SENSORES E ATUADORES Aula 02 1 Sistemas de Medição Parâmetros de um instrumento; sistemas de erros e características. 2 Características do Sistema de Medição 1.Padrões da calibração: i. Padrão (Standard) 3 Medida materializada, instrumento de medição, material de referência ou sistema de medição destinado a definir, realizar, conservar ou reproduzir uma unidade de um ou mais valores de uma grandeza para servir de referência. Características do Sistema de Medição 1.Padrões da calibração: ii. Calibração (Calibration) 4 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 um material de referência, e os valores correspondentes das grandezas estabelecidos por padrões. Características do Sistema de Medição 1.Padrões da calibração: Exemplo: 5 Massa padrão de 1kg; Resistor padrão de 100Ω; Padrão de frequência do Césio; Amperímetro padrão; Eletrodo padrão de hidrogênio; Solução de referência de cortisol no soro humano, tendo uma concentração certificada Características do Sistema de Medição 2. Faixa nominal (Nominal Range): Faixa de indicação que se pode obter em uma posição específica dos controles de um instrumento de medição. Geralmente definida pelos limites inferior e superior Quando o limite inferior é zero, a faixa nominal pode ser definida unicamente no limite superior. 6 Características do Sistema de Medição 2. Faixa nominal (Nominal Range): Exemplos: • Faixa de indicação de um manômetro: 0 a 20bar; • Faixa de indicação de um termômetro: 700 a 1200°C; • Faixa de indicação de 0V a 100V; • Sua faixa nominal é expressa como “100V”. 7 Características do Sistema de Medição 2.1. Amplitude de Faixa Nominal (Span): Diferença entre os dois limites de uma faixa nominal; Exemplo: Para uma faixa nominal de -30°C a +50°C; A amplitude é de 80°C. Se possuir uma faixa nominal de 200° a 1200°C A amplitude é de 1000°C. Em algumas áreas, a diferença entre o maior e o menor é denominada faixa de indicação (FI) 8 Características do Sistema de Medição 2.1. Amplitude de Faixa Nominal (Span): Em algumas áreas, a diferença entre o maior e o menor é denominada faixa ▪ Termômetro ▪ Faixa de Operação (FO): -50° a +50° Celsius. ▪ Medidor de deslocamento: ▪ Faixa de Operação (FO): de -0,050 a +0,050mm. 9 Características do Sistema de Medição 3. Faixa de Medição (Measuring Range): Conjunto de valores de um mensurando para o qual se admite que o erro de um instrumento de medição mantém-se dentro dos limites especificados; Também é conhecido como Faixa de Operação (FO) que é menor ou, no máximo, igual à Faixa de Indicação (FI); A faixa de operação pode ser obtida através: • Manual de utilização do Sistema de Medição; • Sinais gravados sobre a escada; • Especificações de normas técnicas 10 Características do Sistema de Medição 3. Faixa de Medição (Measuring Range): 11 Características do Sistema de Medição 4. Escala de um instrumento de medição (Scale of a Measuring Instrument): Conjunto ordenado de marcas, associado a qualquer numeração, que faz parte de um dispositivo mostrador de um instrumento de medição; Cada marca é denominada como Marca de Escala. 12 Características do Sistema de Medição 4.1 Comprimento de Escala (Scale Lenght): Comprimento da linha compreendida entre a primeira até a última marca; Este comprimento deve passar pelo centro de todas as marcas menores. Esta linha pode ser real ou imaginária; Pode ser uma curva ou uma reta; O comprimento da escala é expresso em unidades de comprimento, qualquer que seja a unidade do mensurando ou a unidade marcada sobre a escala 13 Características do Sistema de Medição 4.2 Divisão de Escala (Scale Division): Parte de uma escala compreendida entre duas marcas sucessivas quaisquer. Característica de um sistema de medição analógico através de um índice. Exemplos: • Manômetro: Divisão de Escala (DE): 0,1kgj/cm2; • Termômetro: Divisão de Escala (DE): 5°C; • Régua Escolar: Divisão de Escala (DE) = 1mm. 14 Características do Sistema de Medição 5. Índice (Index): A parte fixa ou móvel de um dispositivo mostrador cuja posição em relação às marcas de escala permite determinar um valor indicado. Exemplo: • Ponteiro; • Ponto Luminoso; • Superfície de um líquido; • Pena de um Registrador. 15 Características do Sistema de Medição 6. Resolução de um dispositivo Mostrador Resolution of a Displaying Device): A menor diferença entre indicações de um dispositivo mostrador que pode ser significativamente percebida. 16 Exemplo: Para dispositivos mostrador digital, é a variação da indicação quando o dígito menos significativo variar de uma unidade 2 Processos de Medição Conceitos; características metrológicas dos instrumentos e suas relações com os processos de medição. 17 Processos de Medição Medir: É o procedimento experimental pelo qual o valor momentâneo de um grandeza física (mensurando) é determinado como um múltiplo e/ou uma fração de uma unidade estabelecida por padrão reconhecido Internacionalmente. 18 Processos de Medição Operação de Medição: É realizada por um instrumento de medição ou, de uma forma mais genérica, por um sistema de medição (SM). Obtém-se desta operação instrumentada a chamada indicação direta, que é o número lido pelo operador diretamente no dispositivo mostrador, acompanhado da respectiva unidade indicada neste dispositivo. 19 Processos de Medição Indicação: É obtida pela aplicação da chamada constante do instrumento à indicação direta. A constante do instrumento deve ser conhecida pelo usuário do Sistema de Medição (SM) antes do início da operação de medição. 20 Processos de Medição Resultado de uma Medição: O trabalho de medição, inicia o trabalho do experimentalista que deverá chegar à informação denominada resultado de uma medição. O resultado de uma medição (RM) expressa propriamente o que se pode determinar com segurança sobre o valor do mensurando, a partir da aplicação do Sistema de Medição sobre esta. 21 Processos de Medição Resultado de uma Medição: O Resultado de uma medição possui duas parcelas: 1. O chamado resultado base (RB), que corresponde ao valor central da faixa onde deve situar-se o valor verdadeiro do mensurando; 2. A incerteza da medição (IM), que exprime a faixa de dúvida ainda presente no resultado, provocada pelos erros presentes no SM e/ou variações do mensurando, e deve sempre ser acompanhado da unidade do mensurando. 22RM = (RB ± IM) [unidade] Processos de Medição Resultado de uma Medição: O resultado de uma medição (RM), envolvendo o resultado base (RB) e a incerteza do resultado (IR), deve sempre ser apresentado de forma compatível. É importante que o número e a posição dos dígitos que representam estes componentes do RM guardem certa relação. Seja, por exemplo, o RM representado da forma abaixo: RM = (RB ± IR) → RM = (255,227943 ± 4,133333333) mm 23 Processos de Medição Resultado de uma Medição: RM = (RB ± IR) → RM = (255,227943 ± 4,133333333) mm ▪ A forma acima pode ser melhorada: ▫ Retirando a série de dígitos que absolutamente não trazem nenhuma informação relevante. ▫ Apresentar a IR com precisão de um ou dois algarismos significativos. ▫ O resultado base deve ser escrito de forma a conter o mesmo número de casas decimais que a IR. 24 RM = (255,2 ± 4,1) mm RM = (255 ± 4) mm Processos de Medição Resultado de uma Medição: ▪ O Resultado de uma medição (RM) deve ser expresso preferencialmente com apenas um algarismo significativo na incerteza do resultado (IR). ▪ Regra 1: Arredondar a IR para apenas um algarismo significativo, isto é, com apenas um algarismo diferente de zero. ▪ Regra 2: Arredondar o resultado base (RB) para mantê-lo compatível com a IR de forma que ambos tenham o mesmo número de dígitos decimais após a vírgula. 25