Técnicas de medida. Algumas considerações

Transcrição

1 Técnicas de medida Algumas considerações

2 Divisão das grandezas a medir Dimensionais Físicas Eléctricas (DC, baixa e alta frequência) Outras (químicas, ópticas, analíticas e radiação)

3 Tipos de medida Medida directa: o instrumento de medida faz uma leitura directa da grandeza da quantidade que se pretende medir.

4 Medida comparativa: o instrumento de medida faz uma comparação entre a grandeza da unidade a medir (UUT) e de um padrão(std). A grandeza é determinada medindo a diferença entre o padrão e a unidade e adicionando esse valor ao valor conhecido do padrão. Embora este método seja eventualmente mais complexo do que a medida directa, permite eliminar alguns erros sistemáticos. Alguns dos aparelhos de medida fazem esta comparação com um padrão, internamente de modo evitar esse tipo de erros sistemáticos.

5 Medidas dimensionais Efeitos de temperatura Desalinhamento Deformação por contacto/deflexões Vibrações

6 Efeitos de temperatura Expansão/contracção térmica dos materiais Comprimento real (T=20 C) - inicialmente a CGPM(1889): T=0 C : foi estabelecida uma temperatura mais prática (20 C) Se T 20 C, então teremos de considerar um índice de correcção térmica (TEI), que contém todos os erros associados devido à diferença de temperatura.

7 Equações de expansão térmica Objecto constituído por um material diferente do padrão de medida de comprimento: Teremos de considerar os diferentes coeficientes de expansão térmica dos 2 materiais Teremos que considerar a temperatura do padrão e do objecto a medir

8 EET L k m ( T m 20) k p ( T p 20) EET L ( k m k p )( T 20) EET Lk( T p T m ) L= comprimento nominal k p = coeficiente do padrão k m = coeficiente da unidade a medir T p = temperatura do padrão T m = temperatura da unidade a medir

9 Compensação L corr. = L med. - EET Incerteza residual Incerteza em EET devido a incertezas em k( 10%) Calibração dos termómetros Relação entre temperatura lida/efectiva Ambientes controlados - permitem obter medidas dimensionais com uma menor incerteza associada;

10 Variações de temperatura As considerações anteriores assumem que a temperatura é constante durante as medidas. Muitas vezes isto não acontece, devido a correntes de ar, operador, aparelho de medida, etc. Existem normas (ex. ANSI/ASME B89.6.2) para determinar o erro associado a variações de temperatura (TVE). TEI (índice de correcção térmica) é obtido somando todas estas incertezas.

11 Outros erros dimensionais -Erro de desalinhamento ( cosseno ): surge quando há um desalinhamento entre a dimensão a medir e o aparelho de medida. L = L med - L real = L med (1-cosα)

12 Erro de Abbe: 2 contribuições possíveis 1. offset entre face a medir e aparelho 2. Erro angular devido a força excessiva exercida pelo aparelho de medida

13 Deformação/deflexão Em medidas muito precisas o contacto entre os aparelhos de medida e as peças a medir poderá originar deformações/ deflexões do material que originem erros nas medidas. Posição dos suportes também deve ser considerada para minimizar a deformação de peças longas.

14 Vibrações As vibrações ambientais de um laboratório ou na indústria podem afectar as medidas de vários aparelhos de medidas dimensionais. Medidas a tomar: Remover as fontes de vibração; Utilizar materiais de suporte de borracha; Plataformas isoladoras de vibração comercialmente disponíveis

15 Medidas físicas Volume; fluxo de fluidos Massa; aceleração; velocidade Força Pressão atmosférica

16 Medidas de volumes e grandezas relacionadas Expansão volumétrica V T =V 20 (1+k(T-20)) V T = volume à temperatura T V 20 = volume a 20 C k = coeficiente de expansão cúbica A expressão pode ser utilizada para: - Compensar as medidas de volume - Associar uma incerteza às medidas - Incerteza na medida da temperatura e de k propaga-se na correcção de volume. Medidas de caudais, densidades, por exemplo, serão afectadas pela incerteza no volume.

17 Medida da massa Gravidade o valor de g não é constante em toda a superfície da Terra. Uma vez que a determinação da massa é feita geralmente através do peso, P=m g,a variação deste valor (0,55%) originará variações na determinação da massa. g= 9,80665 ms -2 (gravidade padrão). Valor para latitude de 45 e ao nível do mar. Em medidas muito rigorosas de massa, este valor deve ser corrigido para o valor de g local.

18 Medidas de massa Impulsão: opõe-se ao peso e é proporcional ao volume de ar deslocado, logo depende da densidade da massa a medir (diferentes densidades diferentes volumes para a mesma massa)

19 Medidas de pressão A pressão atmosférica varia com o tempo e o local entre mm Hg (10%). Medidores de pressão podem ser absolutos ou relativos; Na medida de pressão tem de se considerar uma referência para zero. Se o vácuo for o considerado, a precisão na sua medida irá influenciar a precisão na medida da pressão.

20 Medidas eléctricas Definição de terra Blindagem Grelhas ou anéis de guarda Resistência de contacto Força electromotriz térmica

21 Definição do potencial zero (terra) Os condutores usados para ligação à terra, têm sempre alguma resistência, pelo que poderá o potencial não ser exactamente o mesmo. Os problemas com terra são muito variados, uma solução elementar, é ligar todos os aparelhos envolvidos numa medida à mesma saída. Sistema de regulação da terra num laboratório

22 Blindagem Interferência electromagnética: em medidas AC, pode dar origem à introdução de ruído eléctrico no sistema, que se mistura com o sinal a ser lido ou medido: Rede eléctrica Luzes fluorescentes Monitores CRT Campos magnéticos Solução: caixa de Faraday (estrutura metálica ligada à terra eléctrica); cabos coaxiais blindados; fios de teste entrelaçados;

23 Grelhas ou eléctrodos de guarda Um instrumento de guarda é colocado entre um eléctrodo a tensão flutuante e a terra, p. ex., evitando assim correntes de fuga, que iriam afectar as medidas. Ex: recolha de carga num condensador, em detectores,

24 Resistência de contacto Em medidas de resistência muito precisas, a resistência dos cabos de ligação, pode introduzir erros: Medidas com 4 terminais separam a fonte de corrente da medida de tensão

25 Força electromotriz térmica Pode surgir uma ddp quando dois condutores de diferentes materiais são postos em contacto a diferentes temperaturas (de alguns V) Soluções possíveis Utilização de materiais onde aquele efeito é reduzido Medidas de ddp diferenciais, troca da polaridade e a média dos 2 valores (com diferentes polaridades) permite suprimir esse efeito.