Il concetto di misura

Considerazioni generali sul processo di misurazione Alla base dei procedimenti di misura non vi sono solo gli aspetti meramente tecnici legati alla misurazione, ma assumono importanza anche la concezione di idee, la formulazione di ipotesi, l’effettuazione di osservazioni, da considerarsi nell’ambito del background culturale di chi concepisce la misurazione L’ottenimento di una misura si fonda essenzialmente sulla formulazione di un modello relativo al sistema in esame Il modello risente delle nozioni qualitative relative al sistema in esame e delle finalità della misurazione si consideri ad esempio il caso di una misura relativa alla larghezza di una tavola… Il concetto di misura

Modello Parallelepipedo B (macroscopico) La misura è vista come la distanza massima fra due linee parallele tangenti ai bordi della tavola La misura è vista come la distanza fra due punti appartenenti ai due lati della tavola; distanza fra i beccucci del calibro La misura è vista come la distanza fra due linee localmente tangenti ai lati della tavola (ad es. passaggio attraverso gli stipiti di una porta…) (macroscopico) Il concetto di misura

Processo logico-deduttivo Modello Sistema fisico Processo logico-deduttivo Modello Catena di misura Nozioni qualitative e nozioni storiche (esperienza) Informazioni quantitative (misure) Grandezze di disturbo (identificate e no) Grandezze di interesse (identificate) Le grandezze di disturbo possono dare contributi di tipo casuale oppure di tipo sistematico. Il concetto di misura

il “valore vero” non esiste oppure non è conoscibile; Una misura assume carattere tecnico-scientifico solo se è riproducibile, ovvero se, effettuando più volte la misura stessa nelle medesime condizioni operative, si ottengono risultati compatibili. Tuttavia, la compatibilità non può intrinsecamente essere assoluta per diverse cause: la percezione del sistema fisico è di per sé incompleta (la complessità del sistema supera le possibilità di discernimento); il “valore vero” non esiste oppure non è conoscibile; il fenomeno viene tradotto in un modello, che, per quanto complesso e generale, è pur sempre finito ed incompleto; il modello del fenomeno deve essere descritto in termini trasmissibili (per esempio per via numerica). Il concetto di misura

Vocabolario metrologico Relativamente al vocabolario metrologico si fa riferimento a due norme: UNI 4546 - Misure e Misurazioni, termini e definizioni fondamentali ISO VIM - International Vocabulary of basic and general terms in Metrology La prima è valida in ambito italiano, mentre la seconda è valida a livello internazionale (BIPM, ISO, IEC …) Il concetto di misura

Grandezza “Ogni quantità, proprietà, condizione usata per descrivere fenomeni e valutabile in termini di unità di misura” (UNI 4546) “Attributo di un fenomeno, di un corpo o di una sostanza, che può essere distinto qualitativamente e determinato quantitativamente” (VIM) In entrambe le norme si fa riferimento al termine grandezza sia per indicare una grandezza in senso generale (lunghezza, temperatura, …), sia per indicare una grandezza specifica (lunghezza di uno stelo, temperatura di uno specifico fluido, …); per questa seconda accezione nella norma UNI si introduce il termine parametro (di un dato sistema). Si indicano come grandezze della stessa specie (omogenee) grandezze che possono essere valutate con lo stesso metodo di misurazione; misure di grandezze della stessa specie possono essere confrontate e disposte secondo un ordine di grandezza. Il concetto di misura

Sistema “Oggetto o insieme di oggetti descritto in termini di grandezze ad esso pertinenti” (UNI 4546) Si definisce lo stato del sistema come come “l’insieme dei valori assunti contemporaneamente dai parametri del sistema” (UNI 4546). Per parametro si intende “Ogni grandezza pertinente a un sistema alla quale è necessario assegnare valori per descrivere il sistema stesso, la sua evoluzione e/o le sue interazioni con altri sistemi e con l’ambiente”; i parametri che si riferiscono a grandezze pertinenti l’ambiente sono detti parametri d’ambiente. Modello “Insieme organico di relazioni fra i valori di parametri, descrivente le interazioni e l’evoluzione dei sistemi” (UNI 4546) Il concetto di misura

Esempio: dinamometro a molla K x F Sistema T Ambiente Parametri del sistema: K, x, F Parametri d’ambiente: T Modello: Segnale in ingresso: F Segnale in uscita: x Per segnale si intende la “modificazione dello stato di un sistema usata per ottenere, elaborare e/o trasmettere un’informazione” (UNI 4546). Il concetto di misura

Misurazione Misurando “Insieme di operazioni materiali ed elaborative compiute mediante appositi dispositivi posti in interazione con il sistema misurato allo scopo di assegnare la misura di una grandezza assunta come parametro di tale sistema” (UNI 4546) “Insieme di operazioni finalizzate alla determinazione di un valore per una grandezza” (VIM) Misurando “Parametro sottoposto a misurazione e/o regolazione, valutato nello stato assunto da sistema al momento della misurazione stessa” (UNI 4546) “Particolare grandezza sottoposta a misurazione” (VIM) La norma UNI definisce più accuratamente il concetto di misurando: si tratta di un parametro da identificarsi nell’ambito di un modello applicato ad un dato sistema misurato nello stato assunto da tale sistema: il valore del misurando dipende dai valori assunti dagli altri parametri del sistema. Il concetto di misura

Interazione di misurazione “Interazione fra il sistema misurato, lo strumento e l’ambiente, instaurata per generare il segnale di misura” (UNI 4546) Questa interazione comporta scambi energetici e dunque l’alterazione dello stato assunto sia dal sistema misurato sia dallo strumento di misura. L’alterazione introdotta dall’applicazione dello strumento di misura al misurando è detta effetto di carico. Si parla di interfaccia di misurazione per indicare l’interfaccia tra il sistema misurato e lo strumento di misurazione, attraverso la quale il segnale in uscita dal primo si traduce nel segnale di misura per il secondo. Il segnale di misura è quello che consente di ottenere la misura; ad ogni segnale è correlata un supporto, ovvero una grandezza attraverso la quale l’informazione associata al segnale si trasmette. I disturbi comportano una variazione del supporto a cui non corrisponde una variazione del segnale ovvero del misurando. Il concetto di misura

Grandezza d’influenza “Grandezza, diversa dal misurando, pertinente al sistema misurato stesso, e/o agli apparecchi usati, e/o all’ambiente, la cui variazione altera, agli effetti della misurazione o della regolazione, le caratteristiche degli apparecchi e/o le modalità dell’interazione di misurazione” (UNI 4546) “Grandezza non coincidente con il misurando che influenza il risultato della misurazione” (VIM) La differenza fra le due definizioni rispetta la diversità fra le definizioni date per il termine misurando. La norma UNI 4546 specifica che le grandezza d’influenza non alterano il misurando, bensì agiscono sulle caratteristiche degli apparecchi e/o sulla relazione esistente fra segnali d’uscita e misurandi… Per le grandezze d’influenza si definiscono dei campi entro i quali tali grandezze possono variare senza che si manifestino alterazioni delle caratteristiche degli strumenti di misura… (campo d’impiego, campo di sicurezza, campo di magazzino). Il concetto di misura

Definizione di misura (UNI 4546) Secondo la norma UNI 4546 una misura è data da un intervallo di valori accompagnata da un’unità di misura. Definizione: “Informazione costituita da un numero, un’incertezza ed un’unità di misura, assegnata a rappresentare un parametro in un determinato stato del sistema” Il numero (valore di misura), associato all’incertezza di misura, consente di costruire un intervallo di valori. Incertezza Valore di misura Intervallo di valori Il concetto di misura

Valore o Valore di misura “Numero con associata unità di misura, costituente l’elemento rappresentativo della fascia di valore assegnata come misura di un parametro in un determinato stato del sistema” Fascia di valore “Insieme limitato di numeri con unità di misura associata, assegnato globalmente come misura di un parametro” Gli elementi della fascia di valore sono tutti egualmente validi per rappresentare il parametro sottoposto a misurazione. Il numero assunto come valore di misura è puramente convenzionale ed è arbitrario: esso ha la stessa “validità” degli altri valori costituenti la fascia di valore. Il concetto di misura

Incertezza intrinseca “Intorno limitato del valore di un parametro, corrispondente agli elementi della fascia di valore assegnatagli come misura” (UNI 4546) “Parametro, associato con il risultato di una misurazione, che caratterizza la dispersione dei valori che possono ragionevolmente essere attribuiti al misurando” (VIM e UNI CEI ENV 13005 - GUM) L’incertezza deve essere assegnata in modo tale che la misura ottenuta risulti compatibile con misure del medesimo parametro ottenute nelle medesime condizioni. Incertezza intrinseca “Minima incertezza che può essere assegnata nella misura del parametro” Essa è intrinsecamente presente ed è connessa alla definizione del misurando nell’ambito del modello scelto per il sistema misurato. Il concetto di misura

Compatibilità delle misure “Condizione che si verifica quando le fasce di valore assegnate in diverse occasioni come misura dello stesso parametro nello stesso stato hanno almeno un elemento in comune” M a b c d La misura d non è compatibile con a, b, c. [u.m] Il concetto di misura

Valutazione del parametro “Assegnazione di una determinata fascia di valore come misura del parametro in un determinato stato” La fascia deve essere valutata in modo tale che la misura risulti compatibile con ogni altra misura ottenuta nelle medesime condizioni. La fascia di valori deve essere costruita con metodi statistici a partire dai risultati delle misurazioni disponibili. Se non è nota la distribuzione dei valori ottenuti si considera un intervallo fiduciario per la media di semiampiezza 3, comprendente il 99,73 % dei possibili risultati. Il concetto di misura

Concezioni di misura Secondo la definizione euclidea la misura è vista come il rapporto fra la grandezza misurata ed un campione di riferimento. Attualmente la misura è vista, invece, come un intervallo di valori (accompagnato da unità di misura) attribuibili al parametro misurato secondo un’opportuna distribuzione di probabilità. Metodi di misura: Tradizionale - la valutazione di una grandezza fisica è ottenuta come multiplo di un’unità fondamentale di riferimento Relazionale - la misura è l’assegnazione oggettiva di simboli e valori a qualità di oggetti, data in modo tale da consentire la rappresentazione di relazioni fra loro Il concetto di misura

Classificazione delle misurazioni secondo le loro finalità Misure per conoscere un parametro di un sistema in esame Misure finalizzate al controllo Misure finalizzate alla taratura Il concetto di misura

Bibliografia F. Angrilli, Corso di misure meccaniche, termiche e collaudi, Vol. 1, CEDAM (Padova), 2000 (p. 1-40) UNI 4546, Misure e Misurazioni, termini e definizioni fondamentali ISO VIM, International vocabulary of basic and general terms in metrology Il concetto di misura