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Diagramma di produzione di una misura
#1
Penso sia utile cercare di fare ordine riguardo la produzione di una misura. Al solito raccomando l'analisi critica di quanto riportato e accetto volentieri correzioni e/o eventuali critiche (costruttive si intende) Smile.

E’ il processo operativo che deve essere impiegato da chi intende svolgere correttamente una misura.
Cioè è un insieme di meditazioni, di studi, di analisi, di calcoli, di previsioni, di decisioni, di azioni operative svolte da chi progetta ed esegue una misurazione. Questo insieme di azioni deve essere fatto a tavolino (carta e penna per intenderci o file word), poi in laboratorio o sul campo dove si eseguono le misurazioni e alla fine di nuovo a tavolino (fase di esame dei risultati). Quindi l’esecuzione di una misurazione va meditata, progettata in tutti i suoi passi e va seguito un processo logico che permette di effettuare una misurazione in maniera corretta, se no è sicuro che essa avrà dei difetti. Tipicamente se tutte le azioni scritte sopra non vengono effettuate (diagramma di produzione di una misura) la misura o sarà distorta o sarà insufficiente, l’informazione ottenuta quindi sarà anch'essa insufficiente, e ciò che è peggio è che non ce ne accorgeremo.
Il percorso può fondamentalmente essere diviso in 4 parti:
(vedi Allegato_1)
Prima di descrivere i passi presenti nell'allegato, si noti che:
La misurazione è sempre una parte integrata di un processo.
La misurazione non è mai motivata da se stessa è sempre legata a problemi di tipo economico, a problemi di conoscenza del mondo fisico.
Quindi non nasce da sola esiste sempre un committente che allo start ci chiede una misura e ci chiede di eseguire una misurazione e pretende allo stop un certificato, un documento, una dichiarazione sull’informazione che vuole ottenere cioè sulla misura commissionata.
La misurazione ha un costo (persone-apparecchiature-incertezza) e questo costo deve essere il minimo possibile.
Esplicitiamo i passi (vedi Allegato_1):
1° passo: oggetto e scopo della misurazione: deve essere eseguito a tavolino e si tratta di capire le reali esigenze di informazioni e lo scopo per cui ci viene richiesta la misurazione. Questo passo ci permette di dedurre l’incertezza effettivamente necessaria della misurazione, modelleremo il sistema misurato e individueremo lo stato.
2°passo ancora a tavolino: programmazione della misurazione.
Scegliere la procedura migliore in termini di costo in senso allargato, anche ad esempio il tempo delle persone impegnate per eseguire la misurazione e che questa serva allo scopo, quindi scelta del Metodoapparecchiatura a disposizione.
3° passo Atto della misura cioè fare la misura, eseguire correttamente l'atto della misura (la parte divertente per i piùSmile)
4° passo a tavolino e si esegue l’analisi al calcolatore dei dati a disposizione, per ottenere i risultati della misura e cioè la misura della grandezza di interesse.

Oggetto e scopo della misurazione

Nel diagramma di produzione della misura in realtà esistono passaggi intermedi che posso risolvere il diagramma stesso senza dover effettuare tutti i passaggi poiché si evince che l’oggetto e lo scopo della misura non mi permettono di andare avanti, perché non avrebbe senso.

Esempio: supponiamo di avere nel nostro laboratorio un resistore campione e di volere misurare la resistenza. L’oggetto, il resistore campione ha una incertezza più bassa rispetto agli strumenti che io possiedo, la misura nel mio laboratorio non la posso fare, per eseguire questa misura devo mandare il mio campione in un altro laboratorio più attrezzato del mio. Allora esplodiamo questo passo in un insieme di passi come di seguito riportato.
(Allegato_2)

Analizziamo per prima cosa lo scopo della misurazione: significa rispondere alle seguenti domande: perché si vuole una misura? E di quale grandezza? Queste domande sono abbastanza difficili (anche se non sembra) perché per rispondere ci vuole esperienza e sensibilità, in generale il committente tende a non dichiarare, almeno in prima battuta le proprie reali esigenze o esagera chiedendo il massimo che significa la minima incertezza possibile, oppure magari preoccupato per il costo della misurazione tende a richiedere un incertezza troppo grossolana. Quindi si tratta di capire e cioè di discutere con il committente per cercare di capire quali sano le reali esigenze e lo scopo che lo spingono a richiedere la misurazione e questo è un lavoro abbastanza delicato.
Una volta superato questo primo step, siamo in grado di stabilire l’incertezza voluta V con la quale si vuole ottenere la misura (perché serva allo scopo).

Definizione del misurando
  1. Definire il misurando : descrizione semplice.
  2. Definire il modello e lo stato del sistema misurato, tenendo conto delle grandezze significative.
Definire il misurando: la definizione può essere anche operativa non necessariamente un modello matematico. Conviene partire da un modello semplice perché sarà più facile da trattare. Però un modello semplice descrive in maniera rozza la realtà e quindi può avere un incertezza intrinseca non trascurabile.
Definire il modello e lo stato del sistema misurato.
D’altro canto dobbiamo definire anche lo stato del sistema misurato e cioè fare un elenco delle grandezze significative relativamente al modello che sto considerando e determinare dunque lo stato del nostro sistema.
Mi spiego meglio con un esempio:
Consideriamo un resistore R, il primo modello che può venire in mente è V=RI con R=cost.
E' possibile che questo modello non sia sufficientemente descrittivo della realtà, per esempio se abbiamo delle grosse variazioni di temperatura dobbiamo tenerne conto e in questo caso potremmo usare un modello un po’ più complicato del tipo:
V=R0(1+αT)I (dove α= coefficiente di temperatura e T = temperatura, per intenderci)
Quindi in questo modello dovremmo misurare non solo V e I ma anche T.
Quindi partiremo da un modello rozzo per scendere sempre più a incertezza intrinseca piccole scegliendo modelli più complicati.

Sulla base della definizione del misurando, dunque, definiamo l’incertezza intrinseca del misurando stesso; problema non facilissimo da risolvere perché si tratta di valutare ciò che non è descritto dal modello che definisce il misurando.

Molto spesso si opera mediante questo tipo di tecnica:
Si sceglie un modello più complicato che racconterà in modo migliore la realtà e lo si usa come realtà stessa, quindi faremo una stima dell’incertezza intrinseca come incertezza tra il nostro modello e il modello più complicato che descrive la realtà; per lo meno avremmo dato una sottostima dell’incertezza sperando che questa stima sia molto vicina ad una stima corretta. A questo punto confrontiamo l’incertezza voluta V con quella intrinseca, se V>I, ossia il modello è abbastanza raffinato andiamo avanti, se V<I torniamo indietro e cambiamo modello (cioè complichiamo il modello del misurando). Alla fine riusciremo ad uscire da questo loop (si spera Smile).

Il modello di definizione del misurando lo possiamo complicare quanto vogliamo. L’ultimo passo è la definizione delle grandezze di interesse relativa agli strumenti utilizzati, alle condizioni ambientali e la decisione del campo di variazione “accettabile” per le grandezze di influenza in modo da ottenere l' incertezza voluta V.
Decidere, infine, se alcune grandezze di influenza devono essere misurate o controllate.

Si noti che: che l’incertezza richiesta nella misura delle grandezze di influenza è normalmente più grande di quella voluta per il misurando.
Per ogni grandezza di influenza da misurare si deve percorrere un diagramma di produzione della misurazione.

Programmazione della misura

Ci occupiamo adesso del secondo passo presente nel diagramma di produzione di una misura (Allegato_1), ovvero della programmazione della misura.
In questo secondo passo, eseguito sempre a tavolino, facciamo riferimento agli strumenti presenti nel nostro laboratorio. Possiamo esplodere questo passo mediante lo schema riportato nell'allegato Allegato_3 (Programmazione della misura)

Metodi di misura: sceglieremo il metodo più adatto per semplicità, quello che ha il costo minore e quello che ci garantisce l’incertezza voluta.
Sceglieremo l’unità di misura e il campione che lo materializza.
Decideremo il numero di volte che bisognerà ripetere l’atto di misurazione. Eseguiremo una previsione (sempre a tavolino) a priori dell’incertezza che ci aspettiamo dall’ atto di misurazione, se sarà il caso modificheremo qualche cosa e quindi eseguiremo questo loop. Usciremo da questo flusso quando avremo verificato che l’incertezza prevista è minore di quella voluta.

Analizziamo adesso i vari blocchi.

Metodo di misura: dovremmo scegliere un metodo sufficientemente semplice tra tutti quelli a disposizione; sceglieremo il meno costoso in apparecchiature e in tempi; un possibile approccio potrebbe essere quella di analizzare quelli più semplici e complicarli via via fino a quando otterremo l’incertezza voluta.
È evidente che per determinare correttamente il metodo di misura dobbiamo avere un idea dell’ordine di grandezza del misurando. Se questa informazione io non ce l’ho devo effettuare delle misure di prova con una incertezza molto larga per poter poi scegliere correttamente il metodo di misura.

Scelta dell’unità di misura e del campione: dovremmo a questo punto scegliere l'unità di misura da adottare e per i campioni di misura da usare, si scelgono tra i meno costosi (quelli più adatti al metodo) di incertezza maggiore e man mano quelli meno incerti.

Scelta del numero di volte che deve essere ripetuto l’atto di misurazione
Questo passo dipende dal modello che abbiamo scelto per l’incertezza, se abbiamo scelto il modello deterministico (N=1) ne consegue che è sufficiente eseguire una sola volta la misurazione per ottenere il risultato, al più eseguiremo qualche misura di controllo per essere certi di non avere commesso degli errori.
Se invece adotteremo il metodo probabilistico dell’incertezza (caso nostro), sotto certe ipotesi il ripetere la misurazione diminuisce l’incertezza tipo associata all’ incertezza di categoria A, in questa categoria l’incertezza diminuisce con la radice quadrata del numero di volte in cui viene effettuata la misurazione. Sceglieremo quindi N numero di volte in cui viene effettuata la misura, in modo che l’incertezza di tipo A sia sufficientemente piccola rispetto alle altre cause di incertezza come quelle di tipo B. (Si consiglia, onde evitare confusione di vedere i punti 2.26, 2.27 e seguenti del VIM relativi all'incertezza http://www.ceiweb.it/it/lavori-normativi-it/vim.html )

Previsione dell'incertezza:
Effettueremo a questo punto una previsione dell'incertezza ottenibile sulla base del metodo scelto, delle caratteristiche degli strumenti e dei campioni che verranno impiegati.
Confronteremo poi l’incertezza P (prevista) con quella V (voluta). Se troviamo P>V allora è necessario modificare la programmazione, ovvero sceglieremo:
  • Un metodo più sofisticato;
  • Campioni e strumenti di misura con altre incertezze;
  • Un numero di ripetizioni N maggiore.
Ciò si ripeterà fino a quando non otteniamo P<V.
Quando P<V passiamo al passo successivo del percorso.

Si noti che: è possibile però che il procedimento non converga, poiché nel laboratorio non sono disponibili ad esempio strumenti adeguati. In questo caso non vale la pena di eseguire il terzo passo, a meno che non si corra ai ripari; oppure semplicemente rinunciamo alla misurazione.

Atto della misura

In riferimento al paragrafo precedente, dunque se il sistema converge eseguiamo l’atto della misurazione. Ovviamente questo atto non va eseguito come capita, ma vanno decise:
  • Le azioni preliminari.
  • Ordine con cui devono essere eseguite queste azioni.

La cosa migliore è quella di farsi una traccia scritta (procedura) di ciò che dovremmo fare durante l’atto di misurazione in laboratorio.
Dunque nasce l’esigenza di prepararsi preventivamente una procedura di tipo operativa che possa essere una indicazione su come procedere nell’ atto della misurazione.
Quindi ci procureremo le apparecchiature necessarie, collegheremo in maniera corretta il setup di misura collegheremo il circuito e registreremo su un apposito quaderno di raccolta dati i risultati di misura.
Il quaderno di registrazione dati, permette di annotare tutto ciò che serve per l’elaborazione del dato che avviene in un secondo momento.
Come fatto in precedenza esplodiamo questo passo considerando l'Allegato_4

Passo creazione del circuito: innanzitutto e necessario procurarci le apparecchiature e quindi dobbiamo accoppiare il misurando alla strumentazione (carico strumentale) prevedendo una eventuale correzione. Per intenderci l'amperometro non ha una resistenza nulla e voltmetro non ha una resistenza infinita ne dobbiamo tener conto.
In generale tra sistema misurato e strumentazione di misura esistono sempre degli scambi di energia, perché l’informazione è portata da un segnale e il segnale ha bisogno di energia; quindi certamente avvengono scambi di energia tra la strumentazione e il sistema misurato che alterano lo stato del sistema misurato. Possiamo eseguire delle correzione se abbiamo delle informazione su questo scambio di energia. Possiamo fare dei conti sulla base di un modello in modo da correggere la misura a vuoto, cioè come se non ci fosse il carico strumentale, tale correzione essendo basata su di un modello, comunque sarà incompleta e comunque rimarrà un incertezza dovuta al problema del carico strumentale.

Unità di misura e campione: Possiamo realizzare un campione locale dell’unità di misura scelta (oppure ce lo procuriamo magari certificato), eventualmente possiamo usare un multiplo o un sottomultiplo (dipende sempre dall'applicazione).

Confronto: Confrontiamo il campione con il misurando, con le modalità prima stabilite:
eseguendo confronti di controllo; con opportuna successione temporale degli atti.

Risultato: Memorizziamo il risultato del confronto (registrazione dei dati grezzi).
Bisogna memorizzare dati grezzi evitando di elaborare il dato, perché se è successo qualcosa durante l’atto di misurazione, se si hanno i dati grezzi possiamo avere la speranza di capire cosa è successo. Se invece si hanno dei dati "sintetici", cioè pre-elaborati non si riesce a capire cosa è successo e bisogna ripetere l’atto della misurazione. Bisogna dunque cercare di memorizzare ciò che sta succedendo nell’atto di misura.

Ripetere tutto N volte

Analisi e presentazione dei risultati

A questo punto "si torna in ufficio" ovvero eseguiamo l'analisi e la presentazione dei risultati. Abbiamo:
  1. Le definizioni,
  2. l'incertezza voluta,
  3. i dati di misurazione.
A tavolino eseguiamo l’analisi dei risultati ottenuti, che verrà confrontata con l’incertezza voluta. Se i dati ottenuti non concordano con l’incertezza voluta, sono dolori perché dovremmo tornare ad eseguire l’atto di misurazione, poiché ciò vuol dire che è successo qualcosa. Se invece tutto coincide si tratta di presentare i risultati. Questa azione la possiamo dividere in due tipi di documenti.

1° documento contiene le informazioni essenziali cioè quelle che devono essere date comunque, qualunque sia il committente.
2° documento informazioni accessorie che verranno date al committente più "sofisticato" e comunque sono dati che conserveremo nell’ ipotesi di dovere effettuare una misurazione dello stesso tipo.

Come fatto precedentemente esplodiamo il blocco "Analisi dei risultati" (Allegato_5)

Si noti che: Se N=1 il flow chart sopra non ha senso.

Il flow chart ha senso (dispersione) se N>1 se no non ha senso. Se la dispersione è maggiore dell’incertezza voluta è segno che è successo qualcosa. Tipicamente è successo qualcosa alle grandezza di influenza, cioè non abbiamo tenuto sufficientemente sotto controllo le grandezze di influenza, oppure il campione locale ha derivato allora torniamo tramite @ al blocco precedente e cioè rieseguiamo l’atto della misurazione.
Se siamo soddisfatti della dispersione dei risultati (dispersione <V) cioè se la dispersione è sufficientemente piccola facciamo una stima dell’incertezza ottenuta O, a questo punto confrontiamo l’incertezza ottenuta con quella voluta se O>V, torniamo alle grandezze di influenza e al campione locale, e quindi rieseguiremo l’atto di misurazione.
Se invece O<V eseguiremo l’ultimo passo che è la scrittura dei risultati. (Il problema si pone solo se N>1).

Calcolo della dispersione dei risultati (incertezza di tipo A sostanzialmente).
Se la dispersione dei risultati è maggiore dell’incertezza voluta miglioriamo il controllo delle grandezze di influenza. Oppure usiamo un campione locale migliore.
Se invece le incertezze di tipo A sono sufficientemente contenute quanto ci aspettiamo, facciamo il calcolo dell’incertezza ottenuta.

Bisogna eseguire la stima dell’incertezza ottenuta O tenendo conto di:

1 Risultati ottenuti;
2 Metodo impiegato;
3 Campioni e strumenti utilizzati.

In altre parole, tenendo conto di ciò che è successo durante l’atto della misurazione, sulla base, quindi, dei dati grezzi che abbiamo ottenuto e sull’ elaborazione di questi dati, delle verifiche di controllo che abbiamo fatto, sulle prove ripetute e se usiamo un modello probabilistico dell’incertezza, sull’ andamento delle grandezze di influenza.
Abbiamo detto che le grandezze di influenza possono essere o controllate o semplicemente misurate per tenerle sottocchio nel senso di sapere come evolvono.
Ancora eseguiremo la stima dell’incertezza sulla base del metodo impiegato (perché ci sono delle incertezze tipiche del metodo) e infine le informazioni sul campione (dati di taratura dai manuali degli strumenti e dei campioni utilizzati); confrontiamo l’incertezza ottenuta con quella voluta e se O>V bisogna, agire come prima sulle grandezze di influenza e/o sul campione, ripetere l'atto della misura (@).

Siamo giunti così all'ultimo passo del nostro diagramma di produzione di una misura e cioè:

Presentazione dei risultati

Anche questo passo può essere esploso come mostrato nell'Allegato_6

1° Passo: Comunicare i risultati della misurazione vuol dire comunicare le informazioni essenziali che devono essere fornite anche al committente più "frettoloso". Se vengono eseguite prove normalizzate, bisogna anche citare la norma di riferimento.

2° Passo: Comunicare informazioni aggiuntive riguarda il committente più esigente. Tipicamente un committente che ha esigenze di conoscenza, perché ad esempio c’è la necessità di ripetere la prova e quindi bisogna dare le informazioni necessarie che permettono di ripeterla. Oppure anche solo per noi per ricordare ciò che abbiamo fatto per prenderne spunto per eseguire magari un altro tipo di misurazione.

MA quali sono le informazioni essenziali (1° passo)?
Il Risultato;
La definizione del misurando;
I numeri che rappresentano l’incertezza stimata e la fiducia che si ha nella stima;
Unità di misura;
Stato del sistema misurato.
Queste sono le informazioni essenziali anche se l’esigenza è di tipo commerciale.

Quali sono le informazioni aggiuntive (2° passo)?
Metodo di misura impiegato (per il committente commerciale non è essenziale, di solito questo si fida di noi ed è convinto che noi abbiamo usato il metodo di misura più adatto; [bontà suaBig Grin] e quindi non gli interessa cosa abbiamo fatto ma solo il risultato e la relativa incertezza).
Mentre se vogliamo ripetere l’esperienza il metodo impiegato è essenziale.
Elenco delle incertezze di tipo B considerate e di eventuali correzioni eseguite.
Elenco delle elaborazioni statistiche effettuate. (Questo perché avendo a disposizione i contributi dell’incertezza complessiva si può meditare su quale contributo agire per ottenere, una prossima volta, una incertezza minore, cioè ottenere una misura con incertezza minore).

L’elenco delle incertezze di tipo B e l’elenco delle elaborazioni statistiche corrispondenti essenzialmente alle incertezze di tipo A interessa per distinguere quali incertezze di tipo A e B abbiamo considerato e eventualmente decidere su quali agire. Eventuali correzioni effettuate e relativo modello per sapere se è il caso la prossima volta di raffinare il modello.

FineRolleyes


Allegati
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#2
Altra discussione di grande interesse pubblico.

Claudia io metto altri +2 di reputazione.

Grazie
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#3
(12-03-2014, 23:00)enrico.reccagni Ha scritto:  Altra discussione di grande interesse pubblico.

Claudia io metto altri +2 di reputazione.

Grazie

Troppo gentile grazie tanteBlush
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#4
Ciao a tutti

Ringrazio cla8 per il materiale prezioso sul quale disquisire.
Volevo porre una domanda, in particolare per l'ultima considerazione fatta. Non sempre si esegue una taratura con uno strumento con incertezza migliore rispetto a ciò che dobbiamo tarare. O meglio è d'obbligo che questo accada??? cioè che il campione deve avere incertezza migliore dello strumento in verifica???

grazie
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#5
(13-03-2014, 12:40)piesco Ha scritto:  Ciao a tutti

Ringrazio cla8 per il materiale prezioso sul quale disquisire.
Volevo porre una domanda, in particolare per l'ultima considerazione fatta. Non sempre si esegue una taratura con uno strumento con incertezza migliore rispetto a ciò che dobbiamo tarare. O meglio è d'obbligo che questo accada??? cioè che il campione deve avere incertezza migliore dello strumento in verifica???

grazie

Posso rispondere cosi (ovviamente opinabile): dipende dall'incertezza voluta dal committente, o comunque da ciò che ti interessa, nel senso che se hai progettato un sistema che misura una temperatura di un'altro determinato sistema e vuoi conoscere il tuo misurando con una certa accuratezza, diciamo che ti interessa il decimo di grado, per tarare il sensore che hai utilizzato nel tuo sistema puoi utilizzare un campione che ad esempio è accurato al centesimo di grado se ti basta, altrimenti utilizzerai un campione ancora più accurato. Di norma però è necessario che il campione abbia incertezza migliore dell'oggetto di taratura.
Spero di essere stata chiara.
cla
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#6
Dico la mia.

Se verifichi uno strumento molto accurato con uno poco accurato avrai una scarsa conoscenza del tuo misurando, poichè dovrai associare al misurando un'incertezza molto elevata.
Questo non vuol dire che la misura non è fattibile, ma vuol dire che è poco significativa.
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#7
io ho già poche certezze e voi mi state confondendo parlando di incertezza e accuratezza dei campioni. secondo me questi sono attributi di una misura (o sistema di misura, come preferite) e io, dovendo scegliere un campione per la definizione dell'incertezza del mio strumento, mi affiderei ad uno certificato Accredia.
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#8
Ciao cerino, benvenuto.

Per schiarirti le idee sulla terminologia ti suggerisco di guardare la discussione dedicata al VIM. Per la scelta del campione di riferimento per eseguire le tue misure è d'obbligo che tu ti affidi a uno certificato ACCREDIA o equivalente, poiché così facendo garantirai alla tua misura la riferibilita metrologica alle tue misure.
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#9
Cla8 il link verso il VIM non funziona.
Questo è quello corretto che compare anche nell'altra discussione del forum.

http://www.ceiweb.it/it/lavori-normativi-it/vim.html

Mi sono permesso di modificare anche il primo messaggio.
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#10
(16-03-2014, 17:28)enrico.reccagni Ha scritto:  Cla8 il link verso il VIM non funziona.
Questo è quello corretto che compare anche nell'altra discussione del forum.

http://www.ceiweb.it/it/lavori-normativi-it/vim.html

Mi sono permesso di modificare anche il primo messaggio.

Non me ne ero accorta Tongue
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