si utilizza il trasduttore 2 per
  misurare p1 con unincertezza di 100 kPa

• La miglior soluzione è data dallipotesi B,
  perché lincertezza che ne deriva è inferiore
• Cosa accadrebbe se lincertezza relativa del
  trasduttore 1 fosse pari a 1FS?

108
GUM e METODO MONTECARLO

• Metodo MonteCarlo
• Applicazioni per lanalisi dellincertezza di
  misura

109
Incertezza approccio GUM

• Forma semplificata
• Da usare solo se
• Lequazione è in forma chiusa
• La funzione è linearmente approssimabile vicino
  al punto di stima
• I parametri coinvolti sono indipendenti
• Ma se queste condizioni non sono rispettate?

110
Incertezza approccio GUM

• PROBLEMA
• A volte lequazione non è risolubile in forma
  chiusa
• ad esempio per determinare il raffreddamento di
  unaletta come ottengo il coefficiente h?

• t

• w

• L

111
Incertezza Metodo Montecarlo

• 1) Rendere il sistema replicabile automaticamente
• Identificare le variabili in gioco e le loro
  distribuzioni di probabilità

112
Incertezza Metodo Montecarlo

• 3) Generare numericamente M campioni casuali per
  ciascuna delle N variabili di ingresso secondo le
  distribuzioni stimate, ottenendo una matrice
  MxN(la GUM suggerisce Mgt30 000)
• Controllare che i campioni casuali seguano la
  distribuzione desiderata!

• K1.KM

• k

113
Incertezza Metodo Montecarlo

• Come estraggo da una PDF un numero casuale?
• Usando un generatore pseudorandom uniforme e la
  cumulata della distribuzione di probabilità

• Programmi di calcolo come excel hanno già a
  disposizione le densità di probabilità cumulate
  (es INV.T)
• Labview fornisce anche una palette apposita per
  generare numeri casuali

114
Incertezza Metodo Montecarlo

• Applico automaticamente ad ogni riga della
  matrice il sistema di calcolo, ottenendo M
  campioni del risultato ricercato
• Di solito questo implica un ciclo FOR
  particolarmente numeroso

115
Incertezza Metodo Montecarlo

• Disegno listogramma dei risultati ottenuti
  (simulazioni).
• Estraggo dallistogrammamedia gt stima del
  risultatodeviazione standard gt incertezza
  standardpercentile (1-a/2)-P(a/2) gt incertezza
  estesa

116
Incertezza Metodo Montecarlo

• VANTAGGI
• Adatto con sistemi non lineari
• Non richiede approssimazioni
• Non richiede equazioni in forma chiusa
• Funziona anche con algoritmi risolutivi
• SVANTAGGI
• Implementazione numerica pesante
• Difficile ottenere indici quali UMF e UPC
• La stabilità dipende dal numero di prove

117
Incertezza Metodo Montecarlo

• Esercizio 4 statistica di base
• Simulare il lancio di un dado a otto facce e
  verificare che rispetti la distribuzione uniforme
• Simulare il lancio di 3d8, sommarne i valori e
  valutare listogramma dato dal risultato di 10000
  lanci simulati
• Esercizio 5 stima dellincertezza
• Ripetere lesercizio 1 della GUM e valutare se le
  due stime sono o meno compatibili tra loro.
• Valutare anche le differenze tra le incertezze.

118
Modello generale di trasduttore

• Modello generale di trasduttore
• Come leggere la scheda tecnica di un trasduttore

119
Modello generale di trasduttore
Informazioni sulle caratteristiche fisiche
Dati numerici
Sistema di misura
Catena di misura
TRASDUTTORE
Condizionamento e Amplificazione
Sistema di acquisizione - ADC - Filtri
MISURANDO
PRESENTAZIONE DEI DATI
SENSORE
SONDA
Segnale elettrico
Strumento di misura
120
Terminologia

• sondaparte esterna del sensore o del
  trasduttore, di solito portatile
• sensoreelemento del trasduttore direttamente
  affetta dal misurando
• trasduttoredispositivo che fornisce in uscita
  una quantità che dipende dallintensità del
  misurando
• strumento di misuradispositivo che viene
  utilizzato per eseguire delle misurazioni, da
  solo o collegato ad altri dispositivi
• sistema di misurainsieme degli strumenti di
  misura e di tutti gli altri dispositivi necessari
  allo svolgimento e realizzazione della
  misurazione catena di misuraserie degli
  elementi che compongono il sistema di misura e
  che costituiscono il percorso dallingresso
  alluscita del segnale

121
Modello Generale di Trasduttore

• Sonda
• opzionale, esterna, parte del sensore o del
  trasduttore direttamente a contatto col misurando
  o immerso in esso, di solito portatile or
  staccabile.
• Esempiole sonde per misurare il contenuto di
  umidità sono costituite da una coppia di
  elettrodi che vengono inseriti nel materiale di
  cui si vuole misurare lumidità.
• NBin alcuni campi i termini sonda e sensore
  sono utilizzati come sinonimi, poiché in alcuni
  sensori comuni, come le termocoppie, la sonda è
  il sensore.

sonde
122
Modello Generale di Trasduttore

• Sensore
• parte principale del trasduttore, direttamente
  affetta dal misurando e dal principio di misura
• EsempiIl flussimetro del rotore di una turbina
  la bobina sensibile di una PT100. Nei
  piezoaccelerometri il sensore è un blocco di
  quarzo eccitato grazie per mezzo della
  compressione esercitata da una piccola massa
  interna al trasduttore, che in questo caso è
  composto dal sensore e dal circuito necessario al
  trasferimento in uscita delle cariche.

123
Modello Generale di Trasduttore

• Trasduttoredispositivo che fornisce in uscita
  una grandezza che dipende dallintensità del
  misurando.
• Di solito la relazione fra misurando e uscita è
  lineare, ma non sono esclusi altri tipi di
  relazione.
• Esempionei potenziometri il trasduttore è
  linsieme del cursore (sensore) che scorre su una
  resistenza fissa e del circuito di alimentazione
  e misura.

124
Modello Generale di Trasduttore
SISTEMA DI MISURA
STRUMENTO DI MISURA
CONDIZIONAMENTO
TRASDUTTORE
ACQUISIZIONE DEI DATI
SENSORE
SONDA non esterna
125
Modello Generale di Trasduttore
Parametri di influenza
qin
qout
TRASDUTTORE
INGRESSO
USCITA
misurando
visualizzazione dati
Il modello generale di trasduttore non considera
le leggi fisiche che regolano il funzionamento
del trasduttore, bensì tiene conto solo della
relazione che intercorre fra ingresso (MISURANDO)
ed uscita (VISUALIZZAZIONE DATI) del trasduttore.
126
Modello Generale di Trasduttore

• Spiega adeguatamente qualsiasi trasduttore,
  indipendentemente dal principio fisico utilizzato
  per la misura
• Consente di spiegare un trasduttore complesso
  attraverso la composizione di più trasduttori
  elementari
• La relazione che lo rappresenta coinvolge solo
  ingresso ed uscita ed è affetta da incertezza
• Misura f(Lettura)
• Tale relazione può essere trovata nel diagramma
  di taratura ed è nota come curva di taratura

127
Taratura statica diagramma di taratura
Intervallo fiduciario
Curva di taratura
TRANSDUCER
Portata
Intervallo di Misura
Full Scale Output
Intervallo di lettura
128
Taratura statica diagramma di taratura
Curva di taratura
TRANSDUCER
Intervallo fiduciario
129
Taratura statica diagramma di taratura
TRANSDUCER
ks sensibilità statica in un determinato punto
della curva output/input Offset valore
delluscita quando lingresso è nullo output
130
Modello Generale di Trasduttore

• Sensibilità staticaderivata prima delluscita
  del traduttore rispetto allingresso, quando sia
  ingresso che uscita non variano nel tempo.
• OffsetValore costante della lettura quando
  lingresso è nullo. Se non viene corretto può
  indurre in errori sistematici o deviazioni
  (bias).
• Risoluzionela più piccola variazione
  dellingresso che conduce ad una variazione
  visibile delluscita

131
Modello Generale di Trasduttore

• Sensibilità al fattore di influenzaderivata
  prima delluscita del trasduttore rispetto al
  fattore interferente o di influenza, in
  condizioni statiche.
• LinearitàDeviazione della relazione fra
  ingresso ed uscita dal modello ideale ipotizzato,
  di solito è il principale contributo
  allincertezza.
• IsteresiDifferenza dei valori di lettura
  ottenuti in corrispondenza dello stesso misurando
  quando questo viene fatto variare in senso
  crescente o decrescente
• AccuratezzaIncertezza associata al trasduttore,
  solitamente ottenuta dalla composizione degli
  effetti di linearità, isteresi e ripetibilità.

132
Come leggere una scheda tecnica

• Identificare le principali caratteristiche
  metrologicheSensibilità statica, Offset, Fondo
  Scala, Risoluzione. Verificare che siano adeguate
  per soddisfare le condizioni della misura.
• Controllare quali connessioni vengano
  richiesteTipo di connessione, alimentazione,
  amplificazione and condizionamento del segnale.
  Si trovano comunemente trasduttori basati su
  connessioni a ponte, o su principi di misurazione
  radiometrici e piezoelettrici
• Verificare le condizioni di lavoroSolitamente,
  temperatura e vibrazioni rivestono un ruolo
  importante, così come il montaggio meccanico.

133
Come leggere una scheda tecnica

• Cercare indicazioni sullincertezzale
  informazioni fornite di solito sono
  laccuratezza, gli effetti di linearità,
  listeresi e la ripetibilità.
• Identificare i fattori interferenti e di
  influenzasolitamente temperatura, umidità,
  interferenze radio are riportate come indicazioni
  sulla sensibilità. Si cerca di evitare unanalisi
  troppo dettagliata se non è richiesta.
• Stima dellaccuratezza complessivasi combinano
  tutte le fonti di incertezza sommandole al
  quadrato.
• Controllare la tracciabilità delle
  informazioniovvero una taratura riferibile ad
  un centro SIT, secondo una procedura nazionale or
  internazionale.

134
Come leggere una scheda tecnica

• Le schede tecniche non sono tutte ugualimolte
  schede tecniche fanno riferimento a norme vecchie
  o a particolari regolamentazioni di campo
  cercare sempre di ricostruire un modello coerente
  con quello generale del trasduttore raccogliendo
  il maggior numero di informazioni disponibili.
• Ricordare le limitazioni del modelloPrima di
  tutto il principio dellEFFETTO DI CARICO il
  misurando si modifica nel momento in cui viene
  misurato (il cambiamento, sebbene piccolo, è
  inevitabile poiché, al fine di consentire la
  misurazione, una parte di energia viene tolta o
  ceduta al misurando)

135
Come leggere una scheda tecnica

• Provare con i seguenti trasduttori
• Un traduttore piezoelettrico di forza
• Un trasduttore lineare di spostamento
• Un trasduttore di pressione

136
Modello Generale di Trasduttore
influencing parameters
qin
qout
TRANSDUCER
INPUT
OUTPUT
measurand
data display
How can I identify the relation between input and
output without knowing the inside of my black box
model?
137
Taratura statica modello di trasduttore
TARATURA procedura che si utilizza per stimare
la relazione fra uscita e ingresso di un
trasduttore quando tutte le grandezze di
influenza ed interferenti sono mantenute sotto
controllo nellintervallo di lavoro
PER CONFRONTO CON UN CAMPIONE STANDARD
PER CONFRONTO CON UN TRASDUTTORE DI RIFERIMENTO
138
Taratura statica modello di trasduttore
PER CONFRONTO CON UN CAMPIONE STANDARD
PER CONFRONTO CON UN TRASDUTTORE DI RIFERIMENTO
Lincertezza del campione standard o del
trasduttore di riferimento DEVE ESSERE inferiore
ad un decimo dellincertezza che si desidera
associare al trasduttore
campione standard
trasduttore di riferimento
lettura
lettura
risultato della misurazione
DIAGRAMMA DI TARATURA
TARATURA
139
Sistema Internazionale di unità di misura (SI)
campioni del BIPM (definizioni del SI)
Istituto Nazionale di Metrologia (INRIM in
Italia)
standard internazionale
Standard nazionale
Laboratori accreditati per la taratura (laboratori
SIT in Italia)
centro di taratura aziendale
standard di riferimento aziendale
standard di riferimento
sessione di taratura in fabbrica
standard di fabbrica
sistema di misura aziendale
140
Misure industriali con labview

• Labview VI
• Introduzione teorica allacquisizione,LabView,
  NI MAX e DAQmx

141
LACQUISIZIONE DIGITALE DEI SEGNALI
142
I vantaggi principali dei sistemi digitali
consistono in

• elevata insensibilità ai disturbi
• bassa incertezza con costi relativamente
  contenuti
• compatibilità intrinseca coi sistemi di
  calcolo
• facilità di manipolazione, trasmissione,
  registrazione, riproduzione

143
TEORIA DELLA QUANTIZZAZIONEproblemi
relativiallasse delle ordinate
144

• La conversione A/D consta di due fasi
• - quantizzazione
• - codifica

145
Quantizzazione il dato analogico viene suddiviso
in un insieme di stati discreti
146
Codifica si assegna una parola digitale (stringa
di caratteri) ad ogni stato discreto secondo un
codice opportuno
147

• stringa di caratteri N bit
• codifica binaria O od 1
• insensibilità ai disturbi
• facilità di
• manipolazione
• trasmissione
• registrazione

148

• RISOLUZIONE
• Se ho una stringa di N bit ??2N stati diversi
• 3 bit ??23 8 stati diversi 0 0 0 1