�Controlli e Misure per l’Automazione��Modulo: Monitoraggio dei Processi Industriali����AA 2025-2026��Introduzione

Francesco Santoni

​

Reperibilità Docente

• Ricevimento:
• Dopo le lezioni
• Oppure fissare appuntamento via e-mail
• Tel: 075 585 3635
• Email: francesco.santoni@unipg.it

Modalità Esame

• Prova scritta seguita da colloquio orale
• Prova scritta, valutata in trentesimi, articolata in tre sezioni (tempo a disposizione: 2 ore).
• Sezione 1: dieci domande a risposta multipla su tutto il programma (1 punto per ogni risposta esatta).
• Sezione 2: 1° esercizio (fino a 10 punti).
• Sezione 3: 2° esercizio (fino a 10 punti).
• Si è ammessi alla prova orale se il risultato della prova scritta è almeno 15/30
• Prova orale è obbligatoria per il superamento dell’esame.
• NB: il voto allo scritto non è il voto finale minimo: una prova orale gravemente carente può fare abbassare il voto finale rispetto allo scritto

Modalità Esame

• Orali e verbalizzazioni: usualmente lo stesso giorno della prova scritta.
• In sede d’esame non è ammessa la presenza (e tantomeno l’uso!) di testi, appunti e calcolatrici programmabili, salvo diversamente disposto dal docente.

Materiale didattico

• Il materiale include:
• Slide delle lezioni (pptx o pdf o entrambi)
• Dispense (realizzate dal prof. Antonio Moschitta)
• Materiale didattico presente in biblioteca (altre dispense, prevalentemente relative alla strumentazione di misura elettronica)
• Nota: il materiale didattico del corso sarà messo a disposizione attraverso UniStudium e sulla pagina personale del docente: sites.google.com/view/emerlab/about-us/francesco-santoni

​

Testi suggeriti

• Monitoraggio dei processi industriali:

​

• John R. Taylor, «Introduzione all’analisi degli errori. Lo studio delle incertezze nelle misure fisiche», terza edizione, Zanichelli, 2023
• Ignacio Lira, «Evaluating the Measurerment Uncertainty, Fundamentals and Practical Guidance», Institute of Physics, Series of Measuring Science and Technology.
• Guide to the Expression of Uncertainty in Measurements (GUM), scaricabili gratuitamente dal sito www.bipm.org,
• Vocabolario Internazionale di Metrologia (VIM)

Organizzazione del modulo

• Lezioni frontali
• Esercitazioni in aula (risoluzione di esercizi d’esame)
• (esercitazioni sull’utilizzo di strumentazione di misura)

​

Obiettivi formativi del corso

• Monitoraggio dei processi industriali:
• Comprendere il contesto in cui si svolgono le misure elettriche/elettroniche
• Comprendere l’architettura della moderna strumentazione di misura elettronica
• Saper pianificare ed eseguire alcune misure di grandezze elettriche, valutando l’incertezza associata
• Acquisire consapevolezza delle problematiche relative alla incertezza di misura

​

​

Indice argomenti

• Monitoraggio dei processi industriali:

​

• Calcolo della probabilità
• Introduzione alla teoria della misurazione, richiami sulle grandezze elettriche, sulle relative Unità di Misura, e sui circuiti elettrici.
• Valutazione dell’incertezza di misura
• Architettura di uno strumento di misura elettronico moderno (multimetri e oscilloscopi)
• Misure elettriche in contesto industriale (introduzione, misure di corrente, misure di potenza)

​

​

Competenze richieste in ingresso

• Analisi matematica
• Derivata di funzione
• Derivata parziale e gradiente di una funzione
• Sviluppo in serie di Taylor
• Integrale di una funzione
• Operatore sommatoria, media aritmetica

​

​

​

Competenze richieste in ingresso

• Fisica II/Elettrotecnica
• Concetto di differenza di potenziale e di corrente elettrica
• Relazioni costitutive dei principali componenti discreti passivi (resistore, condensatore, induttore). Relazioni costitutive dei trasformatori di tensione/corrente
• Relazioni costitutive di generatori di tensione e corrente
• Leggi di Kirchhoff, circuiti equivalenti di Thevenin e di Norton
• Legge di Faraday-Neumann-Lenz
• Legge di Biot-Savart
• Forza di Lorentz

Introduzione alla Teoria della Misurazione

• Perché misurare?
• La misurazione è alla base della scienza moderna e del relativo sviluppo tecnologico
• La misurazione è alla base di numerose applicazioni pratiche, nell’industria e nella vita di tutti i giorni:
• Risoluzione di controversie legali
• Controllo di qualità
• Verifiche di conformità (azioni correttive)

Introduzione alla Teoria della Misurazione

• È un concetto recente?
• Esiste dall’antichità
• È alla base del commercio
• Viene utilizzata nell’industria
• Ha quindi notevoli risvolti economici

​

​

​

​

​

​

​

​

​

• Ma allora dov’è la novità?
• Strumenti tecnologicamente più avanzati
• Possibilità di misurare più grandezze che non in passato
• Utilizzo della Teoria delle Probabilità e della Statistica Inferenziale
• Concetto di incertezza di misura e delle implicazioni di tale concetto
• Attività di normazione a livello internazionale

​

​

​

​

​

​

​

Introduzione alla Teoria della Misurazione

• E’ un concetto recente?
• Esiste dall’antichità
• E’ alla base del commercio
• Viene utilizzata nell’industria
• Ha quindi notevoli risvolti economici

​

​

​

​

​

​

​

​

​

• Ma allora dov’è la novità?
• Passaggio da approccio più contemplativo/empirico ad approccio sperimentale sistematico (si "costringe" la "natura" a rispondere entro limiti e condizioni fissate dallo sperimentatore, guidate dalla teoria e da una comprensione geometrico-ideale della realtà)
• Strumenti tecnologicamente più avanzati
• Possibilità di misurare più grandezze che non in passato
• Utilizzo della Teoria delle Probabilità e della Statistica Inferenziale
• Concetto di incertezza di misura e delle implicazioni di tale concetto ai fini del supporto alle decisioni
• Attività di normazione a livello internazionale

Introduzione alla Teoria della Misurazione�Le misure nella storia

• Nell’antichità, le misure erano utilizzate per:
• Commercio
• Edilizia
• Infrastrutture
• Standardizzazione
• Babilonesi, egizi:
• Unità di misura di lunghezza, peso e capacità, derivate da elementi «naturali», circa uguali ovunque: palmo, spanna, cubito, ..

Introduzione alla Teoria della Misurazione�Le misure nella storia

• Civiltà antiche della valle dell’Indo (dal 3500 A.C.) utilizzavano pesi e mattoni standardizzati

​

• Successivamente i Greci e i Romani utilizzarono unità di misura della distanza e del peso

​

Introduzione alla Teoria della Misurazione�Le misure nella storia

• Francis Bacon (1561 – 1626): verifica sperimentale
• Galileo Galilei (1564 –1642): metodo scientifico, verifica metrologica, teoria in maggiore accordo con la realtà
• Problema: intersoggettività delle misure non era garantita (es. definizione di u.d.m. «braccio»).
• Soluzione: sviluppo del Sistema Internazionale di unità di misura (Convenzione del Metro 1875).

​

​

Introduzione alla Teoria della Misurazione�Importanza scientifica della misurazione

• La misurazione è oggi considerata uno strumento essenziale per l’avanzamento della conoscenza
• Ogni proposta tecnica o scientifica deve essere supportata e validata da risultati di misurazioni
• Lord Kelvin (1883):

«when you can measure what you are speaking about, and express it in numbers, you know something about it; but when you cannot measure it, when you cannot express it in numbers, your knowledge about it is of meager and unsatisfactory kind: it may be the beginning of knowledge, but you have scarcely, in your thoughts, advanced to the stage of science» - da "Electrical Units of Measurement" (conferenza pubblica del 3 maggio 1883), in Popular lectures and addresses, Londra: MacMillan and Co., 1889, vol. 1/3, p. 73.

Introduzione alla Teoria della Misurazione

• Occorre misurare “tutto” in modo “perfetto”?

​

​

Introduzione alla Teoria della Misurazione

• Occorre misurare “tutto” in modo “perfetto”?
• No. Uno degli obiettivi del corso è acquisire gli strumenti per capire quali misurazioni occorra effettuare in un determinato contesto e quale “bontà” sia richiesta ad una certa misurazione.
• Osservazione preliminare: aumentare la “bontà” di una misurazione costa.
• “tutto” e “perfetto” sono termini generici, da ridefinire in modo rigoroso e quantitativo attraverso il concetto di incertezza di misura.

​

​

Introduzione alla Teoria della Misurazione

• NB: l’automazione opera ricevendo in ingresso risultati di misurazioni!
• L’incertezza associata alle misure si traduce in un incertezza sul controllo

Il sistema di controllo “Uomo” in base alla misura visuale di h(t) decide di quanto aprire/chiudere il rubinetto. Lo scopo è quello di mantenere il livello del liquido ad un valore istantaneo desiderato: r(t)=h_des(t)

h_des(t)