- Oggetto:
- Oggetto:
MISURAZIONI E STRUMENTI IN AMBITO DIAGNOSTICO
- Oggetto:
Measurements and apparatus in the diagnostic field
- Oggetto:
Anno accademico 2024/2025
- Codice dell'attività didattica
- SSP0373A
- Docente
- Ezio Gastaldi (Docente Titolare dell'insegnamento)
- Insegnamento integrato
- Corso di studi
- [f007-c312] laurea i^ liv. in tecniche di laboratorio biomedico (abil. professione sanitaria di tecnico di laboratorio biomedico) - a cuneo
- Anno
- 1° anno
- Periodo didattico
- Primo semestre
- Tipologia
- Di base
- Crediti/Valenza
- 2
- SSD dell'attività didattica
- ING-INF/07 - misure elettriche ed elettroniche
- Modalità di erogazione
- Tradizionale
- Lingua di insegnamento
- Italiano
- Modalità di frequenza
- Obbligatoria
- Tipologia d'esame
- Orale
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Passare agli allievi, dopo aver fornito le nozioni tecniche e tecnologiche di base, i concetti di trasduzione e misurazione alla base della strumentazione di laboratoio, oltre alla capacità di riconoscere i fenomeni ei componenti strudiati nelle apparecchiature di loro impiego.
After having provided the students with basic technical and technological knowledge, move on to the concepts of transduction and measurement underlying laboratory instrumentation, as well as the ability to recognise the phenomena and components studied in the equipment they use.- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
L’allievo dovrò essere in grado di comprendere i processi di misura e le tecnologie impiegate in ambito laboratoristico.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
L’allievo dovrà riconoscere i principali fenomeni e componenti studiati nelle apparecchiature utilizzate in ambito laboratoristico.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO
L’allievo dovrà saper valutare la validità di un processo di misura di interesse laboratoristico, o più in generale di una un processo tecnico scientifico volto alla determinazione di dati.
ABILITÀ COMUNICATIVE
L’allievo, dovrà dimostrare di saper illustrare le conoscenze apprese attraverso sintetici documenti appositamente redatti (relazioni) spiegati anche verbalmente.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO
L’allievo dovrà saper applicare le conoscenze apprese, soprattutto in termini di simulazione, sistemi e fenomeni analoghi non trattati durante il corso.
KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING
The student must be able to understand the measurement processes and technologies used in the laboratory environment.APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING
The student must recognize the main phenomena and components studied in the equipment used in the laboratory environment.INDEPENDENT JUDGEMENT
The student must be able to evaluate the validity of a measurement process of laboratory interest, or more generally of a technical scientific process aimed at determining data.COMMUNICATION SKILLS
The student must demonstrate that he or she is able to illustrate the knowledge acquired through specifically drafted concise documents (reports) also explained verbally.LEARNING SKILLS
The student must be able to apply the knowledge acquired, especially in terms of simulation, systems and similar phenomena not covered during the course.- Oggetto:
Modalità di insegnamento
Lezioni frontali con slides, esercitazioni e simulazioni al calcolatore daparte degli allievi. Visione di componenti e strumenti.
Frontal lessons with slides, exercises and computer simulations by the students. Viewing of components and instruments.- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
Esame orale con esercitazione scritta propedeutica. Valutazione delle relazioni redatte dagli allievi relative alle esercitazioni svolte.
Oral exam with preparatory written exercise. Evaluation of the reports written by the students regarding the exercises carried out.- Oggetto:
Programma
Inquadramento e significato del corso nell’ambito della Laurea in Tecniche di Laboratorio Biomedico.
Approcci ai fenomeni elettrici sistemistico e fisico.
Introduzione concetti fondamentali di elettrologia: l’intensità di corrente elettrica e la sua unità di misura, la tensione e la sua unità di misura, l’analogia tra un circuito idraulico ed uno elettrico.
Il resistore, l’unità di misura della resistenza e le due leggi di Ohm.
Il concetto di frequenza e l’unità di misura.
I generatori ideali di tensione e di corrente.
Il concetto di cortocircuito e di circuito aperto visti come resistori.
Il concetto di cortocircuito e di circuito aperto visti come generatori di tensione o corrente.
Esercizi su circuiti elettrici resistivi elementari.
I due principi di Kirchhoff e resistori in serie e parallelo.
Esercizi su circuiti elementari svolti con gli allievi.
Regime permanete e regime variabile.
La potenza nei sistemi elettrici in regime permanente.
Generatori reali di tensione.
Il partitore di tensione, il principio di sovrapposizione degli effetti per i sistemi lineari.
Analisi dei fenomeni elettrici variabili nel tempo.
Il Concetto di valore efficace (utilizzo del foglio elettronico per la determinazione numerica).
Introduzione ai numeri complessi ed alle principali operazioni.
La rappresentazione delle grandezze sinusoidali come vettori e quindi come numeri complessi.
Calcoli sui numeri complessi sia manualmente che, durante le esercitazioni, con il foglio elettronico.
Il campo elettrico ed il condensatore. Unità di misura e cenni costruttivi. Comportamento in regime permanete. L’impedenza del condensatore.
Il campo magnetico e l’induttore. Unità di misura e cenni costruttivi. Comportamento in regime permanete. L’impedenza dell’induttore.
Esercizi con circuiti contenenti resistori, condensatori ed induttori con l’impiego dei numeri complessi e del foglio elettronico durante le esercitazioni.
Il fenomeno della carica e scarica del condensatore, approccio intuitivo senza integrazione dell’equazione differenziale. Produzione di grafici con il foglio di calcolo.
La potenza dei sistemi elettrici in regime variabile, simulazioni al calcolatore con il foglio di calcolo (potenza attiva, reattiva ed apparente).
Cenni funzionali e costrutti sul trasformatore. Ambiti di utilizzo.
I filtri in frequenza (passa basso RC e RL, passa alto RC e RL, il concetto di frequenza di risonanza ed i filtri RLC passa band e taglia banda). Approccio intuitivo durante la lezione, approccio analitico, con calcoli effettuati mediante il foglio elettronico e redazione dei relativi grafici durante le esercitazioni. Simulazioni dinamica della variazione del grafico al variare della capacità C.
Basi della metrologia e delle misure elettriche.
Concetto di errore e tipologie di errori.
Cenni sulla trattazione statistica degli errori accidentali.
Concetti di media, varianza e deviazione standard. Concetto di correlazione e del coefficiente di correlazione, esempi ed esercitazioni al calcolatore. La matrice di correlazione e la rappresentazione come heatmap al calcolatore. Fenomeni di regressione spuria. Concetto di regressione lineare, esercizi al calcolatore di interesse biolaboratoristico. Regressione lineare. Regressione multivariata. Regressione polinomiale. Esercizi al calcolatore.
Strumenti e metodi di misura di corrente, tensione, resistenza e potenza. Esempi pratici.
Problemi specifici nella misura della tensione generata da elettrodi per pH o per elettroliti.
Trasduttori di grandezze fisiche, caratteristiche generali e con focus su trasduttori di temperatura (lamina bimetallica, termocoppie, termistori <<determinazione al calcolatore del polinomio osculatore di sesto grado della caratteristica mediante regressione polinomiale>> e termoresistenze), posizione (trasduttore reostatico, encoder) e pressione, oltre a trasduttori impiegati in contesti biolaboratoristici.
Esercitazione al calcolatore con determinazione numerica della velocità e dell’accelerazione ottenute da un trasduttore di posizione (utilizzo del foglio elettronico).
Concetti di elettronica analogica: i semiconduttori, il drogaggio P ed N, la giunzione PN ed il diodo, utilizzi del diodo nei raddrizzatori. Gli alimentatori.
Cenni su transistori e sul loro utilizzo. Il concetto di feedback nei sistemi. Cenni sugli amplificatori operazionali e sul loro utilizzo, amplificatori: invertente, non invertente, inseguitore di tensione, sommatore, derivatore, integratore, simulazioni con l’uso del calcolatore. Possibilità di utilizzare e circuiti con amplificatori operazionali per determinare analogicamente velocità e accelerazione da trasduttori di posizione.
Elementi di elettronica digitale, il concetto di bit. La conversione analogica digitale: il sample and hold ed il flash converter (simulazioni al calcolatore). Le porte logiche principali. I flip flop ed i circuiti di memoria, simulazione al calcolatore di una cella di memoria elementare con SET e RESET (differenza tra memorie di massa e memorie volatili). I circuiti logici di calcolo: il sommatore.
Metodi di risoluzione di sistemi lineari al calcolatore (utilizzo di foglio elettronico e cenni di calcolo matriciale).
Concetti relativi alle immagini digitali. Differenza tra immagini vettoriali e raster. La matrice di immagini in bianco e nero, in scala di grigi ed a colori RGB. Generazione di immagini a partire alle relative matrici al calcolatore.
Misure elettrochimiche, il circuito di misura della tensione di pH con un inseguitore di tensione, simulazione della taratura di un elettrodo per pH. Costruzione al calcolatore della retta di regressione con le nozioni già apprese.
Principi di fotometria e spettrofotometria. Principi costruttivi. La legge di Lambert Bear. Simulazione al calcolatore della determinazione della concentrazione di più sostanze in soluzione mediante spettrofotometria, scrittura del sistema di equazioni lineari e sua risoluzione con il foglio elettronico con le metodologie già apprese.
Cenni su soluzioni euristiche alla soluzione dei problemi, ricerca random di soluzioni, algoritmi genetici principi di intelligenza artificiale.
Framework and meaning of the course in the context of the Degree in Biomedical Laboratory Techniques.
Approaches to electrical phenomena, systemic and physical.
Introduction to fundamental concepts of electrology: the intensity of electric current and its unit of measurement, voltage and its unit of measurement, the analogy between a hydraulic circuit and an electric one.
The resistor, the unit of measurement of resistance and the two Ohm's laws.
The concept of frequency and the unit of measurement.
Ideal generators of voltage and current.
The concept of short circuit and open circuit seen as resistors.
The concept of short circuit and open circuit seen as generators of voltage or current.
Exercises on elementary resistive electric circuits.
The two Kirchhoff principles and resistors in series and parallel.
Exercises on elementary circuits carried out with the students.Steady state and variable state.
Power in electrical systems in steady state.
Real generators of voltage and current.The voltage divider, the principle of superposition of effects for linear systems.
Analysis of electrical phenomena that vary over time.The concept of effective value (use of the spreadsheet for numerical determination).
Introduction to complex numbers and the main operations.
The representation of sinusoidal quantities as vectors and therefore as complex numbers.Calculations on complex numbers both manually and, during the exercises, with the spreadsheet.
The electric field and the capacitor. Units of measurement and construction notes. Behavior in steady state. The impedance of the capacitor.
The magnetic field and the inductor. Units of measurement and construction notes. Behavior in steady state. The impedance of the inductor.
Exercises with circuits containing resistors, capacitors and inductors with the use of complex numbers and the spreadsheet during the exercises.
The phenomenon of charging and discharging the capacitor, intuitive approach without integration of the differential equation. Production of graphs with the spreadsheet.
The power of electrical systems in variable regime, computer simulations with the spreadsheet (active, reactive and apparent power).
Functional notes and constructions on the transformer. Areas of use.
Frequency filters (low pass RC and RL, high pass RC and RL, the concept of resonance frequency and the RLC band pass and band cut filters). Intuitive approach during the lesson, analytical approach, with calculations performed using the spreadsheet and drafting of the related graphs during the exercises. Dynamic simulations of the variation of the graph as the capacity C varies.
Basics of metrology and electrical measurements.
Concept of error and types of errors.
Notes on the statistical treatment of accidental errors.
Concepts of mean, variance and standard deviation. Concept of correlation and correlation coefficient, examples and exercises on the computer. The correlation matrix and the representation as a heatmap on the computer. Spurious regression phenomena. Concept of linear regression, computer exercises of interest in biolaboratory. Linear regression. Multivariate regression. Polynomial regression. Computer exercises.
Instruments and methods for measuring current, voltage, resistance and power. Practical examples.
Specific problems in measuring the voltage generated by pH or electrolyte electrodes.
Transducers of physical quantities, general characteristics and with a focus on temperature transducers (bimetallic strip, thermocouples, thermistors <<computer determination of the sixth degree osculating polynomial of the characteristic by means of polynomial regression>> and thermoresistances), position (rheostatic transducer, encoder) and pressure, as well as transducers used in biolaboratory contexts.
Computer exercises with numerical determination of the speed and acceleration obtained from a position transducer (use of the spreadsheet).
Concepts of analog electronics: semiconductors, P and N doping, the PN junction and the diode, uses of the diode in rectifiers. Power supplies.
Notes on transistors and their use. The concept of feedback in systems. Notes on operational amplifiers and their use, amplifiers: inverting, non-inverting, voltage follower, adder, differentiator, integrator, simulations using a computer. Possibility of using circuits with operational amplifiers to analogically determine speed and acceleration from position transducers.Elements of digital electronics, the concept of bit. Analog-to-digital conversion: sample and hold and flash converter (computer simulations). The main logic gates. Flip flops and memory circuits, computer simulation of an elementary memory cell with SET and RESET (difference between mass storage and volatile storage). Logical calculation circuits: the adder.
Methods for solving linear systems on the computer (use of a spreadsheet and basics of matrix calculation).
Concepts related to digital images. Difference between vector and raster images. The black and white, grayscale and RGB color image matrix. Generation of images from the relative matrices on the computer.
Electrochemical measurements, the pH voltage measurement circuit with a voltage follower, simulation of the calibration of a pH electrode. Construction of the regression line on the computer with the notions already learned.
Principles of photometry and spectrophotometry. Construction principles. Lambert Bear's law. Computer simulation of the determination of the concentration of multiple substances in solution by spectrophotometry, writing the system of linear equations and its resolution with the spreadsheet using the methodologies already learned.Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
Dispense del docente fornite agli allievi per il tramite di Campusnet. Fogli elettronici di traccia delle esercitazioni e delle relazioni.
Teacher's handouts provided to students via Campusnet. Electronic worksheets for exercises and reports.- Oggetto:
