Nuove interfacce utente per gli strumenti del futuro

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A partire dalla recessione degli anni 2008-2009, molti reparti di R&S, compresi quelli che operavano per il settore delle energie rinnovabili, sono stati costretti a diventare più "snelli" ed efficienti, seguendo quindi la linea evolutiva dei prodotti da loro realizzati. In aggiunta agli altri tagli effettuati, essi hanno anche ridotto il numero di ingegneri di collaudo in possesso di un know-how consolidato nel settore T&M, a causa della sensibile riduzione dei tempi di sviluppo di nuovi prodotti, dell'adozione su vasta scala del concetto di "lean production" (in sintesi, usare di meno per produrre di più) e della diminuzione del numero dei componenti dei team di progetto (fenomeno che interessa sia i Paesi sviluppati sia quelli in via di sviluppo). Tutto ciò si traduce inevitabilmente in una riduzione del numero di persone dedicate ad assicurare l'efficienza e l'accuratezza dei collaudi e a fornire supporto agli altri membri del team. Per i "sopravvissuti", ciò significa l'assunzione di nuove responsabilità correlate alle operazioni di caratterizzazione e collaudo, un compito per il quale molte persone non si sono dimostrate all’altezza delle aspettative.


Utilizzatori non tradizionali
Queste persone si trovano spesso costrette a lavorare molto al di fuori della cosiddetta "zona di comfort", ovvero in ambiti diversi da quelli conformi alla loro preparazione scolastica e/o nei quali hanno acquisito significative esperienze sul posto di lavoro. Per esempio, a causa della crescente complessità degli alimentatori e dei sistemi di potenza, il personale incaricato della loro progettazione e manutenzione devono usare tipologie di strumenti che in precedenza erano impiegati solamente dai progettisti digitali. Oppure si consideri il caso dei progettisti di dispositivi per applicazioni medicali, come ad esempio le protesi alimentate che utilizzano motori elettrici o controllori per gli azionamenti. Sebbene questi progettisti abbiano spesso una laurea in bio-ingegneria, potrebbero aver bisogno di assistenza quando devono affrontare i dettagli relativi alla caratterizzazione di questi dispositivi. Alcuni degli utilizzatori degli odierni strumenti a elevata precisione potrebbero non avere competenze specifiche nel campo dell'ingegneria elettrica perché la loro preparazione riguarda discipline differenti (scienza dei materiali, ingegneria, meccanica, controllo qualità, elettrochimica, fisica e così via). Di seguito sono riportati un paio di esempi di tipologie non tradizionali di utenti di strumenti di collaudo relativi a settori collegati al progetto di sistemi di potenza:

  • esperti in scienza dei materiali responsabili dello sviluppo di materiali semiconduttori avanzati per applicazioni di elevata potenza e di materiali semiconduttori composti da utilizzare per la realizzazione dei dispositivi a semiconduttore della prossima generazione;
  • esperti in elettro-chimica coinvolti nelle sviluppo di celle a combustibile; materiali fotovoltaici, celle e relativi moduli; batterie a ioni di litio e altri dispositivi per la generazione e la conversione della potenza.

Al fine di espletare il loro lavoro, questi utilizzatori di tipo non tradizionale devono poter disporre di tool che permettano loro di effettuare misure accurate con semplicità e in tempi brevi senza dover affrontare le difficoltà legate all'uso delle interfacce dei tradizionali strumenti analogici e digitali. Per soddisfare in modo adeguato le esigenze di un segmento di mercato in sicura crescita, i produttori di strumentazione hanno iniziato ad adottare strategie per la realizzazione delle interfacce mutuate dal mondo consumer, in particolar modo dai settori degli smartphone e dei tablet.

Utilizzatori multi-funzione
Per tutti gli ingegneri che si trovano ad assumere molte nuove responsabilità per quel che concerne misure e collaudo, la minimizzazione del tempo e degli sforzi richiesti per ottenere i risultati delle misure e dei collaudo accurati e utilizzabili è un fattore critico. A causa dei tempi sempre più compressi, gli utilizzatori semplicemente non hanno il tempo o la voglia di consultate un manuale ogni volta che devono modificare un setup o effettuare una misura. Questi utilizzatori vogliono poter predisporre, acquisire e valutare i risultati di tutte le misure istantaneamente e, nel caso sorga qualche interrogativo, vogliono che la risposta sia "sulla punta delle dita" e non celata tra le pagine di un manuale. Per soddisfare le richieste di questa nuova categoria di utilizzatori i costruttori hanno iniziato a proporre strumenti di collaudo di precisione basati su touchscreen che abbinano semplicità di comprensione e facilità d'uso. Nel momento in cui si presenta un problema, le interfacce di questi strumenti mettono a disposizione help on-line e funzionalità di debug, minimizzando il ricorso a manuali o a indicazioni esterne.

La filosofia Touch, Test, Invent
Le interfacce di tipo touchscreen offrono numerosi vantaggi nelle operazioni di misura e collaudo. Tutti i possessori di smartphone e tablet conoscono le modalità di interazione con questi dispositivi. Grazie ai touchscreen gli utenti hanno il controllo interattivo dello strumento “sulla punta delle dita”. Invece che costringere gli ingegneri che devono assumersi nuove responsabilità a configurare le funzioni di misura utilizzando scomode strutture di menu a più livelli e tasti multifunzione che possono generare confusione, Keithley ha equipaggiato i sui nuovi strumenti di misura e collaudo con un’interfaccia utente grafica realizzata mediante touchscreen con menu semplici e di immediato utilizzo. Sullo schermo vengono visualizzate solamente le opzioni pertinenti a una specifica funzione, minimizzando il “disordine” sullo stesso ed eliminando qualsiasi tipo di confusione. Minimizzando il ricorso a opzioni e tasti non pertinenti e mostrando solamente i controlli necessari per eseguire la funzione richiesta, i touchscreen contribuiscono a semplificare notevolmente la fruizione degli strumenti di collaudo, in maniera del tutto analoga a quanto è avvenuto nel settore dei dispositivi mobile destinati al mondo consumer. Oltre a utilizzare icone grafiche molto semplici per configurare velocemente le impostazioni di misura, i touchscreen permettono di visualizzare i risultati dei collaudo in forma sia grafica sia numerica.

Utilizzo delle Smu nella progettazione di sistemi di potenza
Come suggerisce il nome stesso, le unità Smu (Source measure unit) abbinano in un singolo strumento funzioni di erogazione e di misura di correnti e di tensioni, oltre a funzioni di sweep (spazzolamento). Sebbene questi strumenti siano particolarmente apprezzati per la loro capacità di forzare (correnti o tensioni) e effettuare misure relative alle curve caratteristiche corrente/tensione (I/V) di dispositivi elettronici di tipo lineare e non lineare come i semiconduttori, le misure di resistenza configurabili che le Smu sono in grado di effettuare possono rivestire un aspetto critico nella progettazione di sistemi di potenza. In applicazioni di questo tipo, una delle funzionalità più utili della Smu SourceMeter 2450 di Keithley è la modalità di misura della resistenza (Ohm mode) con erogazione controllata. Questa modalità, per default, è analoga all'operazione compiuta tramite un Dmm: si forza una corrente costante attraverso una resistenza di valore non noto e si misura la tensione risultante, ricavando in tal modo il valore della resistenza. Le modalità QuickSet integrate nello strumento consentono di configurare le funzioni base, comprese le misure di resistenza, con un singolo tocco. Il filtraggio del rumore, le misure relative, l'Nplc (numero di cicli della linea di potenza che consente di individuare un compromesso tra velocità e accuratezza) e la risoluzione di misura sono tutte accessibili mediante i controlli presenti sullo schermo. Misure di resistenza di valore inferiore al milliohm sono spesso richieste in applicazioni quali misure della Rds(on) di semiconduttori Mos di potenza, misure di precisione di correnti mediante una resistenza di shunt per circuiti di rilevamento della corrente, misure di resistenza di relé e commutatori e molte altre ancora. Le Smu caratterizzate da bassissimo rumore in fase di erogazione e ampio range di misura di basse tensioni garantiscono le prestazioni necessarie per le misure di bassi valori di resistenza come richiesto nelle applicazioni di monitoraggio e commutazione di potenza. La modalità di compensazione dell'offset permette di ridurre o eliminare le forze elettromotrici di natura termica nelle misure di resistenza di basso livello. La presenza di queste Emf può influenzare negativamente l'accuratezza della misura. Durante un ciclo di misura la corrente erogata è applicata alla resistenza che deve essere misurata solo durante la prima metà del ciclo. In questa condizione la tensione totale misurata dallo strumento è pari alla somma della caduta di tensione ai capi della resistenza e della Emf termica. Durante la seconda metà del ciclo di misura la corrente erogata è nulla e la sola tensione misurata dallo strumento e quella imputabile alla Emf. La misura desiderata è dunque ottenuta dalla differenza tra le misure fatte durante la prima e la seconda metà del ciclo di misura. Una modalità di misura della resistenza manuale permette di controllare direttamente il sottosistema di erogazione e misura dello strumento in tutte quelle applicazioni che richiedono l'impostazione a uno specifico valore della corrente erogata.

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