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Misurazione e strumenti, Appunti di Scienze e tecnologie applicate

gli argomenti sono: misurazione, qualità della misura, taratura degli strumenti, metodi di misurazione, caratteristiche degli strumenti di misura, strumenti per misure lineari e angolari.

Tipologia: Appunti

2021/2022

In vendita dal 19/07/2023

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Misurazione e strumenti
Nelle pagine precedenti sono stati presenti i concetti fondamentali della metrologia,
quali quelli di misura, unità di misura, sistemi di unità di misura e incertezza della
misura.
Qui ci occuperemo della metrologia applicata, cioè dei problemi della misurazione e
degli strumenti per misurare particolari caratteristiche:
-dimensioni (lunghezze e angoli);
-forma (rettilineità, planarità, rotondità);
-posizione (parallelismo, perpendicolarità);
MISURAZIONE
La misurazione è il procedimento che si mette in atto per quantificare la proprietà di
un oggetto o di un fenomeno, cioè per ottenere la misura.
La misura deve fornire una qualità di informazione funzionale agli scopi. alle
esigenze o disponibilità dell'operatore. Non si può mettere in atto una misurazione
senza avere definito scopi mezzi e procedure per la misurazione.
In tal senso bisogna compiere i seguenti processi logici e operativi.
1. Definire che cosa si misura (il cosiddetto misurando) e le condizioni in cui si trova.
Di un pistone si può per esempio misurare la durezza oppure il diametro: ma queste
sue caratteristiche sono influenzate da diversi fattori, quale per esempio la
temperatura che condiziona le sue dimensioni.
2. Stabilire lo scopo della misurazione, e quindi i metodi e l'incertezza della misura
che si vuole ottenere. In ciò la funzione dell'oggetto è determinante: se il diametro di
un pistone può essere misurato con una incertezza di ±0,01 mm. per il bilanciere di
un orologio bisogna scendere a livelli molto più ridotti di incertezza.
3. Scegliere l'unità di misura e il campione o strumento che la concretizza Se ci si
può accontentare di una incertezza di 21 mm. si potrà ricorrere a un righello
millimetrato, senza bisogno di altri più costosi e complessi strumenti.
4. Programmare la sequenza corretta per attuare la misurazione e leggere la misura.
Oltre alle indicazioni d'uso fornite dal costruttore dello strumento, è importante
controllare lo stato dello stesso e attuarne una eventuale messa a punto.
5. Elaborare i dati, effettuando correzioni e calcoli che conducono alla misura vera e
propria. Spesso si effettuano ripetute misurazioni nelle stesse condizioni, elaborando
poi statisticamente le misure ottenute.
Il risultato di una misurazione fornisce informazioni sia quantitative (il valore vero e
proprio) sia qualitative (l'incertezza della misura).
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Misurazione e strumenti

Nelle pagine precedenti sono stati presenti i concetti fondamentali della metrologia, quali quelli di misura, unità di misura, sistemi di unità di misura e incertezza della misura. Qui ci occuperemo della metrologia applicata, cioè dei problemi della misurazione e degli strumenti per misurare particolari caratteristiche:

  • dimensioni (lunghezze e angoli);
  • forma (rettilineità, planarità, rotondità);
  • posizione (parallelismo, perpendicolarità);

MISURAZIONE

La misurazione è il procedimento che si mette in atto per quantificare la proprietà di un oggetto o di un fenomeno, cioè per ottenere la misura. La misura deve fornire una qualità di informazione funzionale agli scopi. alle esigenze o disponibilità dell'operatore. Non si può mettere in atto una misurazione senza avere definito scopi mezzi e procedure per la misurazione. In tal senso bisogna compiere i seguenti processi logici e operativi.

  1. Definire che cosa si misura (il cosiddetto misurando ) e le condizioni in cui si trova. Di un pistone si può per esempio misurare la durezza oppure il diametro: ma queste sue caratteristiche sono influenzate da diversi fattori, quale per esempio la temperatura che condiziona le sue dimensioni.
  2. Stabilire lo scopo della misurazione , e quindi i metodi e l'incertezza della misura che si vuole ottenere. In ciò la funzione dell'oggetto è determinante: se il diametro di un pistone può essere misurato con una incertezza di ±0,01 mm. per il bilanciere di un orologio bisogna scendere a livelli molto più ridotti di incertezza.
  3. Scegliere l'unità di misura e il campione o strumento che la concretizza Se ci si può accontentare di una incertezza di 21 mm. si potrà ricorrere a un righello millimetrato, senza bisogno di altri più costosi e complessi strumenti.
  4. Programmare la sequenza corretta per attuare la misurazione e leggere la misura. Oltre alle indicazioni d'uso fornite dal costruttore dello strumento, è importante controllare lo stato dello stesso e attuarne una eventuale messa a punto.
  5. Elaborare i dati , effettuando correzioni e calcoli che conducono alla misura vera e propria. Spesso si effettuano ripetute misurazioni nelle stesse condizioni, elaborando poi statisticamente le misure ottenute. Il risultato di una misurazione fornisce informazioni sia quantitative (il valore vero e proprio) sia qualitative (l'incertezza della misura).

QUALITA’ DELLA MISURA

Per qualificare una misura sono determinanti: -l’ unità di misura; fornire le misure 8 m oppure 800 cm può sembrare equivalente, ma la prima misura mette in evidenza che si è utilizzato uni strumento in grado di apprezzare solo il metro, mentre nel secondo caso l’incertezza della misura è -+ 1 cm;

  • le cifre significative; se il valore presenta solo una parte intera oppure una parte intera e una decimale (cioè seguente la virgola), le cifre sono significative anche se fossero zero e qualificano la misura. Per esempio 32 mm, 32,0 mm e 32,00 mm dal punto di vista matematico sono equivalenti, ma non dal punto di vista metrologico. Mentre la prima dichiara un'incertezza di 1 mm, la seconda ha un’incertezza di 0, mm e la terza di 0,01 mm. Molti altri dati concorrono a qualificare l’incertezza di misura, ma in genere si può dire che essa è ricavabile dalle informazioni fornite dal costruttore dello strumento; queste si possono ridurre a: - condizioni operative durante l’uso dello strumento; - classe di precisione dello strumento, esplicita attraverso il certificato di taratura.

TARATURA DEGLI STRUMENTI

La taratura consiste nel confronto tra la misura ottenuta da uno strumento e quella fornita da uno strumento campione. La taratura di uno strumento è realizzabile sia da parte del produttore sia da parte dell’operatore. Quest’ultimo, infatti, procede spesso a tarare lo strumento per verificarne lo stato, in funzione della qualità desiderata per le misure.

  • Metodo di misurazione indiretta La misura è ricavata per calcolo da misurare di altre grandezze collegate a quella da misurare. Una misurazione di questo tipo è quella della velocità di un corpo, calcolata dalle misure dello spazio e del tempo, messe in relazione da una legge della fisica.
  • Metodo di misurazione a letture ripetute La misura viene assegnata come risultato di un’analisi statica di valori ottenuti con ripetute misurazioni nelle stesse condizioni. Il metodo statico più semplice nell'elaborazione di misure ripetute consiste nell’estrapolare i valori che si discostano molto dagli altri e di questi ultimi calcolare la media aritmetica. Per esempio, ottenute le seguenti misure 15,6 mm - 15,7 mm - 14,7 mm - 15,5 mm si elimina il valore 14,7, che è evidentemente il risultato di un’errata lettura, e degli altri si calcola la media aritmetica: 15,6 + 15,7 + 15,5 / 3 mm = 15,6 mm Questa elaborazione del valore medio consente di attenuare l’influenza di fattori accidentali sulla singola misura.

CARATTERISTICHE DEGLI STRUMENTI DI MISURA

Strumento di misura è un apparecchio in grado di fornire la misura di una grandezza fisica che interagisce con esso. Vediamo le sue principali caratteristiche. Formato d'uscita è il modo in cui lo strumento presenta il segnale d'uscita. In base a esso gli strumenti si possono distinguere in: ● strumenti analogici (o a indice ), se la misura è fornita da un indice che si muove in modo continuo su una scala graduata; per esempio è analogico un orologio con lancette su un quadrante; ● strumenti digitali (o numerali ), se la misura è fornita in modo discontinuo tramite cifre su un display; per esempio è digitale un contakilometri. Portata è la misura massima che lo strumento può fornire.

Campo di misura è l'intervallo tra la misura massima e la misura minima che lo strumento può esprimere. Risoluzione è la più piccola misura che lo strumento è in grado di rilevare. Corrisponde normalmente alla più piccola suddivisione della scala graduata. Sensibilità è l'attitudine dello strumento ad amplificare lo spostamento dell'indice al variare della grandezza misurata. Ripetibilità è l'attitudine dello strumento a fornire misure costanti in ripetute misurazioni di una stessa grandezza. Stabilità è l'attitudine dello strumento a dare misure costanti in diverse misurazioni di una stessa grandezza, alle stesse condizioni ma in un determinato intervallo di tempo. Prontezza è l'attitudine dello strumento a fornire la misura in tempi rapidi. Classe di precisione è il gruppo di strumenti che rispettano precisi limiti di alcune caratteristiche metrologiche nelle condizioni prescritte.

STRUMENTI PER MISURE LINEARI E ANGOLARI

In questa pagina passiamo in rassegna - allo scopo di fornire un quadro d'insieme - alcuni strumenti per misure lineari e angolari. Nei paragrafi seguenti li esamineremo più approfonditamente.

➢ Campioni materiali

Sono apparecchi che riproducono una grandezza di valore noto con una data incertezza; essi non possiedono indici né parti mobili durante la misurazione. Tra essi si possono citare:

➢ Strumenti comparatori

Sono apparecchi che forniscono la differenza tra una grandezza e un'altra, assunta come riferimento; questi strumenti, quindi, non forniscono la misura assoluta di una grandezza, ma il suo scostamento da un'altra.

➢ Campioni materiali di grandezze

angolari

Campioni di grandezze angolari sono: ● blocchetti angolari;squadre e cilindri di precisione; ● barra seno che, congiuntamente a blocchetti piano-paralleli, fornisce angoli di alta precisione.

➢ Goniometri

Forniscono direttamente misure di angoli, con l'ausilio del nonio oppure di un indice su quadrante, per le frazioni di grado.