AULA 6. TMEC018 Metrologia e Instrumentação.

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1 AULA 6 TMEC018 Metrologia e Instrumentação

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3 Motivação definição do mensurando procedimento de medição resultado da medição condições ambientais operador sistema de medição Posso confiar no que o sistema de medição indica? CALIBRAÇÃO

4 O Sistema Metrológico Brasileiro

5 O sistema metrológico brasileiro Sistema Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial SINMETRO Órgão normativo CONMETRO INMETRO Órgão executivo Conselho Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia

6 Áreas da metrologia INMETRO Metrologia Científica Metrologia Industrial Metrologia Legal Trata dos padrões de medição internacionais e nacionais, dos instrumentos laboratoriais e das pesquisas e metodologias científicas relacionadas ao mais alto nível de qualidade metrológica. Trata da aplicação da metrologia no controle dos processos produtivos na garantia da qualidade dos produtos finais. Trata da proteção ao consumidor em relação às unidades de medida, métodos e instrumentos de medição, de acordo com as exigências técnicas e legais obrigatórias.

7 INMETRO Divisão de Metrologia Mecânica. Divisão de Metrologia Elétrica. Divisão de Metrologia Acústica, Ultra-Som e Vibração. Divisão de Metrologia Óptica. Divisão de Metrologia Térmica. Divisão de Metrologia Química. Divisão de Materiais Divisão de Dinâmica de Fluidos Divisão de Telecomunicações Laboratório de Tempo e Freqüência vinculado ao Observatório Nacional.

8 Campus do INMETRO Metrologia UFPR 2010 (slide 8)

9 Rede Brasileira de Calibração Laboratórios acreditados e coordenados pelo Inmetro para, em seu nome, efetuarem calibrações oficiais. Esta rede contem hoje cerca de 370 laboratórios acreditados. Certificados com selo do Inmetro

10 Rede Brasileira de Laboratórios de Ensaios Laboratórios acreditados e coordenados pelo Inmetro para, em seu nome, efetuarem certificação de conformidade, isto é, verificar a condição de um produto atender aos requisitos de uma norma, especificação ou regulamento técnico, nacional ou internacional. Esta rede contem hoje cerca de 980 laboratórios acreditados.

11 Rede Brasileira de Metrologia Legal e Qualidade - Inmetro A RBMLQ-I é o braço executivo do Inmetro em todo o território brasileiro, executando as verificações e inspeções relativas aos instrumentos de medição e às medidas materializadas regulamentadas, e o controle da exatidão das indicações quantitativas dos produtos pré-medidos, de acordo com a legislação em vigor.

12 Pré-medidos: É todo produto embalado e/ou medido sem a presença do consumidor e, em condições de comercialização. Exemplos: Produtos alimentícios, higiene e limpeza, materiais de construção, armarinhos e papelaria, medicamentos, GLP e outros

13 Rede Brasileira de Metrologia Legal e Qualidade - Inmetro A Rede é composta por 26 órgãos metrológicos regionais, sendo 23 órgãos da estrutura dos governos estaduais, 1 órgão municipal, e os 2 restantes administrados pelo próprio Inmetro. Esta estrutura vem garantindo a execução das atividades em todos os pontos do território nacional, com sedes em 26 estados da federação, agências em 65 cidades do interior e 23 postos de verificação de veículos-tanque localizados em pólos de distribuição de combustíveis automotivos.

14 Rede Brasileira de Metrologia Legal e Qualidade - Inmetro O IPEM exerce atividades relativas a Avaliação da Conformidade, Verificação Metrológica e Calibração de Ensaios. Atua no Estado do Paraná e sua Sede localiza-se em Curitiba. Possui Gerências Regionais nas cidades de Maringá, Londrina, Cascavel e Guarapuava. Fonte:

15 verificação em produtos com a Conformidade Avaliada (brinquedos, preservativos, pneus, mamadeiras, tomadas, interruptores, lâmpadas, etc.). verificação em produtos Têxteis (tecidos, camisas, camisetas, blusas, calças, etc.); Verificação de Caminhão e Vagão Tanque. Determinadores de Umidade de Cereais Ensaio de Cronotacógrafo Balanças comerciais e industriais; Bomba medidora Esfignomanômetro; Medidores de velocidade; Taximetro; Etilômetro. Calibração de balanças até 120 kg

16 Intercomparações

17 Intercomparações intercomparações do BIPM intercomparações regionais I intercomparações regionais II

18 Intervalo de Calibração

19 De quanto em quanto tempo é necessário calibrar? Depende......da intensidade de uso;...das condições de uso;...do tipo de sistema de medição;...das normas e recomendações técnicas;...da política da empresa.

20 Exemplos de intervalos de calibração típicos Blocos-padrão Paquímetros Micrômetros Trenas Massas padrão Balanças Barômetros Transdutores de força 12 meses 6 meses 3 a 6 meses 6 meses 24 meses 12 a 36 meses 6 a 12 meses 12 a 24 meses

21 Certificado de Acreditação

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23 Roteiro de Calibração

24 Roteiro de calibração 1 - Definição dos objetivos da calibração; 2 - Caracterização do sistema de medição a calibrar; 3 - Seleção do padrão; 4 - Planejamento e preparação do experimento; 5 - Execução da calibração; 6 - Processamento e documentação; 7 - Análise dos resultados; 8 - Certificado de calibração.

25 O que deve constar no certificado de calibração? descrição e identificação individual do SM a calibrar; data da calibração; os resultados da calibração obtidos; identificação do(s) procedimento(s) de calibração; identificação do padrão utilizado, com data e entidade executora da sua calibração, bem como sua incerteza; condições ambientais relevantes; declaração das incertezas envolvidas na calibração; descrição sobre quaisquer manutenções, ajustes, regulagens, reparos e modificações realizadas; qualquer limitação de uso (ex: faixa de medição restrita); identificação e assinaturas da(s) pessoa(s) responsável(eis); número de série ou equivalente do certificado.

26 EXEMPLO de Certificado de Calibração

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29 EXEMPLO de Certificado de Calibração

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34 Motivação definição do mensurando procedimento de medição resultado da medição condições ambientais operador sistema de medição Como usar as informações disponíveis sobre o processo de medição e escrever corretamente o resultado da medição? RM = (RB ± IM) unidade

35 Medições diretas O sistema de medição já indica naturalmente o valor do mensurando. Exemplos: Medição do diâmetro de um eixo com um paquímetro. Medição da tensão elétrica de uma pilha com um voltímetro.

36 Medições indiretas A grandeza é determinada a partir de operações entre duas ou mais grandezas medidas separadamente. Exemplos: A área de um terreno retangular multiplicando largura pelo comprimento. Medição da velocidade média de um automóvel dividindo a distância percorrida pelo tempo correspondente.

37 Caracterização do Processo de Medição

38 Processo de medição definição do mensurando procedimento de medição resultado da medição condições ambientais operador sistema de medição

39 A Variabilidade do Mensurando

40 O Mensurando é considerado Invariável: se seu valor permanece constante durante o período em que a medição é efetuada. Exemplo: a massa de uma jóia. Variável: quando o seu valor não é único ou bem definido. Seu valor pode variar em função da posição, do tempo ou de outros fatores. Exemplo: a temperatura ambiente.

41 Na Prática: VARIÁVEL: as variações do mensurando são maiores que a incerteza expandida do SM INVARIÁVEL: as variações do mensurando são inferiores à incerteza expandida do SM

42 Incertezas combinadas A repetibilidade combinada corresponde à contribuição resultante de todas as fontes de erros aleatórios que agem simultaneamente no processo de medição. A correção combinada compensa os erros sistemáticos de todas as fontes de erros sistemáticos que agem simultaneamente no processo de medição..

43 Três casos Caso 1 Caso 2 Caso 3 Número de medições repetidas: n=1 n>1 n 1 Compensa erros sistemáticos: sim sim não

44 Mensurando invariável n = 1 Corrigindo erros sistemáticos

45 Caso 1 indicação sistema de medição ± Re + C mensurando RB

46 Caso 1 indicação + C - Re + Re RM = I + C ± Re

47 Caso 1 - Exemplo (1000,00 ± 0,01) g g g RM = I + C ± Re RM = (-15,0) ± 3,72 RM = 999,0 ± 3,72 C = -15,0 g Re = 3,72 g RM = (999,0 ± 3,7) g

48 Mensurando invariável n > 1 Corrigindo erros sistemáticos

49 Caso 2 indicação sistema de medição ± Re/ n + C mensurando RB

50 Caso 2 indicação média + C - Re / n + Re/ n RM = I + C ± Re / n

51 Caso 2 - Exemplo (1000,00 ± 0,01) ± 0,01) ± 0,01) g g g 111 C = -15,0 g Re = 3,72 g 1014 g g 1014 g 1015 g 1017 g 1012 g 1015 g 1018 g 1014 g 1015 g 1016 g 1013 g 1016 g 1015 g I = 1015 g RM = I + C ± Re/ n RM = ,0 ± 3,72 / 12 RM = 1000,0 ± 1,07 RM = (1000,0 ± 1,1) g

52 Mensurando invariável n 1 Não corrigindo erros sistemáticos

53 Caso 3 - Erro máximo conhecido - mensurando invariável indicação ou média sistema de medição - E máx + E máx RB mensurando

54 Caso 3 - Erro máximo conhecido - mensurando invariável Indicação ou média - E máx + E máx RM = I ± E máx

55 Caso 3 - Exemplo (1000,00 ± 0,01) g g g E máx = 18 g RM = I ± E máx RM = 1014 ± 18 RM = (1014 ± 18) g

56 Representação gráfica dos três resultados RM = (999,0 ± 3,7) g RM = (1000,0 ± 1,1) g RM = (1014 ± 18) g mensurando [g] Há 3 maneiras de melhorar a qualidade de um resultado de medição: Com mais informação, com mais trabalho ou com mais dinheiro.

57 A Grafia Correta do Resultado da Medição

58 Algarismos Significativos (AS) Exemplos: 12 1,2 0,012 0, ,01200 tem dois AS tem dois AS tem dois AS tem dois AS tem quatro AS Número de AS: conta-se da esquerda para a direita a partir do primeiro algarismo não nulo

59 Regras de Grafia Regra 1: A incerteza da medição é escrita com até dois algarismos significativos. Regra 2: O resultado base é escrito com o mesmo número de casas decimais com que é escrita a incerteza da medição.

60 A grafia do resultado da medição Exemplo 1: RM = (319,213 ± 11,4) mm RM = (319,213 ± 11) mm REGRA 2 RM = (319 ± 11) mm REGRA 1

61 A grafia do resultado da medição Exemplo 2: RM = (18, ± 0, ) mm REGRA 1 RM = (18, ± 0,043) mm REGRA 2 RM = (18,422 ± 0,043) mm

62 A grafia do resultado da No entanto: medição Quando estiver trabalhando com um paquímetro o resultado será dado com duas casas decimais. RM = (25,40 ± 1,23) mm E micrômetro sempre com 3 casas decimais. RM = (25,400 ± 0,234) mm Metrologia (slide 62)

63 O resultado da medição de um mensurando variável quando a incerteza e correção combinadas são conhecidas

64 Qual a altura do muro? h = média entre h 7 a h 14? h 3 h 7 h 8 h 9 h 10 h 1 h 6 h 2 h 11 h 12 h 13 h 4 h 5 h 14 c/2 c/2 Qual seria uma resposta honesta?

65 Faixa de variação Respostas honestas: Varia. Varia entre um mínimo de h 1 e um máximo de h 2. h 2 h 1 A faixa de variação de um mensurando variável deve fazer parte do resultado da medição.

66 Medição de mensurando variável Deve sempre ser medido muitas vezes, em locais e/ou momentos distintos, para que aumentem as chances de que toda a sua faixa de variação seja varrida.

67 Mensurando variável n > 1 Corrigindo erros sistemáticos

68 Caso 4 faixa de variação das indicações sistema de medição ± t. u + C mensurando RB

69 Caso 4 indicação média + C - t. u + t. u u = incerteza padrão determinada a partir das várias indicações RM = I + C ± t. u

70 Caso 4 - Exemplo Temperatura no refrigerador A C B D As temperaturas foram medidas durante duas horas, uma vez por minuto, por cada sensor. Dos 480 pontos medidos, foi calculada a média e incerteza padrão: I = 5,82 C C = - 0,80 C u = 1,90 C Da curva de calibração dos sensores determina-se a correção a ser aplicada:

71 Caso 4 - Exemplo Temperatura no refrigerador RM = I + C ± t. u RM = 5,82 + (-0,80) ± 2,00. 1,90 RM = 5,02 ± 3,80 RM = (5,0 ± 3,8) C

72 Mensurando variável n > 1 Não corrigindo erros sistemáticos

73 Caso 5 faixa de variação das indicações ± t. u sistema de medição - E máx + E máx RB mensurando

74 Caso 5 - Erro máximo conhecido e mensurando variável indicação média - E máx + E máx - t. u + t. u RM = I ± (E máx + t. u)

75 Caso 5 - Exemplo Velocidade do vento A velocidade do vento foi medida durante 10 minutos uma vez a cada 10 segundos. Dos 60 pontos medidos, foi calculada a média e a incerteza padrão: Anemômetro de hélice I = 15,8 m/s u = 1,9 m/s E máx = 0,20 m/s

76 Caso 5 - Exemplo Velocidade do vento RM = I ± (E máx + t. u) RM = 15,8 ± (0,2 + 2,0*1,9) RM = (15,8 ± 4,0) m/s

77 1) Quando saboreava seu delicioso almoço no RU, um estudante achou uma pepita de ouro no meio da sua comida. Dirigiu-se então ao laboratório com a finalidade de determinar o valor da sua massa por meio de uma balança. O aluno não conseguiu localizar a curva de erros da balança, mais o valor ± 2,0 g, corresponde ao erro máximo, estava escrito bancada. O aluno, inicialmente, mediu apenas uma única vez, tendo obtido como indicação 32,4 g. Qual o valor da massa dessa pepita? 2) Não satisfeito com a incerteza da medição, o aluno obteve as nove indicações adicionais listadas a seguir (todas e gramas). Qual o novo resultado da medição? 32,8 32,7 32,2 32,9 32,5 33,1 32,6 32,4 33,0

78 3) Quando chegava ao trabalho após o almoço, o laboratorista, encontrou o aluno no laboratório e foi buscar o certificado de calibração da balança. Constataram que, para valores na ordem de 33 g a balança apresenta correção de +0,50 g. Ele então fizeram mais 10 medições adicionais e obtiveram as indicações a seguir. Para estas novas condições, qual o resultado da medição? 32,3 32,1 32,8 32,5 33,2 32,0 32,6 32,9 32,7 31,8 Medições anteriores 32,4 32,8 32,7 32,2 32,9 32,5 33,1 32,6 32,4 33,0

79 Bibliografia Albertazzi, A., Souza, A. R. FUNDAMENTOS METROLOGIA CIENTIFICA E INDUSTRIAL. 407p., Editora Manole, Guia para Expressão da Incerteza de Medição (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement - ISO GUM) Inmetro, 2003 Vocabulário Internacional de Metrologia: Conceitos fundamentais e gerais e termos associados (VIM 2012). Duque de Caxias, RJ : INMETRO, p. Sistema Internacional de Unidades : SI. Duque de Caxias, RJ: INMETRO/CICMA/SEPIN, p. EXEMPLO CERTIFICADO RBC - WIKA pdf