Fondamenti della misurazione

Fondamenti della misurazione

Indroduzione alla misura

La crescente importanza delle misure nel nostro tempo è testimoniata da una parte dal rilevante valore aggiunto che queste apportano ad ogni tipo di prodotto nella moderna economia, e dall’altra dalla constatazione che il progresso scientifico e tecnologico richiede lo sviluppo di riferimenti, di metodologie, e di tecniche di misura sempre più raffinate.

Spesso non si fa distinzione tra le parole misurazione e misura, anche se a rigore per misurazione s’intende una serie di operazioni che hanno come fine la determinazione di un valore di una quantità, in altre parole il processo che porta alla quantificazione di una grandezza, mentre la misura è il risultato della misurazione. La misurazione o più semplicemente la misura è quindi un procedimento semplice o complesso, che permette di quantificare, assegnando dei numeri, le proprietà degli oggetti e degli eventi del mondo reale. Misurare permette di conoscere, di descrivere e quindi di controllare qualsiasi sistema fisico nel miglior modo possibile.

La scienza delle misure è antica in quanto misurare è un’esigenza vitale dell’uomo. Ciò si può evincere dalle parole sia di Galileo Galilei sia di Lord Kelvin. Infatti, Galileo Galilei affermò che: “Contiamo ciò che è contabile, misuriamo ciò che è misurabile e rendiamo misurabile ciò che non lo è”, mentre Lord Kelvin scrisse: “Io spesso affermo che quando puoi misurare ciò di cui stai parlando e lo puoi esprimere in numeri, tu conosci qualcosa di ciò, ma quando non puoi esprimerlo in numeri, la tua conoscenza è povera e insoddisfacente”. Eseguire misure è vitale per una comprensione del mondo fisico nel quale viviamo. In tutte le branche delle scienze fisiche e ingegneristiche si ha costantemente da operare con dei numeri che derivano dalle osservazioni sperimentali.

Negli ultimi anni molte industrie, ma anche diversi governi, nell’ambito delle nazioni più progredite, stanno dedicando sempre maggiore attenzione alla scienza delle misure riconoscendone una notevole importanza nella formazione dei quadri dirigenti, per le implicazioni che essa ha nelle transazioni commerciali. Esiste un’unità metodologica nella scienza delle misure, purtroppo si deve superare il ritardo causato dalla scarsa considerazione in cui si è tenuta questa realtà
anche nel mondo accademico. Infatti, fino a non molto tempo fa si è ritenuto che ogni branca della tecnologia richiedesse l’esecuzione di misure specialistiche e che ogni specialista di quella branca fosse in grado di eseguirle, anche in assenza di conoscenze specifiche sui fondamenti della misurazione.

La misura: la verifica di un modello

Le misure sono fondamentali per la verifica di un modello, di una teoria; se il modello o la teoria sono errati, ciò sarà rivelato dalle misure. Viceversa se la misura è errata, non si avrà conferma della validità o meno della teoria. È quindi necessario imparare a capire se una misura è stata o meno eseguita correttamente e può essere impiegata per i fini che si intendeva perseguire. Occorre un insegnamento propedeutico di base in cui si apprendano i fondamenti della misurazione prima di poter affrontare qualsiasi tipo di misura specialistica. I concetti fondamentali da apprendere riguardano i principi base della scienza delle misure, come l’incertezza, l’analisi statistica dei dati, l’interpretazione dei risultati, l’affidabilità, la certificazione, in specie quella di qualità, inoltre occorre imparare a conoscere la strumentazione di base che è essenzialmente di tipo numerico.

Per eseguire una misura ci si serve di opportuni strumenti costruiti in modo da rendere semplice l’esecuzione e facile la lettura. A questo scopo si sono molto diffusi in tutti i campi gli strumenti elettrici, elettronici analogici e digitali. In particolare negli ultimi trent’anni si è avuto uno straordinario impulso della strumentazione elettronica digitale, con la diffusione di strumenti accurati, precisi, sensibili, dedicati, intelligenti ed esperti. Gli strumenti digitali sono estremamente flessibili e questo ha determinato una loro proliferazione e differenziazione. Inoltre l’avvento dei sensori intelligenti ha notevolmente e ulteriormente espanso il loro campo di applicazione. L’importanza di avere sensori precisi e accurati è aumentata con l’avvento di IoT (Internet of Things) un sistema di condivisione in rete non solo di software, ma anche di dispositivi di misura.

Metodo di misura

Una misura deve iniziare con un’appropriata specificazione del misurando, del metodo di misura e della procedura di misura. Per misurando si intende una quantità soggetta a misura, valutata nello stato assunto dal sistema in osservazione durante la stessa misura. Per metodo di misura s’intende la sequenza logica di operazioni, descritte in modo generico, impiegate nell’esecuzione delle misure. Per procedura di misura s’intende l’insieme di operazioni, descritte in modo specifico, utilizzate nell’esecuzione di particolari misure, in accordo a un metodo prefissato. Con uno strumento di misura è possibile eseguire una misura attraverso un metodo diretto. Spesso una prova consiste nell’esecuzione di diverse misure dirette, ottenute mediante l’uso di specifici strumenti. Un metodo diretto di misura permette di ottenere il risultato della misura dalla lettura dello strumento senza necessità di conoscere esplicitamente valori di altri parametri, eccetto quelli delle grandezze d’influenza.

Molto più diffusi sono sistemi che prevedono ingressi analogici e digitali multipli. I sistemi di acquisizione dati hanno la peculiarità di facilità di adattamento al processo
industriale da controllare. Si va sempre più affermando una nuova filosofia di misura che, partendo dal punto di vista classico di misurare solo una grandezza con uno strumento a ciò dedicato, si sta orientando verso un vero e proprio sistema di misura basato su un calcolatore in grado di elaborare una gran quantità di dati provenienti da più sensori. A volte dalla combinazione di risultati di misure dirette su parametri funzionalmente legati al misurando si risale, mediante l’esecuzione di calcoli, al risultato di una misura, in tal caso si parla di misure indirette o di metodo indiretto di misura. D’altro canto, qualunque sia la strumentazione utilizzata, l’esecuzione corretta di una misura richiede sempre la conoscenza dell’unità di misura, della metodologia seguita e di alcune proprietà della variabile da misurare, oltre che esperienza da parte dell’operatore. L’operatore nel fornire il risultato della misura dovrà essere sicuro di aver operato correttamente ed esprimere in forma appropriata il numero, con le sue cifre significative.

Esercizi fondamenti della misurazione

Dopo questa introduzione del concetto di misura, fornisco degli esercizi pratici relativi al corso di fondamenti della misurazione di ingegnera informatica e dell’automazione dell’anno 2012/2013. I seguenti pdf illustrano i più comuni esercizi trattati nel campo della misurazione e sono stati scritti con l’intendo di aiutare lo studente per il superamente dell’esame di fondamenti della misurazione per ingegneria (presso il Politecnico di Bari, Italia).

Fondamenti della misurazione – 1° Esonero

Fondamenti della misurazione – 2° Esonero

 

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