Sistemi elettronici di misura - Parte 1

SISTEMI ELETTRONICI DI MISURA

Appunti del corso di sistemi elettronici di misura di Ingegneria dell’Energia

Elettrica Magistrale Sapienza

Trattazione completa e accurata: 37 pagine che sintetizzano l’intero corso e

consentono una preparazione solida e approfondita dell’esame.

MISURAZIONE E MISURA

Misurare significa fornire una descrizione quantitativa di una grandezza fisica detta misurando, la misurazione é il processo e la misura è il

risultato, la misura si riporta in valore, accuratezza e unità di misura.

La strumentazione digitale, grazie alla disponibilità di microprocessori, è vantaggiosa, poiché effettua inizialmente una conversione analogico

digitale del segnale su cui opererà per ricavare le informazioni di interesse più disparate, infatti analogico significa struttura hardware

appositamente progettata, digitale significa valutare il parametro di interesse impiegando esclusivamente adeguati algoritmi numerici, quindi

il costo per uno strumento digitale risulta spesso inferiore al costo globale degli strumenti analogici richiesti per determinare le varie

grandezze incognite.

Uno strumento digitale avrá accuratezza risoluzione e sensibilità migliori, campo di frequenze più ampio, display, velocità di misura,

memorizzazione e controllo automatico.

MISURE DI TENSIONE

I blocchi di costruzione di uno strumento digitale sono:

- circuito di ingresso che serve ad amplificare o attenuare e filtrare passa basso per evitare l’insorgere del fenomeno di aliasing

- conversione analogico digitale che ha la funzione di convertire la tensione analogica di ingresso in un numero binario. Questa

conversione avviene in due sotto blocchi, il primo è il campionamento e il secondo è l’associazione del valore campionato ad un valore

numerico, tramite quantizzazione e codifica in codice binario (ci sono due tipi di convertitori quelli che non integrano per i quali l’eventuale

rumore sovrapposto può essere eliminato solamente con l’impiego di filtri e quelli che integrano, per questi viene automaticamente eliminato

il rumore a valor medio nullo nell’intervallo di integrazione).

Circuiti di ingresso

Devono adeguare l’ampiezza della grandezza sotto misura, rispetto alla portata del blocco di conversione analogico digitale, attenuandola

oppure amplificandola: per questo si utilizza una combinazione di amplificatori ad ingresso invertente e non invertente.

Il primo blocco è un amplificatore in configurazione invertente, il

secondo blocco è un amplificatore in configurazione non invertente.

Facendo i calcoli, avrò quindi quattro casistiche in funzione della

posizione dei commutatori:

-1111: -> attenuazione

-2222:

-333:

-444: -> amplificazione

Conversione analogico digitale

Segnali analogici e digitali

Un segnale analogico può essere rappresentato mediante una funzione nel tempo a= f(t)

Un segnale digitale è rappresentato da una funzione tempo discreta e quantizzata: tempo discreta perché è definita solamente in istanti di

tempo equamente spaziati di Tc, quantizzata perché dotata di un codominio costituito da un insieme discreto di valori. In questo caso la

rappresentazione risponde a d=(nTc) dove Tc è il periodo di campionamento.

Pregi del segnale digitale:

-I segnali digitali hanno una maggiore reiezione ai disturbi

-I i segnali digitali possono essere elaborati più facilmente dei segnali analogici

-I segnali digitali possono essere registrati in maniera più fedele e stabile

Per passare da un segnale analogico a un segnale digitale esistono gli ADC, il cui

primo compito è il campionamento del segnale analogico con una certa frequenza di

campionamento fc.

Tale frequenza è definita dal teorema di Shannon che enuncia che affinché la

ricostruzione sia possibile il campionamento deve avere

altrimenti il segnale viene ricostruito con un errore detto aliasing.

Nota che nel caso in cui il segnale abbia banda B limitata fra le frequenze fmin ed fmax è sufficiente che la frequenza di campionamento

sia ma frequenze di campionamento superiori non pos