Caratteristiche della strumentazione di misura

E

= ⋅

max

classe ,

100

f .

s

.

cioè come il rapporto percentuale dell’errore massimo e il fondo scala dello strumento, f.s..

Normalmente le classi impiegate per gli strumenti sono: 0.05; 0.1; 0.2; 0.5; 1.0; 1.5; 2.5; 5.

Negli strumenti digitali essa è espressa con due contributi uno proporzionale alla misura e l’altro

costante, eventualmente, dipendente dal range impiegato. (Es. Accuracy = K % reading + K %

1 2

% reading + K ·digit dove con il digit si intende l’ultima cifra del

range, oppure Accuracy = K

1 2

risultato numerico visualizzato).

Ripetibilità (repeteability): Questo parametro specifica l’attitudine dello srumento a fornire

d) valori della grandezza di uscita poco differenti fra loro, quando è applicato all’ingresso lo stesso

misurando più volte consecutivamente, nelle stesse condizioni operative. In assenza di effetti

sistematici la ripetibilità coincide con l’incertezza della misura, altrimenti fornisce

un’indicazione solo sulla variabilità dei valori letti.

Stabilità (stability): E’ la capacità di un dispositivo di misurazione di conservare inalterate le sue

e) caratteristiche di funzionamento per un intervallo di tempo relativamente lungo. Secondo i casi,

si suole parlare di mesi o di anni. Viene espressa specificando la variazione massima che si può

verificare nell’uscita, in valore assoluto, relativo , o ridotto, a parità di misurando e di condizioni

operative entro un determinato intervallo di tempo, può anche essere espressa in unità di misura

del misurando.

La stabilità è solitamente espressa in termini quantitativi mediante il concetto di deriva, che è la

variazione, solitamente lenta e continua, dell’indicazione di un dispositivo di misura che non è

causata da variazioni della grandezza in misura o delle grandezze di influenza. Viene anche

usato, con riferimento all’uscita con misurando nullo, il termine deriva dello zero.

Per tener conto dell’influenza del tempo sul comportamento dello strumento; a volte sono fornite

le caratteristiche dello strumento al variare del tempo trascorso dall’ultima taratura.

Isteresi: Indica la tendenza di uno strumento di esibire valori di lettura diversi in corrispondenza

f) dello stesso misurando, quando questo è fatto variare per valori crescenti o decrescenti. L’isteresi

é valutata come la massima differenza fra i valori della grandezza d’uscita corrispondenti al

medesimo misurando, quando si considerano tutti i possibili valori entro il campo di misura, ed

ogni valore viene raggiunto, prima partendo dall’estremo inferiore, poi partendo dall’estremo

superiore.

Così definita, l’isteresi congloba anche l’incertezza dovuta alla risoluzione. A volte i due

fenomeni vengono divisi e al termine isteresi si attribuisce il significato di differenza fra

l’isteresi valutata come prima e la risoluzione.

L’isteresi viene espressa specificando la variazione massima che si può verificare nell’uscita, in

valore assoluto o in percentuale della portata, a parità di misurando e di condizioni operative,

entro un determinato intervallo di tempo.

Funzione di taratura: E’ la relazione che permette di ricavare da ogni valore della grandezza di

g) uscita (valore misurato) la corrispondente fascia di valori ragionevolmente attribuibili al

misurando (l’ingresso dello strumento). L’informazione completa viene di solito fornita

specificando separatamente (in forma grafica, tabulare, o analitica) dove si colloca la fascia di

valore, mediante un punto situato in posizione intermedia nella fascia, e l’ampiezza della fascia

stessa. Un esempio di diagramma di taratura è mostrato in Fig. 3, dove è anche evidenziata la

curva di taratura, che stabilisce una relazione univoca tra letture e misure (curva centrale).

Figura 3: Esempio di funzione di taratura

L'inverso della pendenza della curva di taratura prende il nome di sensibilità (sensitivity) e può

assumere valori diversi in diversi punti della curva, come nel caso della curva riportata nella

Figura. Quando la curva di taratura è una retta, cioè esiste una relazione di proporzionalità fra

uscita e misurando, essa viene espressa di regola con un coefficiente chiamato costante di

taratura.

La curva di taratura se correttamentente riportata è in grado di sintetizzare nella sua forma

OSS.

la maggiorparte delle caratteristiche statiche dello strumento quali (es. il campo di misura, il

fondoscala, sensibilità, risoluzione, l’incertezza della misura, l’accuracy).

La funzione (diagramma o tabella) di taratura di un dispositivo per misurazione dipende da un

certo numero di grandezze di influenza:

valore di tensione, frequenza, ecc.

- Sistema misurato:

- Sistema utilizzatore: impedenza d’ingresso.

Sistema ausiliario: tensione, frequenza, impedenza equivalente.

- Ambiente: temperatura, pressione, umidità, vibrazioni, campi elettrici o magnetici.

- SISTEMA DI MISURA / GRANDEZZE DI INFLUENZA

x(t) Sistema di

Sistema sotto Sistema

misura utilizzatore

misura Ii

Im Ic

Ia Ia

AMBIENTE

AMBIENTE

Im = caratteristiche del misurando (es. Frequenza del segnale)

Ic = caratteristiche del sistema utilizzatore (quindi del segnale di uscita)

Ii = caratteristiche del sistema di misura

Ia = grandezze dell’ambiente (es. temperatura, pressione, umidità)

Figura 4: Schematizzazione dell’interazione del sistema di misura e i parametri di influenza

Linearità: E’ un’indicazione di quanto la curva di taratura si discosta dall’andamento rettilineo.

h) E’ specificata fornendo il valore massimo dello scostamento dei singoli punti della curva di

taratura da una retta di riferimento opportunamente definita. Si definiscono dunque tanti tipi di

linearità quanti sono i modi di scegliere la retta di riferimento. In particolare, le definizioni

utilizzate sono le seguenti:

Linearità riferita allo zero: La retta di riferimento passa per l’estremo inferiore della curva di

- taratura, corrispondente all’estremo inferiore del campo di misura, ed è tracciata in modo da

rendere minimo il più elevato (in valore assoluto) degli scostamenti.

- Linearità riferita agli estremi: La retta di riferimento congiunge i due estremi della curva di

taratura corrispondenti ai due estremi del campo di misura.

Linearità indipendente: La retta di riferimento è quella che rende minimo il più elevato (in valore

- assoluto) degli scostamenti.

Linearità secondo i minimi quadrati: La retta di riferimento è quella che corrisponde al valor

- minimo della somma dei quadrati degli scostamenti.

Quale che sia la retta a cui si fa riferimento, la linearità, cioè il massimo scostamento, viene

espressa di regola o in valore relativo.

2.4 Specifiche legate all’interazione con l’ambiente

a) Errore di inserzione/Impedenza d’ingresso. Per eseguire una misura lo strumento deve essere

posto “in contatto” con la grandezza che si vuole rilevare. Da un punto di vista concettuale

possiamo fare una distinzione tra “il sistema” senza lo strumento di misura e “il sistema “ in

presenza dello strumento di misura. L’inserzione dello strumento nel “sistema “ comporta

sempre una sua alterazione cui in generale corrisponde una variazione della grandezza che si

vuole misurare. Tale alterazione viene denominata errore di inserzione. Un esempio pratico di

questo effetto può essere evidenziato dall’utilizzo di un termometro nella la misura della

temperatura di un corpo avente massa comparabile con quella del termometro stesso. Risulta

evidente che nel momento in cui il termometro verrà posto in contatto con il corpo si avrà un

flusso di calore tra i due e l’indicazione che si otterrà al raggiungimento dell’equilibrio risulterà

intermedia tra la temperatura “vera” del corpo e da quella iniziale del termometro. L’entità

dell’errore di inserzione risulta dipendere dal trasferimento di energia tra “il sistema” e lo

strumento di misura, se idealmente il flusso fosse nullo si avrebbe anche un effetto di inserzione

nullo. Al fine di analizzare il flusso di energia e quindi determinare gli errori di inserzione si può

ricorrere agli schemi che utilizzano una rappresentazione a parametri concentrati dei sistemi

fisici, la cui applicazione nel campo elettrico è particolarmente comune. Normalmente uno

Si può

strumento di misura viene schematizzato mediante la sua impedenza di ingresso.

agevolmente dimostrare che nel caso di misura di una tensione l’errore di inserzione dal rapporto

tra l’impedenza equivalente “vista “ dai punti di inserzione del voltmetro e l’impedenza del

voltmetro stesso. In particolare l’errore tende a zero quando l’impedenza del voltmetro è molto

più elevata di quella equivalente del sistema. Nel caso di misura di una corrente la condizione

per ottenere un ridotto errore di inserzione risulta invece quella opposta, ovvero, l’impedenza del

misuratore deve essere molto più piccola di quella del sistema. Schemi analoghi a quelli elettrici

si possono definire per le grandezze meccaniche, termiche, idrauliche, ecc. e su questi valutare

gli effetti di inserzione con gli stessi formalismi.

Tutte le caratteristiche metrologiche sono garantite se ogni grandezza d’influenza (es.

b) temperatura, umidità, vibrazioni, campi elettrici e magnetici etc.) è contenuta entro determinati

Molto spesso è interessante

intervalli detti campi di impiego per le grandezze di influenza.

conoscere il comportamento dello strumento al di fuori delle sue condizioni di riferimento;

per ogni grandezza di influenza, che dia informazioni su

occorre quindi una funzione d’influenza

come agisce la grandezza sulle caratteristiche dello strumento. Ovviamente anche queste

funzioni avranno un loro campo di validità.

c) Caratteristiche fisiche. Caratteristiche quali le dimensioni, il peso, materiali di costruzione vanno

dichiarati in quanto posso influire sulla scelta dello strumento più adatto ad una specifica

applicazione.

d) Modalità di alimentazione. Solitamente sono specificate le caratteristiche che deve avere

l’alimentazione ausiliaria in termini di frequenza, ampiezza e forma d’onda.

e) Un ulteriore variabile da tenere in considerazione è il campo di magazzino per le grandezze di

influenza, che racchiude le condizioni in cui deve essere immagazzinato un dispositivo per

misurazione, ossia l’intervallo di valori entro cui deve essere compresa ciascuna grandezza di

influenza per tutto il tempo in