L'architettura di un sistema di misura può essere scomposta in una serie di elementi funzionali che operano sul segnale per trasformare il misurando in un'informazione fruibile. ### Elementi funzionali dello strumento In un sistema di misura tipo, si identificano blocchi funzionali che eseguono operazioni specifiche sul segnale: - **Elemento sensibile primario (Sensore):** È il componente in diretto contatto con il [[Concetto di misura|misurando]]. Esso "sente" la grandezza fisica e produce un output (spesso uno spostamento o una grandezza elettrica). *È fondamentale che questo elemento perturbi il meno possibile il sistema sotto misura, minimizzando l'assorbimento di energia.* - **Elemento convertitore di variabile:** Riceve il segnale dal sensore e ne cambia la natura fisica (es. da spostamento meccanico a tensione elettrica) mantenendo intatta l'informazione originale. - **Elemento modificatore di variabile:** Elabora il segnale senza cambiarne la natura fisica. Esempi tipici sono l'amplificazione (per aumentare il rapporto segnale/rumore) o la modulazione (FM, AM, PCM) per facilitare la trasmissione. - **Elemento di trasmissione:** Trasferisce il segnale tra componenti fisicamente separati del sistema. - **Elemento di memorizzazione:** Consente l'archiviazione dei dati per analisi differite (es. memorie digitali, registratori magnetici). - **Elemento di presentazione:** Interfaccia il sistema con l'operatore umano, traducendo il segnale in una forma percepibile, solitamente visiva (display, scale graduate, grafici). ![[Pasted image 20260504105629.png]] ##### Esempio: Manometro a pistone In un manometro a pistone, la pressione (misurando) agisce sulla faccia del pistone (elemento sensibile). Lo spostamento del pistone viene trasmesso e convertito tramite un cinematismo in una rotazione di un indice su una scala graduata (elemento di presentazione). ![[Pasted image 20260504105640.png]] #### Trasduttori Gli elementi del sistema di misura che trasducono il segnale in ingresso in un altro tipo di segnale vengono chiamati **trasduttori** elementari. Questi possono essere classificati in base alla modalità di alimentazione energetica: - **Trasduttori attivi (o autogeneranti):** L'energia del segnale in uscita è fornita direttamente dal misurando. Esempi includono le **termocoppie e i sensori piezoelettrici.** - **Trasduttori passivi:** Richiedono una sorgente di energia ausiliaria per operare. Il misurando modula l'energia fornita dalla sorgente esterna. Esempi tipici sono i **potenziometri, gli estensimetri e i termometri a resistenza.** ![[Pasted image 20260417174003.png]] *Figura 3: Esempio di trasduttore attivo (a = bilancia meccanica) e passivo (b = bilancia elettromagnetica)* #### Strumenti analogici e digitali La distinzione risiede nella natura del segnale di uscita: - **Analogici:** Forniscono un'uscita continua. Sono soggetti all'**errore di parallasse** se l'osservatore non è perfettamente allineato con l'indice e la scala. - **Digitali:** Forniscono valori discreti (numeri interi o decimali finiti). La più piccola variazione rilevabile è definita **risoluzione**. #### Strumenti a zero e a deviazione Gli strumenti di misura possono essere classificati in strumenti a zero e a deviazione. - **Strumenti a zero:** Il misurando viene equilibrato da una grandezza di riferimento nota (campione). Lo strumento funge da comparatore e deve indicare "zero" quando l'equilibrio è raggiunto (es. bilancia a bracci uguali). Offrono una ridotta [[Tolleranza e incertezza|incertezza]] ma sono lenti. - **Strumenti a deviazione:** Il misurando provoca una variazione della configurazione fisica dello strumento (es. termometro a mercurio). Sono ideali per misure dinamiche (variabili nel tempo) ma generalmente meno accurati dei metodi a zero. ### Esempi ed esercizi Immaginiamo una bilancia digitale da cucina. 1. Quando appoggi un peso, una cella di carico (sensore primario) si deforma. 2. Questa deformazione cambia la resistenza elettrica di un circuito (convertitore). 3. Un microchip amplifica questo piccolo segnale elettrico (modificatore). 4. Infine, il valore appare sul display LCD (presentazione). Se la bilancia mostra solo scatti di 1 grammo, quella è la sua **risoluzione**. Se guardi il display di lato e vedi un numero diverso (in quelle vecchie ad ago), stai commettendo un **errore di parallasse**. ##### Domande di teoria - [ ] Qual è la differenza fondamentale tra un trasduttore attivo e uno passivo in termini di bilancio energetico? - [ ] Perché i metodi a zero sono solitamente preferiti per misure di alta precisione rispetto ai metodi a deviazione? - [ ] In che modo i [[Ingressi e disturbi negli strumenti di misura|disturbi]] esterni possono influenzare l'elemento sensibile primario? ##### Esercizi - [ ] Descrivere mediante uno schema a blocchi gli elementi funzionali di un comune termometro a mercurio | Rossi - [ ] Un sensore di pressione ha un'uscita digitale con risoluzione di 0.1 bar. Se la pressione reale varia da 1.05 a 1.08 bar, quale sarà l'uscita dello strumento? Giustificare la risposta in base al concetto di risoluzione. ### Collegamenti --- > [!info]- Risorse > ![[!Misure meccaniche e termiche#Risorse#Bibliografia]] > ![[!Misure meccaniche e termiche#Risorse#Approfondimenti]] --- > [!danger] Info > ![[!Misure meccaniche e termiche#Collegamenti]]