TECNICHE DI MISURA
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- MICHELE PINELLI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- ING-IND/08
Obiettivi formativi
- Il corso intende fornire conoscenze sulle tecniche più frequentemente impiegate nella misura delle principali grandezze termiche e fluidodinamiche di interesse nell'ingegneria industriale ed energetica. Nel corso vengono esposti i principi di funzionamento degli strumenti di misura e le basi per l'esecuzione delle misure. Vengono inoltre approfondite le tecniche e gli strumenti per una valutazione critica della qualità delle misure stesse attraverso l’analisi e la valutazione delle incertezze di misura.
Il corso intende inoltre fornire allo studente le capacità necessarie per affrontare il progetto di un sistema di misura che comprenda la scelta, i requisiti di installazione, la procedura di utilizzo e la valutazione della qualità degli strumenti e della loro catena di misura, tenendo conto di vincoli tecnici ed economici derivanti dalla conoscenza pratica degli strumenti di comune utilizzo nel campo industriale. Prerequisiti
- Sono previste le seguenti propedeuticità: Analisi matematica, Geometria e algebra, Fisica generale, Disegno tecnico industriale, Fisica generale I. Sono consigliate conoscenze di base di Fisica Tecnica, Sistemi Energetici e si presuppone che siano noti o parzialmente noti i principali concetti di statistica e probabilità. Infine, è si segnala che, poiché sono previste esercitazioni in laboratorio, è necessario acquisire l’idoneità sulla Formazione sicurezza nei luoghi di lavoro
Contenuti del corso
- Introduzione al corso. Concetto di misurazione. Funzione di trasferimento. Processo di misura di una grandezza. Definizione di misura: numero, incertezza, unità di misura. Scrittura dei numeri. Unità di misura. Introduzione all'incertezza di misura. Valore vero ed errore di misura. Sorgenti d'errore: sistematico e casuale. Definizione di incertezza di misura. Valutazioni delle incertezze: tipo A e tipo B. Incertezza estesa. Incertezze derivate: legge di propagazione delle incertezze. Catena di misura. Cenni sul comportamento dinamico degli strumenti. Comportamento statico degli strumenti. Taratura statica. Riferibilità. Documenti di taratura: certificato e rapporto. Curve di taratura. Retta di taratura col metodo dei minimi quadrati. Strumenti di misura: definizioni. Sensibilità. Errori di misura: linearità, isteresi, ripetibilità. Accuratezza standard. Altri errori. Accuratezza estesa. Regole di indicazione dell'accuratezza strumentale. Misure di temperatura. Unità di misura e loro conversioni. La Scala Internazionale di Temperatura. Termometri a dilatazione: catena di misura. Termometri a solido, a liquido e a gas. Termoresistenze. Catena di misura. Funzione di trasferimento. Materiali. La Normativa EN 60751. Relazione resistenza-temperatura. Classi di tolleranza. Ponte di Wheatstone a equilibrio e a squilibrio. Collegamenti a 2 fili, 3 fili e 4 fili. Termistori. Termocoppie: principio di funzionamento. Effetti termoelettrici. Leggi pratiche delle termocoppie. Catena di misura. Giunto di riferimento. Curve di taratura dei metalli singoli. Curve di taratura delle termocoppie. Cavi di estensione e di compensazione. La Normativa IEC 584. Classi di tolleranza. Taratura degli strumenti di temperatura ad immersione/inserzione. Errori di installazione: per conduzione e per irraggiamento. Errore per effetti di velocità. Strumenti di misura ad irraggiamento. Cenni sulle leggi dell'irraggiamento. Pirometri a irraggiamento totale e parziale. Emissività nei pirometri a irraggiamento totale. Incertezza dell'emissività. Emissività nei pirometri a irraggiamento parziale. Misure di pressione: definizione della grandezza. Unità di misura della pressione. Trasduttori di pressione di tipo meccanico e di tipo elettrico. Il tubo di Bourdon. Il potenziometro. Soluzione ideale, reale ed effetto di carico. Sensibilità e risoluzione. Estensimetri. Coefficiente di estensimetro teorico. Tipologie costruttive degli estensimetri. Caratteristiche degli estensimetri: coefficiente di estensimetro sperimentale, sensibilità trasversale, effetti di temperatura interferenti, autocompensazione, effetti di temperatura modificanti. Ponte di Wheatstone applicato agi estensimetri. Configurazioni speciali: compensazione di temperatura, aumento di sensibilità, selezione degli effetti. Configurazione strumenti di pressione. Trasduttori a mutua induttanza: LVDT. Trasduttori capacitivi. Trasduttori piezoelettrici. Requisiti di installazione. Manometri ad U. Manometro a vaschetta e a tubo inclinato. Taratura degli strumenti di pressione: per confronto. Manometro a peso diretto. Misure di pressione totale: il tubo di Pitot. Misure di velocità: tubo di Pitot-Prandtl. Misure di portata: generalità. Misure di portata attraverso misure di velocità. Tubo di Pitot automediato. Misure di portata ad ostruzione. Laminar Flow Element. Dispositivi a strozzamento (diaframma, boccaglio, Venturi). La Normativa UNI ISO 5167. Funzione di trasferimento. Il coefficiente di efflusso. Processo iterativo. Requisiti di installazione. Catena di misura. Incertezza. Misuratori di portata volumetrici. Diagramma errore-portata. Misuratori elettromagnetici, a distacco di vortici, ad ultrasuoni. Misuratori di portata massici. Misuratore ad effetto Coriolis, termici (a filo caldo).
Metodi didattici
- Lezioni frontali, esercitazioni numeriche.
Modalità di verifica dell'apprendimento
- L’esame prevede una prova scritta nella quale vengono proposte domande riguardanti la teoria e uno o più esercizi sulle applicazioni pratiche della teoria.
La valutazione finale è basata sulla preparazione teorica e sulla verifica della capacità dello studente di risolvere un problema numerico applicativo. La parte teorica e l’esercizio hanno lo stesso peso nella valutazione finale. Viene inoltre sempre verificata la capacità di effettuare conversioni di unità di misura. Quest’ultima verifica, se non superata, prevede l’esito negativo dell’esame indipendentemente dal risultato delle altre domande. Testi di riferimento
- Dispense/testi di riferimento
P.M. Azzoni - Strumenti e misure per l'ingegneria meccanica - Hoepli
R.S. Figliola, D.E. Beasley – Theory and Design for Mechanical Measurements
G. Rossi - Misure meccaniche e termiche - Carocci
Approfondimenti
G. Minelli – Misure Meccaniche - Patron - Bologna
P.H. Sydenham - Handbook of Measurement Science – John Wiley and Sons – New York
E. O. Doebelinn - Measurement Systems - Mc Graw Hill – New York
H. W. Coleman, W.G. Steele - Experimentation, Validation, and Uncertainty Analysis for Engineers, Wiley
