ESERCITAZIONE DI LABORATORIO A: VERIFICA DI

ESERCITAZIONE DI LABORATORIO A:
VERIFICA DI STRUMENTAZIONE DI LABORATORIO
La prova ha come scopo quello di verificare se uno strumento, o una particolare funzione di misura
di uno strumento multifunzione, rientra nelle caratteristiche d’incertezza dichiarate dal costruttore.
In particolare, bisogna controllare se per ogni valore x del misurando su tutta la scala indagata
sussiste la relazione: E x ≤ U x . Tale verifica ha senso solo se si dispone di un riferimento (un
campione della grandezza o uno strumento “campione” rispetto a quello da verificare).
Il caso dello strumento campione da utilizzare per la verifica è quello più comune: per effettuare
tale verifica, quindi, occorre verificare prioritariamente se la caratteristica d’incertezza dello
strumento da verificare è adeguatamente al di sotto, per tutti i punti della scala (o anche da un certo
punto in poi), dell’analoga caratteristica dello strumento verificatore. Questa circostanza si ritiene
soddisfatta, per i laboratori ordinari, se è verificata, per ogni punto di misura, la seguente relazione
1
tra le due incertezze: U campione < U x
(1).
5
Nel corso della prova si verificherà un
multimetro digitale palmare nelle funzioni di
misura di voltmetro e di frequenzimetro,
adoperando come strumento di riferimento un
multimetro digitale da banco, di gran lunga più
preciso. Il segnale da misurare – di forma
sinusoidale – sarà fornito da un generatore di
funzioni da banco, che fornirà in una prima
serie di misure una forma d’onda di tensione a
frequenza fissa ed ampiezza variabile, mentre in
una seconda serie di misure una forma d’onda
con ampiezza costante e frequenza variabile.
I risultati della prova saranno riportati,
Fig.1 – Confronto tra i diagrammi d’incertezza
unitamente allo schema circuitale ed alle
caratteristiche dei componenti e degli strumenti
adoperati,
in
opportune
tabelle
e
rappresentazioni grafiche, che evidenzieranno
come la verifica – una volta ammissibile [ossia
se si trova una zona della scala in cui è verificata
la disuguaglianza (1)] – abbia dato esito positivo
o negativo. Un esempio della possibilità di tale
verifica è mostrato in Fig.2.
Procedura da seguire nel corso della prova e
nella stesura della relazione di laboratorio:
1) Verificare che il multimetro verificatore sia
Fig.2 – Determinazione della zona di verifica
effettivamente di riferimento (in toto o
parzialmente) rispetto al multimetro da
verificare, per le funzioni di misura tensione e frequenza e per le portate considerate: scrivere le
formule analitiche dell’incertezza assoluta per entrambi i termini di confronto e rappresentare le
corrispondenti caratteristiche d’incertezza in un unico diagramma (come ad esempio in Fig.1),
procedendo al confronto in termini quantitativi. Rappresentare anche l’incertezza dello
strumento da verificare, ridotta ad 1/5, per la determinazione della zona di verifica (Fig.2). Un
altro esempio di confronto è riportato a pag.5 di questa dispensa (Appendice).
2) Eseguire n.10 test con forma d’onda della tensione sinusoidale di valore efficace variabile nella
zona di verifica, con un massimo di 1 V e frequenza costante, a scelta (con un massimo di 500
Hz), riportando per ogni misurazione, le misure di valore efficace delle tensione Vx e Vc e le
rispettive incertezze assolute Uvx e Uvc rispettivamente del multimetro da verificare e del
multimetro di riferimento, nonché gli errori assoluti Evx e relativi percentuali evx%, stimati in
E
base alle differenze delle misure corrispondenti: Evx ≈ Vx − Vc ; evx % = 100 vx . Si noti come,
Vc
a differenza delle incertezze, quantità intrinsecamente positive, gli errori così stimati possano
avere un segno qualunque. Trarre le opportune conclusioni dal confronto tra gli errori così
trovati e la maggiorazione teorica del loro valore assoluto (l’incertezza Uvx), stabilendo così se
la funzione di misura considerata rientra nelle specifiche d’incertezza dichiarata dal costruttore.
3) Rappresentare, sia in forma tabellare (vedi Tabella 1), sia in forma grafica (vedi Fig.3) i dati
misurati ed elaborati, evidenziandone le conclusioni.
4) Esprimere, se possibile, un giudizio critico sulla prova e su eventuali suoi miglioramenti.
5) Stendere in Word una relazione personale scritta firmata sulla prova, da portare e discutere in
sede di verifica orale del laboratorio.
Schema circuitale:
G
V1
V2
Generatore di
di Funzioni
funzioni
G - Generatore
Voltmetro
di
riferimento
V1 - Multimetro Digitale (Agilent)
V2 - Multimetro
Digitale
(Fluke)
Voltmetro da
verificare
(in prova) I e II
- Oscilloscopio
Tabella I - Verifica della funzione misuratore di tensione
N.
Misura
1
2
3
....
10
Dati impostati
sul Generatore di
Funzioni
Forma
d'onda
Sinus.
„
„
„
Vrms
(V)
f
(Hz)
Voltmetro in prova
(____________)
Vx
(V)
Uvx
(worst case)
(V)
Misure ed Incertezze
Voltmetro di riferimento
(_____________)
Vc
(V)
Uvc
(worst case)
(V)
Scostamenti
e/o Errori
Ev
(V)
Ev%
(%)
Fig.3 – Rappresentazione degli errori: la verifica è positiva, nella zona possibile, in quanto gli
errori stimati sono tutti inferiori, in valore assoluto, all’incertezza dello strumento da verificare
Specifiche Tecniche Multimetro ISO-TECH in prova (funzione Voltmetro):
Mod. IDM 101
mV
mV
Mod. IDM 91E
Specifiche Tecniche Multimetro AGILENT di riferimento (funzione Voltmetro):
Note:
1) Usare la terza colonna (“1 anno”), in quanto il certificato di taratura sta per scadere
entro tale limite, ammesso che la temperatura del laboratorio sia nel range indicato.
2) Usare la riga corrispondente alla frequenza selezionata sul generatore di funzione (ad
esempio, per una frequenza di 50 Hz usare la terza riga nel primo gruppo di portate,
ovvero la terza riga nel secondo gruppo).
3) Per ogni gruppo di portate, l’effettiva portata utilizzata varia automaticamente
(strumento “autoranging”), ovvero può essere variata manualmente. In particolare, il
primo gruppo comprende le portate fino a 100 mV, ossia 100 mV, 10 mV, 1 mV, ecc.;
il secondo gruppo le portate fino a 750 V, ossia 750 V, 100 V, 10 V, 1 V. Con lo
strumento a disposizione, comunque, non si possono misurare tensioni al di sotto di
35 mV.
4) Come si può notare, in questi dati tecnici non è riportata la risoluzione: infatti, poiché
l’incertezza di portata viene determinata in % del range, tale dato è ovviamente inutile.
5) L’ultima colonna serve per allargare la fascia d’incertezza, nel caso in cui sia presente
anche un errore di temperatura, derivante dal fatto che la temperatura ambiente è al di
fuori della fascia indicata nella colonna d’incertezza usata, ma comunque entro i nuovi
limiti indicati proprio in questa quarta colonna.
APPENDICE:
ESEMPIO DI COSTRUZIONE DEI GRAFICI RELATIVI ALLA FASCIA
D’INCERTEZZA DI DUE STRUMENTI MULTIPORTATA,
SULLA BASE DELLE CARATTERISTICHE DICHIARATE
Curva incertezza strumento in
prova, ridotta ad 1/5
Ux
Curva incertezza
strumento di riferimento
x
Zone in cui è possibile l’operazione di verifica