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Fundamentos de Metrologia Webconferência II – Unidade II Professor(a): Fábio Maia Relembrando Algumas Definições • Medir: procedimento pelo qual o valor momentâneo de uma grandeza física é determinado como um múltiplo e/ou fração de uma unidade, estabelecida por um padrão e reconhecida internacionalmente. • Mensurando: é o objeto da medição. É a grandeza específica submetida à medição. • Indicação: é o valor de uma grandeza fornecido por um sistema de medição. • Processo de medição: conjunto de métodos e meios utilizados para efetuar uma medição. Relembrando Algumas Definições • Resultado da medição: faixa de valores dentro da qual deverá estar o valor verdadeiro do mensurando. Formado pelo resultado base e pela incerteza de medição. • Erros de medição: Estão sempre presentes e podem ser principalmente causados: • Pelo sistema de medição; • Pela ação do ambiente; • Pelo operador; e • Pela má definição do mensurando. • Linguagem da Metrologia: Definida pelo Vocabulário de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia Tipos de Medidas A Metrologia Industrial envolve diversas áreas: • Metrologia térmica • Metrologia elétrica • Metrologia Ótica • Metrologia Química • Metrologia de Materiais • Metrologia acústica, ultrassom e vibração • Metrologia Mecânica • Metrologia de Massa • Metrologia de Força • Metrologia de Pressão • METROLOGIA DIMENSIONAL • Medições Lineares • Medições Angulares • Medidas Diretas: O valor da media é obtido diretamente pela leitura dos instrumentos de medição. • Medidas Indiretas: Ocorrem quando o valor da medida é obtido pela comparação com uma referência ou com o auxílio de equações matemáticas. Para que Medir? • Monitorar: Observar ou registrar passivamente o valor de uma grandeza. O interesse pode estar no seu valor momentâneo, acumulado ou na sua evolução histórica. Exemplos: • Observação de parâmetros climáticos com barômetros, termômetros e higrômetros. • Medição da velocidade, volume de combustível ou temperatura do motor de um automóvel. • Indic • ação da quantidade de energia elétrica ou volume de água consumidos em uma residência. • Controlar: A operação de controle é sempre de natureza ativa e objetiva manter uma ou mais grandezas ou um processo dentro de limites predefinidos. Consiste em medir a grandeza e compará-la com o valor de referência. Em seguida, em função do resultado da comparação, o sistema de controle atua sobre a grandeza ou processo para mantê-lo dentro dos níveis desejados. Para que Medir? SISTEMA DE CONTROLE DE TEMPERATURA DE UM REFRIGERADOR • Termostato: sensor que mede a temperatura no interior e com- para com os limites preestabe- lecidos. • Se a temperatura estiver acima do limite aceitável, o motor do com- pressor é ligado até a temperatura atingir o limite mínimo e, então, é desligado. • O isolamento térmico da geladeira mantém a temperatura baixa por um certo tempo. • O motor do compressor perma- nece desligado enquanto a tempe- ratura do interior do refrigerador estiver dentro da faixa tolerada e só volta a ser ligado quando o limite máximo de temperatura for novamente ultrapassado. Extraído de Albertazzi, Armando; Souza, André Roberto de. Fundamentos de Metrologia Científica e Industrial. 2ª Edição. Barueri-SP: Editora Manole, 2018. Páginas 7 a 8. Disponível na Biblioteca Pearson. Para que Medir? • Investigar: Requer postura proativa. Envolve a realização de experimentos para obter conhecimentos, seja na ciência, seja na atividade industrial. É na investigação que se mais se exige dos sistemas de medição já que, para tirar conclusões certas, é preciso medir as grandezas envolvidas de forma confiável. Pequenas variações nas grandezas observadas podem revelar a existência de fenômenos até então desconhecidos. Exemplos: • Otimizar o desempenho de um carro de fórmula 1 quanto à potência, consumo de combustível, estabilidade, segurança do piloto, desgaste de pneus, etc.. • Aumentar a eficiência de um aparelho de ar condicionado por meio de otimizações da geometria, materiais e formas de componentes, folgas, rotação, etc.; e pela contínua medição das melhorias obtidas. • Desenvolver, documentar e preservar o know-how de processos industriais. Tipos de Medidas Instrumentos de Medição Linear Direta Escala Graduada Paquímetro Micrômetros Externos Micrômetros Internos Instrumentos de Medição Linear Direta Traçadores de Altura Blocos Padrão Instrumentos de Medição Linear Direta Calibradores e Verificadores Instrumentos de Medição Linear Indireta Relógio Comparador Relógio Apalpador Comparador de Diâmetro Interno “Súbito” Instrumentos de Medição Linear Indireta Esferas Padrão Perfilômetro “Contracer” Máquina de Medição por Coordenadas “CMM” ou “Tridimensional” Rugosímetro Instrumentos de Medição Indireta Especiais Colunas de Medição Medidora de Perfil de Engrenagens Teste de Contato de Engrenagens Gear Roll Tester Tipos de Medidas Instrumentos de Medição Angular Direta Goniômetros Transferidores de Grau Esquadro Combinado 2 em 1: transferidor de Grau e Régua Instrumentos de Medição Angular Direta Esquadros Padrões Angulares Calibradores Cônicos Instrumentos de Medição Angular Indireta Mesa de Senos Máquina de Medição por Coordenadas “CMM” ou “Tridimensional” Instrumentos de Medição Não Dimensionais Manômetro (Pressão) Termômetros Industriais Termopares Pirômetros (Temperatura) Durômetros (Materiais) Medidor de PH Medidor de Espessura de Camada (Químico) Instrumentos de Medição Não Dimensionais Torquímetros, Dinamômetros, Anel Dinamométrico (Força) Balanças (Massa) Seleção dos instrumentos de Medição Deve-se levar em conta: • Natureza da Grandeza a ser media: • Linear • Angular • Tipo de medição: • Direta • Indireta • Tolerância de Medição • Resolução do Instrumento • Incerteza de medição do Instrumento • Interpretar os resultados de calibração do instrumento • Análises do sistema de medição com as opções disponíveis • Entre outros. Sistema Internacional de Unidades - SI Vantagens: • Evitar entraves diplomáticos. As relações internacionais são facilitadas quando é necessário converter unidades. • Possibilitar produtos globalizados. Partes produzidas em diferentes países podem ser combinadas para formar um sistema complexo sem problemas de compatibilidade. A especificação das características das partes é facilitada. O esforço para administrar e manter estoques e ferramentas de trabalho é significativamente reduzido. • Simplificar as equações que descrevem fenômenos físicos, graças à coerência com que as unidades do SI são definidas. Sistema Internacional de Unidades - SI • Composto por 3 classes de unidades: • Unidades de Base: São 7 unidades, definidas de forma clara e universal, permitindo sua reprodução em excelente exatidão. • Unidades Suplementares: São 2 unidades usadas em conjunto com as unidades de base para compor as unidades derivadas. Possuem definições puramente matemáticas. São adimensionais. • Unidades Derivadas: As 7 unidades de base e as 2 suplementares formam um sistema suficientemente completo para, por meio de suas combinações, descrever todas as demais grandezas existentes. • Cada grandeza possui apenas uma única unidade, obtida através da multiplicação ou divisão a partir das unidades de base ou das unidades suplementares. SI – Unidades de Base Grandeza Definição da Unidade Símbolo Incerteza atual Comprimento O metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo, durante o intervalo de 1/299.792.458 do segundo. m 10-12 Massa O quilograma é igual à massa do protótipo internacional do quilograma. kg 2x10-9 Tempo O segundo é a duração de 9.192.631.770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio 133. s 10-15 Intensidade de Corrente Elétrica O ampère é a intensidade de uma corrente elétrica constante que mantida em dois condutores paralelos, retilíneos, de comprimento infinito,de seção circular desprezível e situados à distância de 1 metro entre si, no vácuo, produz entre esses condutores uma força igual a 2x10-7 newton por metro. A 9x10-8 Temperatura Termodinâmica O kelvin é a fração de 1/273,16 da temperatura termodinâmica do ponto tríplice da água. K 3x10-1 Intensidade Luminosa A candela é intensidade luminosa, numa dada direção, de uma fonte que emite radiação monocromática de frequência 540x1012 hertz e cuja intensidade energética radiante nessa direção é de 1/683 watt por esterradiano. cd 10-4 Quantidade de Matéria O mol é a quantidade de matéria que um sistema contendo tantas entidades elementares quantos átomos existem em 0,012 quilograma de carbono 12. mol 2x10-9 Extraído de Albertazzi, Armando; Souza, André Roberto de. Fundamentos de Metrologia Científica e Industrial. 2ª Edição. Barueri-SP: Editora Manole, 2018. Página 22. Disponível na Biblioteca Pearson. SI – Unidades Suplementares Grandeza Definição da Unidade Símbolo Ângulo Plano O radiano é o ângulo central que abrange um arco de círculo de comprimento igual ao respectivo raio. rad Ângulo Sólido O esterradiano é o ângulo sólido que, tendo vértice no centro de uma esfera de raio unitário, abrange na superfície esférica uma área de valor igual a 1. sr Extraído de Albertazzi, Armando; Souza, André Roberto de. Fundamentos de Metrologia Científica e Industrial. 2ª Edição. Barueri-SP: Editora Manole, 2018. Página 24. Disponível na Biblioteca Pearson. SI – Unidades Derivadas Grandeza Derivada Unidade Derivada Símbolo Área Metro quadrado m2 Volume Metro cúbico M3 Velocidade Metro por segundo m/s Aceleração Metro por segundo ao quadrado m/s2 Velocidade angular Radiano por segundo rad/s Aceleração angular Radiano por segundo ao quadrado rad/s2 Massa específica Quilograma por metro cúbico Kg/m3 Intensidade de campo elétrico Ampère por metro A/m Densidade de corrente Ampère por metro cúbico A/m3 Concentração de substância Mol por metro cúbico Mol/m3 Luminância Candela por metro quadrado cd/m2 Extraído de Albertazzi, Armando; Souza, André Roberto de. Fundamentos de Metrologia Científica e Industrial. 2ª Edição. Barueri-SP: Editora Manole, 2018. Página 25. Disponível na Biblioteca Pearson. SI – Unidades Derivadas com Nomes e Símbolos Especiais Grandeza Derivada Unid. Deriv. Símbolo No SI Frequência Hertz Hz Força Newton N Pressão e Tensão Pascal Pa N/m2 Energia, Trabalho e Quantidade de Calor Joule J N . m Potência e Fluxo Radiante Watt W J/s Carga elétrica e Quantidade de Eletricidade Coulomb C Diferença de Potencial Elétrico, Tensão Elétrica e Força Eletromotiva Volt V W/A Capacitância Elétrica Farad F Resistência Elétrica Ohm W C/V Condutância Elétrica Siemens S V/A Fluxo Magnético Weber Wb A/V Indução Magnética e Densidade de Fluxo Magnético Tesla T V . S Wb/m2 Indutância Henry H Fluxo Luminoso Lúmen lm Wb/A Extraído de Albertazzi, Armando; Souza, André Roberto de. Fundamentos de Metrologia Científica e Industrial. 2ª Edição. Barueri-SP: Editora Manole, 2018. Página 26. Disponível na Biblioteca Pearson. Grandeza Derivada Unid. Deriv. Símbolo No SI Iluminamento ou Aclaramento Lux lx cd/sr Lm/m2 Atividade (de racionuclídeo) Becquerel Bq Dose Absorvida de Energia Específica Gray Gy J/kg Dose Equivalente siervet Sv J/kg SI – Unidades Derivadas de Unidades Base com Unidades Derivadas com Nomes Especiais Grandeza Derivada Unid. Deriv. Símbolo Viscosidade Dinâmica Pascal-segundo Pa . s Momento de Força Newton-metro N . m Tensão Superficial Newton por metro N/m Velocidade Angular Radiano por segundo rad/s Aceleração Angular Radiano por segundo ao quadrado rad/s2 Densidade de Fluxo de Calor e Irradiância Watt por metro quadrado W/m2 Capacidade Térmica e Entropia Joule por Kelvin J/K Capacidade Térmica Específica e Entropia Específica Joule por quilograma- kelvin J/(kg . K) Energia Específica Joule por quilograma J/kg Condutibilidade Térmica Watt por metro Kelvin W/(m . K) Densidade de Energia Joule por metro cúbico J/m3 Tensão de Campo Elétrico Volt por metro V/m Densidade de Carga Elétrica Coulomb por metro cúbico C/m3 Extraído de Albertazzi, Armando; Souza, André Roberto de. Fundamentos de Metrologia Científica e Industrial. 2ª Edição. Barueri-SP: Editora Manole, 2018. Página 27. Disponível na Biblioteca Pearson. Grandeza Derivada Unid. Deriv. Símbolo Densidade de Fluxo Elétrico Coulomb por metro quadrado C/m2 Permissibilidade Fard por metro F/m Permeabilidade Henry por metro H/m Energia Molar Joule por mol J/mol Entropia Molar e Capacidade Térmica Molar Joule por mol Kelvin J/(mol . K) Exposição (a raios X e g) Coulomb por quilograma C/kg Taxa de absorção de dose Gray por segundo Gy/s Intensidade Radiante Watt por esterradiano W/sr Radiância Wat por metro quadrado esterradiano W/(m2 . sr) SI – Múltiplos e Submúltiplos Fator Prefixo Símbolo 1024 Yotta Y 1021 Zetta Z 1018 Exa E 1015 Peta P 1012 Tera T 109 Giga G 106 Mega M 103 Quilo K 102 Hecto H 101 Deca Da Extraído de Albertazzi, Armando; Souza, André Roberto de. Fundamentos de Metrologia Científica e Industrial. 2ª Edição. Barueri-SP: Editora Manole, 2018. Página 28. Disponível na Biblioteca Pearson. Fator Prefixo Símbolo 10-1 Deci D 10-2 Centi C 10-3 Mili m 10-6 Micro m 10-9 Nano n 10-12 Pico p 10-15 Femto f 10-18 Atto a 10-21 Zepto z 10-24 Yocto y REGRAS PARA USO CORRETO DOS PREFIXOS: • Os prefixos referem-se exclusivamente às potências de 10 e não às de 2. Ex.: 1 quilobyte corresponde a 1000 bytes, e não 1024 bytes. • Prefixos devem ser escritos sem espaços antes da unidade. Ex.: quilograma: km, e não k m. • Prefixos combinados não podem ser usados. Ex.: 10-6kg deve ser escrito 1mg, e não 1mkg. • Um prefixo não pode ser escrito sozinho. Ex.: 109/m3, não pode ser escrito: G/m3. Unidades fora do SI que São Aceitas Grandeza Unidade Símbolo Valor das Unidades no SI Tempo Minuto Hora Dia Min H D 1 min = 60 s 1 h = 60 min = 3.600 s 1 d = 24 h Ângulo Grau Minuto Segundo 0 ‘ “ 1º = p/180 1’ = 1/60o = p/10.800 rad 1” = 1/60’ = p/648.000 rad Volume Litro l, L 1 L = 1 dm3 = 10-3 m3 Massa Tonelada t 1 t = 103 kg Pressão Bar bar 1 bar = 105 Pa Temperatura Grau Celsius oC oC = k – 273,16 Extraído de Albertazzi, Armando; Souza, André Roberto de. Fundamentos de Metrologia Científica e Industrial. 2ª Edição. Barueri-SP: Editora Manole, 2018. Página 29. Disponível na Biblioteca Pearson. Conversão de Unidades SI x Sistema Britânico Extraído de http://www.edifique.arq.br/conversao_unidades.html Conversão de Unidades Dentro do SI Extraído do Livro-texto, Unidade 2, Capítulo 5, pág. 28 Conversão de Unidades SI x Sistema Britânico Extraído de http://www.edifique.arq.br/conversao_unidades.html Conversão de Unidades SI x Sistema Britânico Extraído de http://www.edifique.arq.br/conversao_unidades.html Padrões de Referência • São medidas materializadas da grandeza, ou seja, representam o valor verdadeiro convencional da grandeza envolvida e servem como modelo para medições e calibrações. • Padrão Primário: padrão com a mais alta qualidade metrológica, cujo valor é aceito sem referência a outro padrão • Padrão Secundário: padrão cujo valor é estabelecido pela comparação direta com o padrão primário. • Rastreabilidade: Sequência de registros que mostra toda a cadeia de padrões utilizados para calibrar um instrumento, desde o padrão primário até o instrumento avaliado. Blocos Padrão • Foram patenteados em 1.898 por C. E. Johanson. • Obtém a medida empilhando os blocos. • Manter o contato com as superfícies polidas usando a menor quantidade possível de blocos. • Para empilhar, posiciona de forma cruzada e gira lentamente fazendo pressão de leve até ficar alinhado e haver aderência perfeita. • Usar blocos padrão protetores para evitar contato dos blocos com objetos e instrumentos que possam danificar superfície polida necessária para precisão do empilhamento. • Conservação: armazenar protegidopor vaselina. Limpar com benzeno antes do uso. • Conjunto atualmente mais usado possui 114 unidades e permite em torno de 200.000 combinações entre 1mm e 201mm. • Composição do estojo de blocos padrão de 114 peças: • 2 blocos padrão protetores de 2 mm de espessura. • 1 padrão de 1,0005 mm. • 9 padrões com incrementos de 0,001 mm, de 1,001 a 1,009 mm. • 49 padrões em incrementos de 0,01 mm, de 1,01 a 1,49 mm. • 49 padrões em incrementos de 0,5mm de 0,5 a 24,5 mm. • 4 padrões em incrementos de 25mm, de 25 a 100 mm. Blocos Padrão Aplicação dos Blocos Padrão Montagens dos Blocos Padrão Esferas Padrão • São muito comuns para calibração de elementos esféricos, como por ex. as ponteiras de medição e máquinas de medir por coordenadas. Cilindros Padrão • Possuem várias aplicações. • Uma das aplicações mais comuns é medir o diâmetro de flanco das roscas pelo método dos 3 arames. • São popularmente conhecidos como arames calibrados. Padrão de Rugosidade • Usado para calibração de rugosímetros. • Antes de iniciar a medição de rugosidade, é preciso verificar se o rugosímetro está calibrado e, para isso, utiliza-se o padrão de rugosidade. Padrão Visual e Tátil