Aula I Introdução à Instrumentação Industrial (DROPBOX)

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Aula I - Introdução à 
Instrumentação Industrial
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
DISCIPLINA: INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I (ENGF99)
PROFESSOR: EDUARDO SIMAS (EDUARDO.SIMAS@UFBA.BR)
Introdução
A Execução de uma medição é um procedimento experimental onde o valor de uma grandeza 
física será apurado por comparação com a grandeza de referência.
Para executarmos uma medição, três condições são necessárias:
◦ Existência de um sistema numérico.
◦ Definição da grandeza da medida.
◦ Estabelecimento da unidade de base.
Instrumento de Medição é um aparelho destinado a fazer medições, sozinho ou complementado 
por outro equipamento, de modo automático ou manual.
Introdução
Histórico:
Idade Antiga (4000 a.c até o século V): 
◦ Pedras eram usadas para quantificar as ovelhas de um rebanho;
◦ Invenção da Escrita: símbolos associados com quantidades, Algarismos Romanos.
Idade Média (476 d.c a 1463 d.c): 
◦ Sistema numérico: Algarismos Arábicos.
Exemplo: para medir comprimentos: partes do corpo humano (polegada, pé, palmo, etc.)
Introdução
Histórico:
Início da padronização: o metro
Foi estabelecido como a décima milionésima parte de um quarto do meridiano terrestre;
O padrão pode ser repetido independente do artefato correspondente;
Progresso da Ciência conferiu maior exatidão às medições
Hoje em dia, à exceção da massa, não são mais utilizados artefatos para padronização das medições
As unidades (de comprimento, temperatura, corrente elétrica, etc) são representadas por valores 
obtidos a partir de experimentos. 
Terminologia
AJUSTE - Operação destinada a fazer com que um instrumento de medição tenha desempenho compatível com
seu uso.
CALIBRAÇÃO - Conjunto de Operações que estabelece, sob condições especificadas, a relação entre os valores
indicados por um instrumento de medição ou sistema de medição ou valores representados por uma medida
materializada ou material de referência, e os valores correspondentes das grandezas estabelecidos por padrões.
ERRO - Resultado de uma medição menos o valor verdadeiro do mensurando.
ESTABILIDADE - Aptidão de um instrumento de medição em conservar constantes suas características metrológica
ao longo do tempo.
EXATIDÃO - Grau de concordância entre o resultado de uma medição e um valor verdadeiro do mensurando.
Terminologia
GRANDEZA - Atributo de um fenômeno, corpo ou substância que pode ser qualitativamente 
distinguido e quantitativamente determinado.
GRANDEZA DE INFLUÊNCIA - Grandeza que não é o mensurando, mas que afeta o resultado da 
medição deste.
INCERTEZA DA MEDIÇÃO - Parâmetro, associado ao resultado de uma medição, que caracteriza 
a dispersão dos valores que podem ser fundamentalmente atribuídos a um mensurando.
MENSURANDO - Grandeza submetida à medição.
Terminologia
• PADRÃO - Medida materializada, instrumento de medição, material de referência ou sistema de 
medição destinado a definir, realizar, conservar ou produzir uma unidade ou um ou mais valores 
conhecidos de uma grandeza para servir como referência.
• PADRÃO PRIMÁRIO - Padrão que é designado ou amplamente reconhecido como tendo as mais altas 
qualidades metrológicas e cujo valor é aceito sem referência a outros padrões de mesma grandeza.
• PADRÃO SECUNDÁRIO - Padrão cujo valor é estabelecido por comparação com padrão primário da 
mesma grandeza.
• PADRÃO DE REFERÊNCIA - Padrão, geralmente tendo a mais alta qualidade metrológica disponível 
em um dado local ou em uma dada organização, a partir do qual as medições lá executadas são 
derivadas.
Terminologia
• PADRÃO DE TRABALHO - Padrão utilizado rotineiramente para calibrar ou controlar medidas 
materializadas, instrumentos de medição ou materiais de referência. 
• PADRÃO DE TRANSFERÊNCIA - Padrão utilizado como intermediário para comparar padrões.
• REPETITIVIDADE DAS MEDIÇÕES - Grau de concordância entre os resultados de medições 
sucessivas de um mesmo mensurando efetuadas sob as mesmas condições de medição.
• REPRODUTIBILIDADE DAS MEDIÇÕES - Grau de concordância entre os resultados das medições 
de um mesmo mensurando, efetuadas sob condições variadas de medição.
Terminologia
• RESOLUÇÃO - Menor diferença entre indicações de um dispositivo mostrador que pode ser 
significativamente percebida.
• RASTREABILIDADE - Propriedade de um resultado de medição ou do valor de um padrão estar 
relacionado a referências estabelecidas, geralmente padrões nacionais ou internacionais, 
através de uma cadeia contínua de comparações, todas tendo incertezas estabelecidas.
• TEMPO DE REPOSTA - Intervalo de tempo entre o instante em que um estimulo é submetido a 
uma variação brusca e o instante em que a resposta atinge e permanece dentro de limites 
especificados em torno do seu valor final estável.
O Processo de Medição
É realizado por um instrumento ou sistema de medição;
Obtem-se uma indicação direta ou o valor medido acompanhado de sua unidade de
medida;
É um procedimento experimental onde se determina o 
valor momentâneo de uma grandeza física
Resultado = (Valor Medido) UMA
UMA - Unidade de Medida Apropriada
Sistema de Medição Genérico
Variável 
medida
Sensor
Condicionador
de sinais
Mostrador ou 
registrador
Amplificação, 
filtragem, remoção de 
ruído
Transdutor da variável 
medida para o sinal de 
informação
Armazena ou torna 
disponível para 
visualização o valor 
medido
Fatores que contribuem para a Incerteza 
de Medição:
Meio Ambiente
(temperatura, umidade, 
pressão, etc.)
INCERTEZA DA 
GRANDEZA MEDIDA
Equipamento de Medição
(tendência, descalibração)
Processo de medição
(alinhamento, número 
de medições, princípio 
de medição, etc.)
Operador
(paralaxe, experiência, 
treinamento, etc.)
Método de cálculo
(arredondamento, 
interpolação, 
extrapolação, etc.)
Outras fontes
Confiabilidade Metrológica
O controle das variações dos resultados de medições é importante para:
◦ Verificar a sua qualidade;
◦ Verificar a estabilidade no decorrer do tempo;
◦ Estabelecer a previsibilidade.
Todo valor medido deve ser expresso juntamente com um parâmetro que indique a qualidade 
daquela medição (sua incerteza associada).
A incerteza de medição é a indicação quantitativa da qualidade dos resultados da medição.
Confiabilidade Metrológica
Todo resultado de uma medição possui erros associados. Essas diferenças são causadas por:
◦ Métodos e procedimentos inadequados;
◦ Condições do operador;
◦ Condições do ambiente;
◦ Imperfeição do objeto a ser medido;
◦ Variações causadas em função do tempo;
◦ Etc.
O erro consiste na diferença entre o valor medido e o valor real.
Erro e incerteza são parâmetros diferentes e não devem ser confundidos.
Erros de Medição
Efetuando-se medidas com instrumentos perfeitos, com operadores experimentados e tomadas 
todas as precauções, os resultados encontrados nessas medidas não são necessariamente 
iguais, ainda que o operador utilizasse o mesmo instrumento para medir a mesma grandeza.
Os erros cometidos numa medição podem ser:
◦ Sistemáticos;
◦ Aleatórios ou acidentais.
Erros Sistemáticos
•São erros que ocorrem com uma certa constância ou de forma previsível. 
•São originários de 
– falhas de métodos empregado; 
– defeitos do instrumento. 
•Podem ser corrigidos, uma vez identificados. Exemplos:
– erros decorrentes da falta de aferição de instrumentos;
– erros devido a imperfeições dos procedimentos de medição (vício do operador);
– erros devido a influências do ambiente, por exemplo, variação de temperatura.
Erros Aleatórios
São erros devido a causas sempre desconhecidas e imprevisíveis.
São independentes do operador, do instrumento ou do método utilizado na medição. 
São erros provocadospor alterações não perceptíveis dos aparelhos, do objeto que será medido 
e do ambiente onde é efetivada a medição .
São analisados quantitativamente, em geral, mediante cálculos estatísticos. Exemplos:
◦ erros de leitura de escalas;
◦ influência do cansaço do operador ao longo de uma série de medições;
◦ erro de paralaxe na leitura de uma escala.
Precisão x Exatidão
Precisão: pouca dispersão, repetitividade e estabilidade.
Exatidão: proximidade do valor verdadeiro, normalmente considerando-se uma média das 
medições.
Os termos precisão e exatidão podem ser utilizadas para caracterizar: 
◦ processo (aparelho, método e operador) ,;
◦ medição;
◦ instrumento.
Precisão x Exatidão:
Precisão e exatidão
Exemplo 1:
Um manômetro de range de 0 a 100 psi, quando comparado com o seu 
padrão, no valor de 50 psi, apresentou o seguinte resultado, após três 
calibrações:
◦ 1a Medida: 40 psi 
◦ 2a Medida: 45 psi 
◦ 3a Medida: 50 psi
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Precisão e exatidão
Exemplo 1:
Um manômetro de range de 0 a 100 psi, quando comparado com o seu 
padrão, no valor de 50 psi, apresentou o seguinte resultado, após três 
calibrações:
◦ 1a Medida: 40 psi 
◦ 2a Medida: 45 psi 
◦ 3a Medida: 50 psi
Conclusão: O instrumento não é exato, pois a média dos valores não é 50, 
também não é preciso, pois houve uma dispersão muito grande, ou seja não 
apresenta repetitividade.
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Precisão e exatidão
Exemplo 2:
Um manômetro de range 0 a 100 psi, quando comparado com o seu padrão, 
no valor de 50 psi, apresentou o seguinte resultado, após três calibrações:
◦ 1a Medida: 40 psi 
◦ 2a Medida: 60 psi 
◦ 3a Medida: 50 psi
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Precisão e exatidão
Exemplo 2:
Um manômetro de range 0 a 100 psi, quando comparado com o seu padrão, 
no valor de 50 psi, apresentou o seguinte resultado, após três calibrações:
◦ 1a Medida: 40 psi 
◦ 2a Medida: 60 psi 
◦ 3a Medida: 50 psi
Conclusão: O instrumento é exato, pois a média dos valores é 50, porém não é 
preciso, pois houve uma grande dispersão, ou seja não apresenta 
repetitividade.
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Precisão e exatidão
Exemplo 3:
Um manômetro de range de 0 a 100 psi, quando comparado com o seu 
padrão, no valor de 50 psi, apresentou o seguinte resultado, após três 
calibrações:
◦ 1a Medida: 44 psi 
◦ 2a Medida: 45 psi 
◦ 3a Medida: 46 psi
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Precisão e exatidão
Exemplo 3:
Um manômetro de range de 0 a 100 psi, quando comparado com o seu 
padrão, no valor de 50 psi, apresentou o seguinte resultado, após três 
calibrações:
◦ 1a Medida: 44 psi 
◦ 2a Medida: 45 psi 
◦ 3a Medida: 46 psi
Conclusão: O instrumento não é exato, pois a média dos valores não é 50, 
porém é preciso, pois houve uma pequena dispersão, ou seja apresenta 
repetitividade.
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Precisão e exatidão
Exemplo 4:
Um manômetro de range de 0 a 100 psi, quando comparado com o seu 
padrão, no valor de 50 psi, apresentou o seguinte resultado, após três 
calibrações:
◦ 1a Medida: 51 psi 
◦ 2a Medida: 50 psi 
◦ 3a Medida: 49 psi
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Precisão e exatidão
Exemplo 4:
Um manômetro de range de 0 a 100 psi, quando comparado com o seu 
padrão, no valor de 50 psi, apresentou o seguinte resultado, após três 
calibrações:
◦ 1a Medida: 51 psi 
◦ 2a Medida: 50 psi 
◦ 3a Medida: 49 psi
Conclusão: O instrumento é exato, pois a média dos valores é 50, também é 
preciso, pois houve uma pequena dispersão, ou seja apresenta repetitividade.
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