Strumenzione Biomedica - prof. Bifulco

Strumenti di misura

Caratteristiche statiche degli strumenti di misura

• Accuracy
• Risoluzione
• Riproducibilità
• Caratteristica ingresso - uscita
• Campo di misura
• Sensibilità statica
• Deriva di zero
• Deriva di sensibilità
• Linearità
• Isteresi
• Classe di uno strumento

Prestazioni dinamiche di uno strumento di misura

• Funzione di trasferimento
• Sistemi di ordine di zero
• Sistemi di primo ordine
• Sistemi del secondo ordine
• Rumore
• Modulazione
• Incertezza di misura
• Errori di interconnessione
• Caso statico
• Caso dinamico

Strumenti di misura

Caratteristiche statiche degli strumenti di misura

• Accuracy
• Risoluzione
• Riproducibilità
• Caratteristica ingresso - uscita
• Campo di misura
• Sensibilità statica
• Deriva di zero
• Deriva di sensibilità
• Linearità
• Isteresi
• Classe di uno strumento

Prestazioni dinamiche di uno strumento di misura

• Funzione di trasferimento
• Sistemi di ordine di zero
• Sistemi di primo ordine
• Sistemi del secondo ordine
• Rumore
• Modulazione
• Incertezza di misura
• Errori di interconnessione
• Caso statico
• Caso dinamico

Le caratteristiche statiche degli strumenti di misura

Per valutare e confrontare le prestazioni degli strumenti di misura bisogna introdurre dei criteri che specificano l'abilità con cui lo strumento riproduce gli ingressi desiderati, e l'entità dell'influenza degli ingressi desiderati sull'uscita. L'analisi delle prestazioni dello strumento è generalmente divisa nei due aspetti statici e dinamici in base alla frequenza del segnale di ingresso.

Le caratteristiche statiche descrivono le prestazioni dello strumento per ingressi costanti (DC) o lentamente variabili; valutano la qualità della misura, compresi gli effetti non lineari e statistici, senza considerare il comportamento dinamico.

Accuracy

È la differenza tra il valore vero ed il valore misurato diviso per il valore vero. L'accuracy è una misura dell'errore totale, viene espresso in una delle seguenti forme:

• Percentuale del fondo scala (valore massimo che lo strumento può misurare)
• Percentuale del valore vero
• + numero di cifre nel caso di lettura digitale
• + 1/2 della più piccola divisione nel caso di scala analogica

Risoluzione

È il più piccolo incremento in ingresso misurabile. La risoluzione esprime quanto con cui due valori prossimi della grandezza in ingresso possono essere discriminati.

Riproducibilità

È la capacità dello strumento di fornire la stessa uscita per valori uguali dell'ingresso applicati entro un certo periodo di tempo. Una elevata riproducibilità mai implica un'elevata accuratezza.

Caratteristica ingresso-uscita

È la funzione che lega la grandezza di uscita con la grandezza d'ingresso in ambito statico. In altre parole, fornisce l'uscita del modello per un qualsiasi ingresso costante.

Per determinare la caratteristica ingresso-uscita si esegue un processo di calibrazione statica, il quale è eseguito in modo incrementale all'ingresso all'interno dell'intervallo di funzionamento, e assumendo i corrispondenti incrementi in uscita. Le coppie ingresso-uscita così misurate vengono rappresentate in un grafico cartesiano con i valori di ingresso in ascissa ed i valori di uscita sulle ordinate. L'insieme dei punti forma la curva ingresso-uscita. Nel caso in cui i dati ingresso-uscita presentino una relazione abbastanza lineare, allora i punti nel piano sono approssimabili mediante una retta ottenuta con il metodo dei minimi quadrati, ovvero minimizzando la somma dei quadrati degli scarti tra i punti sperimentali e la retta teorica. In formula la retta approssimativa avrà la seguente equazione:

y = mx + b

con m = (N Σy_ix_i - (Σx_i)(Σy_i)) / (N Σx_i² - (Σx_i)²)

e b = ((Σy_i)(Σx_i²) - (Σx_iy_i)(Σx_i)) / (N Σx_i² - (Σx_i)²)

dove: N è il numero di misure effettuate

x_i, y_i è la coppia ingresso-uscita misurata

Carico di misura

È il massimo intervallo entro cui lo strumento è in grado di misurare la grandezza di interesse. Per uno strumento lineare si usa specificare il campo di funzionamento invece, ovvero l'intervallo degli ingressi entro cui lo strumento segue una caratteristica lineare.

Sensibilità statica

Definita come le rapporto tra la quantità incrementale in uscita e quella incrementale in ingresso. Essa rappresenta la pendenza della curva ingresso-uscita in uno specificato valore dell'ingresso.