Misure Elettriche ed Elettroniche

In questa sezione verranno affrontate le tematiche principali e fondanti del processo di misurazione di una qualsiasi grandezza fisica presenta in natura. Particolare attenzione sarà quella della misurazione di grandezze elettriche ed elettroniche, le quali sono le capostipiti di qualsiasi circuito che implementa l’emblema dei dispositivi tecnologici moderni.

Perché si esegue una misurazione?

La scienza della misurazione ha una notevole rilevanza nei diversi settori del mondo della ricerca, della tecnica e dell’economia. Tre sono i motivi fondamentali che ci spingono ad eseguire una misurazione. • Determinazione quantitativa di una proprietà di un oggetto quale ad esempio la resistenza di un dispositivo, la tensione di una batteria, l’intensità di un campo magnetico. Queste operazioni, che potrebbero sembrare banali, sono invece complesse sia a livello teorico che sperimentale, a causa dei numerosi problemi di cui bisogna tener conto e che saranno considerati nel seguito. Da notare che spesso il risultato di una misurazione ha anche dei risvolti legali: al risultato di una misurazione fa spesso riferimento il legislatore, come pure il perito chiamato dal giudice che deve dirimere controversie legali, o il tecnico interessato alla verifica delle specifiche di alcuni prodotti, ad esempio per motivi commerciali (controllo della qualità). • Controllo di un processo o dello stato di funzionamento di un dispositivo. Con la misurazione si determina il valore di una grandezza, utilizzata come ingresso del sistema di reazione che controlla un certo processo. Ad esempio il termostato dello scaldabagno domestico misura la temperatura dell’acqua, confronta questo valore con una temperatura prefissata e regola l’energia fornita al dispositivo. In alcuni ricevitori televisivi un sensore misura l’illuminazione dell’ambiente per poter regolare la luminosità dell’immagine. Ancora, i moderni sistemi industriali di produzione o di trasporto utilizzano complessi sistemi di supervisione e controllo, che richiedono la misurazione di diverse grandezze. • Ricerca e convalida di una legge fisica e dei valori delle costanti sperimentali. La verifica delle leggi che governano un certo fenomeno fisico richiede spesso delle misurazioni. In questo ambito, possono essere distinti due approcci operativi, un primo teorico ed un secondo sperimentale. L’approccio teorico si basa c 2006 Carmine Landi 4 Elementi di Teoria delle Misure sulla conoscenza a priori di un modello matematico del sistema misurato, che consente di predirne il comportamento e di applicare tecniche di misurazione indirette. Bisogna comunque tener conto del fatto che per ridurre la complessità del modello è quasi sempre necessario fare ipotesi riduttive ed operare semplifi- cazioni. Proprio a causa di queste limitazioni, i risultati forniti dell’analisi teorica sono comunque generalmente diversi dal comportamento reale e dipendono fortemente dalla bontà del modello adottato. L’approccio sperimentale, invece, non richiede un modello matematico (perché la conoscenza teorica in merito non è consolidata o perché si vogliono verificare alcune nuove ipotesi). In questo caso si opera direttamente sul sistema fisico, giungendo a caratterizzarne l’effettivo comportamento reale. Nei problemi più complessi di misurazione, è comunque sempre necessaria la considerazione di entrambi gli approcci. La convalida di una legge fisica viene generalmente effettuata dal fisico, il quale determina anche, all’interno di un sistema di unità di misura, i valori delle costanti fondamentali. Il compito dell’ingegnere è più frequentemente invece quello di ricavare, mediante misurazioni, i valori delle costanti sperimentali che sono necessarie per la corretta esecuzione di un progetto, come ad esempio la densità, la conducibilità elettrica, i coefficienti di dilatazione termica o di temperatura, la resistenza termica ed il potere fonoassorbente di un particolare materiale. La conoscenza e descrizione quantitativa delle grandezze d’interesse del fenomeno in esame, inserita in un modello prefissato, consente spesso di prevederne il comportamento, in condizioni in genere anche diverse da quelle osservate. L’ingegnere impegnato in attività di progettazione, di realizzazione o di collaudo di una apparecchiatura o di una struttura, solitamente è spinto dalle prime due motivazioni. La terza motivazione è invece più vicina all’ingegnere che opera in un laboratorio di ricerca. L’approccio dell’ingegnere è comunque quello di chi deve considerare le misure anche sotto l’aspetto legale, analizzando spesso anche l’aspetto teorico dei fenomeni in esame. Per l’ingegnere la misura ha essenzialmente fini pratici. Egli deve identificare un modello del processo in esame, adeguato al livello d’incertezza richiesto, e deve eseguire la misurazione riducendo al minimo gli investimenti, sia in termini di tempo che di soldi.

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