Taratura Statica

TARATURA STATICA

Applicazione

La taratura statica è un operazione che ci permette di definire le prestazioni di uno strumento nella misurazione di quantità costanti o che al più variano lentamente.

Start

Step 1

Identificare tutti i possibili ingressi

Esaminare la struttura e la fisica dello strumento di misura ed identificare tutti i possibili ingressi interferenti e modificanti.

Umidità

Temperatura

Pressione Atmosferica

Vibrazioni

Rumore Elettromagnetico

Invecchiamento e Usura

Errore Umano

Interferenze Ambientali

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Step 2

Valutazione ingressi significativi

Decidere quali degli ingressi sono significativi, e che quindi vanno controllati, nell'applicazione per cui lo strumento viene tarato.

Molti ingressi sono lasciati incontrollati nella speranza che contribuiscano ciascuno solo in minima parte all'incertezza di misura dello strumento e che l'insieme dei loro effetti sull'uscita sia di natura casuale.

Disturbi

Ingressi

Uscite

u1

v1

u2

v2

Sistema

...

...

un

vn

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Step 3

Allestimento di un banco di taratura

Allestimento di un banco prova che permetta di variare gli ingressi ritenuti significativi uno alla volta e tenere sotto cotrollo gli altri.

In questa fase è fondamentale procurarsi campioni adeguati per misurare tutti i vari ingressi.

N.B. Una regola spesso seguita è quella di utilizzare un sistema di taratura che abbia incertezza totale almeno quattro volte migliore dell'unità sotto analisi.

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Step 4

Realizzazione delle prove

Mantenendo alcuni ingressi costanti e facendone variare altri (o solo uno) vengono registrate le variazioni delle uscite.

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Step 5

Interpolazione ai minimi quadrati

Tramite il criterio dei minimi quadrati, che minimizza la somma dei quadrati delle differenze nella direzione verticale tra i punti e la linea interpolante, viene tracciata la curva (curva di taratura) che meglio interpola i punti dispersi.

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Caratteristiche Statiche

Indice:

Linearità

Campo di misura

Isteresi

Portata

Soglia

Ripetibilità

Risoluzione

Stabilità

Sensibilità

Incertezza Complessiva

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Caratteristiche Statiche

Linearità

Si definisce (non) linerità la massima deviazione dei punti di taratura dalla retta di regressione determinata con il metodo dei minimi quadrati.

Eseguendo questa differenza in valore assoluto per ciascun punto, si definisce (non) linearità il valore massimo ottenuto.

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Caratteristiche Statiche

Isteresi

Massima differenza tra la curva di carico e di scarico.

CALCOLO

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Caratteristiche Statiche

Isteresi

Eseguire le misure in salita e discesa n volte ed organizzarle in una tabella come presentato nell'esempio.

...

Raggruppare in un unico vettore i valore differenza massimo per ogni sequenza;

Facendo la media dei valori contenuti nel vettore appena visto è possibile valutare l'isteresi dello strumento.

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Caratteristiche Statiche

soglia

Valore di ingresso al di sotto del quale lo strumento di misura non rileva alcuna variazione dell'uscita.

Partendo dallo zero l'ingresso viene gradualmente incrementato fino al punto in cui non si raggiunge una variazione tale che può essere misurata con lo strumento.

Se il valore di soglia si avvicina allo zero è possibile andare incontro a piccole fluttuazioni casuali che pongono un limite inferiore a ciò che può essere misurato. Questo limitee è definito rumore di fondo dello strumento.

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Caratteristiche Statiche

Risoluzione

Incremento dell'ingresso che genera una variazione piccola manumericamente definita dell'uscita.

Se l'ingresso viene lentamente incrementato partendo da un certo valore arbitrario diverso da zero, l'uscita non varia finchè non viene superato un certo valore dell'ingresso.

Esprimibile in valore assoluto o in percentaule di fondo scala.

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Caratteristiche Statiche

Sensibilità

Rapporto tra la variazione dell'uscita e la corrispondente variazione dell'ingresso.

La sensibilità può essere definita come la pendenza della curva di taratura dello strumento in ogni suo punto

N.B. Se il comportamento è lineare la sensibilità corrisponde al coefficiente m della curva di taratura.

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Caratteristiche Statiche

Campo di misura

Intervallo di una variabile che lo strumento è in grado di misurare.

Può essere espresso in vari modi a seconda dell'applicazione.

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Caratteristiche Statiche

Portata

La portata (o fondo scala) rappresenta il limite superiore del campo di misura, ovvero il più grande ingresso che lo strumento è in grado di misurare.

Spesso si usa il fondo scala per adimensionalizzare tutte le altre grandezze riportandole ad una sua percentuale (% di fondo scala).

Durante la taratura può essere l'operatore a scegliere il limite massimo entro cui tarare lo strumento e identificare tale limite come fondo scala.

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Caratteristiche Statiche

Ripetibilità

Proprietà di uno strumento di fornire valori di lettura simili fra loro su misure consecutive dello stesso misurando eseguite nelle medesime condizioni.

I test vengono eseguiti svariate volte, sullo stesso laboratorio, dallo steso operatore, dallo stesso apparato. Si differenzia dalla riproducibilità che invece prevede prove eseguite utilizzando differenti laboratori, apparati ed operatori.

CALCOLO

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Caratteristiche Statiche

Ripetibilità

Proprietà di uno strumento di fornire valori di lettura simili fra loro su misure consecutive dello stesso misurando eseguite nelle medesime condizioni.

I test vengono eseguiti svariate volte, sullo stesso laboratorio, dallo steso operatore, dallo stesso apparato. Si differenzia dalla riproducibilità che invece prevede prove eseguite utilizzando differenti laboratori, apparati ed operatori.

CALCOLO

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Caratteristiche Statiche

Ripetibilità

1) Eseguire n letture per ciasun ingresso; 2) Fare la media tra le letture corrispondenti ad uno stesso valore in ingresso; 3) Calcolare la varianza e quindi la deviazione standard per le n letture di ciascun ingresso rispetto al corrispondente valore medio; 4) Considerare il valore di deviazione standard massimo ottenuto tra quelli calcolati per ciascun ingresso ingresso...

Si definisce ripetibilità il doppio di tale deviazione standard.

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Caratteristiche Statiche

Stabilità

Attitudine di uno strumento di misura a fornire la stessa lettura su un ingresso mantenuto costante in un certo intervallo di tempo.

Esempio potenziometro: Applico uno spostamento [mm]; Lo lascio applicato per un certo intervallo di tempo; Il valore ottenuto in uscita [mV] deve mantenersi costante nell'intervallo di tempo considerato.

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Caratteristiche Statiche

Incertezza complessiva

Può essere stimata come segue:

i = Componente di incertezza

Nella relazione riportata tutte le componenti di incertezza hanno lo stesso peso.

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