TP M1 Apontamentos
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1
Prof. Ana Sampaio 2015/2016
Curso Profissional de Técnico de Energias Renováveis - Solar
Tecnologia e Processos
A Metrologia é definida como a ciência da medição.
A medição é uma operação de grande importância para diversas actividades,
porque, através dela será possível garantir o nível de Qualidade definido para o
processo produtivo, produto ou serviço.
Neste módulo, pretende-se sensibilizar o aluno para os conceitos e processos
de medição, para a utilização do instrumento de medição mais adequado para
medir determinada grandeza, para o cumprimento das normas aplicáveis em
determinado processo, para o conhecimento da influência dos erros associados
a cada medição e para a gestão dos equipamentos de metrologia.
SUBSISTEMA NACIONAL DE METROLOGIA
Conceito e História da Metrologia
Metrologia, palavra de origem grega (metron, medida; logos, tratado), é a
ciência dos pesos e medidas ou, se se quiser, a ciência da instrumentação e
das medidas com ela realizadas.
A Metrologia é a ciência da medição, englobando tudo o que a ela diz respeito,
tratando em particular dos instrumentos de medição, das técnicas de medição
e do tratamento dos resultados da medição.
A Metrologia faz parte do dia a dia, constituindo uma ferramenta indispensável
para a ciência, a indústria, o comércio, os transportes, a medicina e muitas
outras áreas.
Ela é a ciência da medição (massa, comprimento, temperatura, pressão, etc.).
2 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
O objectivo central da Metrologia é a determinação do valor numérico de
uma grandeza mensurável.
Para tal ter-se-á de executar um conjunto de operações, medida ou medição,
utilizando dispositivos apropriados, aparelhos ou instrumentos de medida ou de
medição.
O conceito de grandeza mensurável é aplicável a todo e qualquer atributo de
um fenómeno, corpo ou substância susceptível de ser caracterizado qualitativa
e quantitativamente.
Desde a mais longínqua antiguidade, o homem sentiu necessidade de medir.
Medir terrenos, as pedras que talhava, o tecido que fiava, etc. Relacionou
então, as medidas com o seu próprio corpo, mas rapidamente verificou que
todos os pés têm dimensões diferentes, assim como os polegares ou os
braços. Daí passar a considerar como padrões, as dimensões do chefe da tribo
ou do rei. Por isso, as medições variavam de região para região, ou de nação
para nação. Por vezes chegavam a variar dentro de uma mesma cidade.
Com o desenvolvimento das relações entre os povos, rapidamente se chegou a
uma situação de anarquia e conflitos nas trocas comerciais. Começou então a
sentir-se a necessidade de unificar as medidas e os primeiros esforços
conhecidos datam do século XIV, em que os reis de França tentaram, embora
com pouco sucesso, a unificação das medidas dentro do seu reino.
No século XVII houve um grande avanço, com o aparecimento de uma unidade
denominada TOESA. Essa unidade (cerca de 1,95m) estava materializada por
uma barra de ferro colocada num muro de um castelo perto da cidade de Paris,
para que cada um aí, pudesse comparar o seu padrão.
No século XVIII é criado o sistema métrico.
Em França decidiu-se abandonar todas as unidades até aí utilizadas e foi
criada a nova unidade chamada Metro e os seus submúltiplos.
Surgiu também o sistema Inglês que é convertível no sistema métrico cuja
unidade mais utilizada é a polegada.
3 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
Até hoje a unidade Metro já teve 5 (cinco) definições diferentes.
1ª Definição do metro (1793)
Décima milionésima parte do quarto do meridiano terrestre que passa por
Paris.
Mas o desenvolvimento de técnicas de medição originou posteriores
correcções o que levaria a que a definição do metro viesse a sofrer
modificações ao longo do tempo.
2ª Definição do metro (1799)
Distância entre os topos de uma barra de platina a 0 °C.
A exactidão deste padrão era da ordem do 0,1 mm, o que era manifestamente
inadequado para os desenvolvimentos que se vieram a verificar nas
tecnologias e nas ciências, levando assim a novas definições.
3ª Definição do metro (1889)
Distância entre dois traços centrais marcados numa barra de platina
iridiada, de secção em “X”, à temperatura de 0 ºC.
A 1ª Conferência Geral de Pesos e Medidas mandou fabricar trinta padrões,
entre os quais foi escolhido o padrão de referência, passando a ser este o
padrão por onde todos os outros eram calibrados. A exactidão destes padrões
era de 0,1 μm.
Portugal contava-se entre os países aderentes, sendo, conjuntamente com o
padrão de massa, atribuído o nº 10 às cópias dos padrões protótipos nacionais.
Gradualmente foi-se sentindo que esta definição era insuficiente, tendo-se
chegado à conclusão ser necessário redefini-la em termos naturais,
principalmente quando em 1937 se fez nova marcação de traços no padrão
existente. De facto, trabalhos desenvolvidos, principalmente pela SGIP (Suíça)
revelaram que a resolução das medições era já superior à espessura dos
traços.
Tudo apontava já para uma definição baseada na natureza ondulatória da luz.
Já em 1864 o físico francês Fizeau tinha escrito: “um raio de luz, com todas as
suas séries de ondulações muito ténues, mas perfeitamente regulares, pode
ser considerado, de algum modo, como um micrómetro natural da maior
4 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
perfeição e particularmente apropriado a determinar comprimentos
extremamente pequenos”.
Em 1948 a 9ª Conferência Geral de Pesos e Medidas adoptou uma resolução
na qual reconhecia que o metro pode ser definido em termos de comprimento
de onda da radiação de um isótopo, embora não tivesse referido qual o
elemento a utilizar.
Em 1954 foi publicado pela SGIP um estudo onde era preconizada a
redefinição do metro com base no comprimento de onda emitida por uma
radiação de mercúrio-198.
4ª Definição do metro (1960)
Comprimento igual a 1 650 763,73 comprimentos de onda, no vazio, da
radiação correspondente à transição entre os níveis 2p e 5d do átomo de
cripton-86
A definição tinha finalmente transitado para um método considerado
praticamente perfeito, ou seja, com referência às características da radiação
luminosa. Mas a rápida evolução que se fez sentir na radiação laser manteve
acesa a chama de descontentamento dos físicos e metrologistas, que
procuravam uma constante mais universal. Uma grandeza de muito boa
exactidão era, e ainda é, a unidade de tempo aquela que se encontrava ligada
a uma melhor incerteza - e a constante universal ligada ao tempo é a
velocidade da luz no vazio. Daí vem a definição actual do metro.
5ª Definição do metro (1983)
A última data de 1983 e define o Metro como:
O metro é o comprimento do trajecto percorrido pela luz no vazio durante
um intervalo de tempo de 1/299 792 458 do segundo.
Esta definição poderá vir a ser alterada, mas não se vislumbra qualquer
tendência para que deixe de ser utilizada a radiação luminosa como base
fundamental para padrão natural da grandeza distância.
5 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
Domínio de actividade
Actua em todos os domínios de actividade desde a Industria, o comércio e
serviços.
Basicamente, a metrologia está dividida em três grandes áreas ou
categorias:
Metrologia Científica (primária ou fundamental) - utiliza instrumentos
laboratoriais, pesquisas e metodologias científicas, que têm por base padrões
de medição nacionais e internacionais, para o alcance de altos níveis de
qualidade metrológica.
Realização física, conservação e desenvolvimento de padrões;
Laboratórios primários.
Metrologia Industrial - os sistemas de medição controlam processos
produtivos industriais e são responsáveis pela garantia da qualidade dos
produtos acabados.
Integração em cadeias hierarquizadas de padrões;
Laboratórios acreditados.
Metrologia Legal - controla e fiscaliza todos aqueles instrumentos e medidas
que estão relacionadas com o consumidor.
Instrumentos de medição regulamentados;
Níveis de actuação.
Operações de controlo metrológico
O sistema de controlo metrológico compreende uma ou mais das seguintes
operações:
Aprovação do modelo;
Primeira Verificação;
Verificação periódica;
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Verificações extraordinárias;
Estrutura Nacional
Conselho Nacional da Qualidade
Comissões Permanentes
Comissões Técnicas
Sistema português da qualidade – estrutura base para a certificação e
qualidade em termos de qualidade.
Criado em 1983 (Decreto-Lei 165/83 sendo então denominado Sistema de
Gestão da Qualidade.
«Sistema Português da Qualidade (SPQ)» o conjunto integrado de entidades
e organizações interrelacionadas e interactuantes que, seguindo princípios
regras e procedimentos aceites internacionalmente, congrega esforços para
dinamização da qualidade em Portugal e assegura a coordenação dos três
subsistemas – da normalização, da qualidade e da metrologia - com vista ao
desenvolvimento sustentado do País e ao aumento da qualidade de vida da
sociedade em geral.
Decreto-lei 142/2007
O Subsistema da Metrologia
«Subsistema da metrologia» é o subsistema do SPQ que garante o rigor e a
exactidão das medições realizadas, assegurando a sua comparabilidade e
rastreabilidade, a nível nacional e internacional, e a realização, manutenção e
desenvolvimento dos padrões das unidades de medida.
7 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
Decreto-lei 142/2007
Os outros subsistemas são:
«Subsistema da normalização» o subsistema do SPQ que enquadra as
actividades de elaboração de normas e outros documentos de carácter
normativo de âmbito nacional, europeu e internacional.
«Subsistema da qualidade» o subsistema do SPQ que enquadra as
actividades da acreditação, da certificação e outras de reconhecimento de
competências e de avaliação da conformidade, no âmbito do SPQ.
O organismo que dirige toda a estrutura nacional da qualidade é o IPQ,
apoiando-se, este, em outros organismos estatais ou privados (Comissões
Permanentes e Comissões Técnicas).
Instituto Português da Qualidade - http://www.ipq.pt/
Departamento de Metrologia
Missão
Assegurar o rigor e a rastreabilidade das medições no território nacional.
Visão
Assegurar os padrões de medida necessários à indústria e à sociedade
portuguesa em geral e contribuir para a construção de uma liderança
metrológica europeia no quadro da economia mundial.
http://www.ipq.pt/museu/index.htm - Museu de Metrologia
SISTEMAS DE UNIDADES
Grandeza e Unidades
Grandeza
Define-se grandeza, como sendo uma propriedade susceptível de ser medida.
É possível medir uma grandeza de modo a definir a sua dimensão.
8 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
Como exemplos de grandezas, entre tantas outras, temos a pressão, o
comprimento, a temperatura, o tempo, a massa, o volume e a velocidade.
Todas as grandezas são identificadas com um símbolo característico, e estão
associadas a uma unidade de medida como veremos mais à frente.
GRANDEZAS DE BASE
Existem as chamadas grandezas de base ou fundamentais, independentes
umas das outras, a partir das quais se podem definir todas as outras
grandezas.
GRANDEZAS DERIVADAS
São grandezas que derivam das grandezas base.
Estas grandezas são determinadas por relações entre as grandezas de base.
EXEMPLO:
A grandeza derivada designada por velocidade, é obtida pela relação entre as
grandezas de base comprimento (ou espaço) e tempo. A velocidade de um
corpo não é mais que o espaço por ele percorrido por unidade de tempo.
Exemplos de grandezas derivadas.
9 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
UNIDADES
Define-se unidade como sendo uma grandeza tomada como termo de
comparação, entre grandezas da mesma espécie. É então, uma grandeza
convencional, que numa classe de grandezas, serve de padrão de medida.
Os números que resultam dessas comparações dão as medidas dessas
grandezas.
O resultado de uma medição não é, geralmente, apenas um número. Dizer que
o comprimento de uma barra é 10 não tem qualquer significado. Mas se
completarmos a informação dizendo que o comprimento da barra é, por
exemplo, de 10 mm, 10 cm ou de 10 m, já passa a ser uma informação com
significado.
Daqui se vê a grande importância das unidades, e a necessidade de as
conhecer e saber utilizar correctamente. No caso concreto das Energias
Renováveis, torna-se impossível a um profissional do ramo, exercer o seu
trabalho diário sem dominar as unidades que dizem respeito às grandezas com
que trabalha. Um profissional que não domine as unidades, pode até, em
determinadas situações, colocar em risco a sua segurança e a dos seus
colegas de trabalho.
SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (S.I.)
As unidades são como já vimos indispensáveis nas várias áreas da actividade
humana.
A existência de um sistema de unidades único em todo o mundo, tem uma
grande importância, principalmente hoje, em que os Países estão todos
interligados, fazendo trocas comerciais entre si.
10 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
Imaginemos a situação que era, se cada País utiliza-se para as mesmas
grandezas, o seu próprio sistema de unidades. Seria despendido um esforço
desnecessário na conversão de unidades de uns sistemas para os outros, e
que daria origem a frequentes erros.
Assim, com o objectivo de que todos trabalhem com o mesmo sistema de
unidades, foi estabelecido o Sistema Internacional de Unidades (S.I.).
Sistema Internacional de Unidades é um conjunto sistematizado e
padronizado de definições para unidades de medida, utilizado em quase todo o
mundo moderno, que visa a uniformizar e facilitar as medições e as relações
internacionais daí decorrentes.
O Sistema Internacional de Unidades em Portugal
O Sistema Internacional de Unidades (SI) foi criado em 1960 pela 11ª
Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) e adoptado em Portugal pelo
Decreto-Lei n.° 427/83, de 7 de Dezembro, revisto posteriormente pelo
Decreto-Lei nº 238/94, de 19 de Setembro e pelo Decreto-Lei nº 254/2002, de
22 de Novembro, como o sistema legal de unidades de medida.
Composição do SI
Foi determinado igualmente o uso dos múltiplos e submúltiplos daquele
sistema, bem como as regras para a escrita dos símbolos. Alterações
posteriores, aprovadas pela CGPM em 1995, justificam agora esta Publicação.
O SI é composto por (20ª CGPM de 1995)
Unidades de base
Unidades derivadas
Representação das grandezas de base com as respectivas unidades
adoptadas pelo Sistema Internacional de Unidades (S.I.).
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As unidades das grandezas derivadas, são unidades que derivam das
unidades das grandezas de base, ou seja das unidades de base.
EXEMPLO:
A unidade da grandeza Força é o Newton. O Newton, cujo símbolo é N, é uma
unidade que deriva das unidades de base quilograma(kg), metro(m) e
segundo(s).
A tabela seguinte representa algumas grandezas derivadas com as respectivas
unidades adoptadas pelo Sistema Internacional de Unidades (S.I.)
Cada unidade pode dividir-se em múltiplos e submúltiplos dela própria, que são
utilizados conforme o tipo de medição que se efectua, como veremos a seguir.
Dado que o assunto deste módulo é a Metrologia aplicada à área da Mecânica,
a tabela seguinte representa alguns múltiplos e submúltiplos da unidade de
comprimento do Sistema Internacional de Unidades (S.I.), que é o Metro.
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Estes múltiplos e submúltiplos da unidade de comprimento metro, são usados
conforme as situações.
Por exemplo:
Quilómetro - Quando nos referimos a distâncias percorridas por automóveis.
Decímetro - No cálculo de volumes.
Milímetro - No desenho técnico e nas oficinas de Mecânica.
Mícron - Medições de grande precisão.
EXEMPLO:
Diâmetro de um furo de 15mm, um parafuso de 50mm de comprimento e rosca
com um passo de 1,25mm.
SISTEMA MÉTRICO
O sistema métrico, como o próprio nome indica, utiliza como unidade
fundamental de comprimento o Metro (m). Assim, quando nas medições que
efectuamos, utilizamos instrumentos de medição com escalas graduadas na
unidade metro e seus múltiplos e submúltiplos estamos a utilizar o sistema
métrico.
SISTEMA INGLÊS
O sistema Inglês é um sistema hoje em dia bastante menos utilizado que o
sistema métrico.
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Este sistema utiliza como unidade fundamental de comprimento, o pé cujo
símbolo é ft.
A libra "lb", é a unidade de massa definida como exactamente 0,45359237 kg.
Uma unidade submúltipla do pé é a polegada.
1 polegada = 1/12 ft
O símbolo da polegada é in que vem do termo inglês “inch”, mas normalmente
representam-se os valores em polegadas colocando aspas (“) por cima e para
a frente do número.
Uma Polegada = 2,54cm
Um Pé = 30,48cm
Exemplo: 3 polegadas representam-se por 3”.
A polegada relaciona-se com o metro da seguinte maneira:
1 polegada = 0,0254 m = 2,54 cm = 25,400 mm
Nota: Os dois zeros à direita do quatro, significam que o valor da polegada é
tomado com a aproximação às milésimas.
CONVERSÃO DE POLEGADAS EM MILÍMETROS
O milímetro é a unidade de medida mais utilizada em oficinas de mecânica. No
entanto, actualmente ainda se recorre à unidade inglesa, a polegada. Assim,
pode encontrar-se a designação de polegadas em medidas de diâmetros de
parafusos, pernos, roscas, perfis, etc.
Deste modo, existe muitas vezes a necessidade de converter polegadas em
milímetros ou, pelo contrário, converter os milímetros em polegadas.
14 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
Existem tabelas às quais podemos recorrer para fazer a conversão das
unidades. No entanto, devemos estar preparados para a eventualidade de não
existir nenhuma tabela quando for necessário. Por isso vamos aprender a fazer
a conversão através de cálculo:
Na prática o que se faz, sem entrarmos em teoria matemática, é o seguinte:
Se o valor que temos em polegadas for um número inteiro (por exemplo: 1”, 4” ,
20” ) ou um número fraccionário, por exemplo: 5"
32 basta multiplicar esse
número inteiro ou fraccionário por 25,400 mm.
Se o valor em polegadas for um número misto fraccionário, transforma-se esse
número em número fraccionário, e multiplica-se então por 25,400mm.
EXEMPLO:
Suponhamos que se pretende transformar 15"32
em milímetros, com a
aproximação até às milésimas.
Primeiro transforma-se o número misto fraccionário em número fraccionário:
15"
32=
32"
32+
5"
32=
37"
32
Sabendo que, 1” = 25,400 mm
tem-se, 37
32× 25,400 = 26,368 𝑚𝑚
CONVERSÃO DE MILÍMETROS EM POLEGADAS
O que se faz é o seguinte:
Primeiro escolhe-se o submúltiplo da polegada em que se pretende exprimir a
medida (será uma fracção de numerador 1 e de denominador igual a uma
potência de 2, ou seja 2, 4, 8, 16, 32, ou 64, etc.).
A seguir, divide-se o número dado em milímetros por 25,4.
15 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
E por fim multiplica-se e divide-se o resultado pelo submúltiplo escolhido.
EXEMPLO:
Suponhamos que queremos converter em polegadas o valor 8,725mm com
uma aproximação de dezasseis avos (1/16) de polegada.
Queremos que o resultado venha expresso em 1"
16 de polegada.
O denominador é então 16.
(8,72525,4
) × 16
16=
0,3435039 × 16
16≅
5"
16
Outros sistemas de unidades utilizados
CGS
Sistema CGS de unidades é um sistema de unidades de medidas físicas, ou
sistema dimensional, de tipologia LMT (comprimento, massa tempo), cujas
unidades base são:
centímetro comprimento,
grama massa,
segundo tempo
Foi adoptado em 1881 no Congresso Internacional de Electricidade.
CGS é, assim, um acrónimo maiúsculo para centímetro–grama–segundo.
MKS
Sistema MKS de unidades é um sistema de unidades de medidas físicas, ou
sistema dimensional, de tipologia LMT (comprimento, massa tempo), cujas
unidades base são:
metro comprimento,
quilograma massa,
segundo tempo.
16 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
MKS é um acrónimo maiúsculo para metro–kg (quilograma)–segundo.
É o sistema de unidades físicas essencial que originou o Sistema Internacional
de Unidades (SI), por este sendo substituído.
MKSA
Utilizado no Electromagnetismo. As grandezas de base são quatro:
comprimento, massa, tempo e intensidade de corrente eléctrica
Unidades base são:
metro comprimento,
quilograma massa,
segundo tempo,
amper intensidade de corrente eléctrica
MKSA é um acrónimo maiúsculo para metro–kg (quilograma)–segundo–amper.
Curiosidades:
Nas civilizações antigas (egípcias, gregas e romanas) o corpo humano era a
referência para o sistema de medidas vigente.
Ainda hoje são conhecidas algumas dessas medidas: côvado (egípcios); pé
(gregos e romanos); passo (romanos – cerca de 80 cm); mão-travessa
(romanos e egípcios)…
1 côvado são 7 mão-travessa
Em Portugal foram introduzidas, algumas medidas, pelos árabes e outras
civilizações mais antigas, tais como:
Polegada
Légua – 5 km
Braça
Almude – 25 litros ou 30 litros – equivalente a 2 cântaros
Alqueire – vale 12 a 15 kg
Rasa – vale 10 a 12 kg
Pipa – leva cerca de 534 litros
Arroba – 15 kg
17 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
UNIDADES ANGULARES (suplementares)
As unidades angulares são utilizadas na medição de ângulos.
As unidades angulares mais utilizadas na medição de ângulos são as
seguintes:
Grau
Grado
Radiano
Regras de Escrita e de Utilização dos Símbolos das Unidades
18 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
19 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
Algumas incorrecções frequentes
É óbvio que só deverão ser utilizados símbolos correctos. A ausência de informação
de alguns utilizadores, assim como o tradicional "acho que…" onde se confunde um
mero palpite com uma certeza bem documentada conduzem a diversas incorrecções
que urge rectificar. E isto não se limita apenas aos termos e símbolos especializados.
Também há inúmeros casos na linguagem corrente do dia-a-dia. Indicam-se alguns
exemplos no quadro seguinte, mas podiam citar-se muitos mais:
Exemplos de mau uso da simbologia e terminologia das grandezas e unidades físicas
20 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
O que são normas?
São documentos resultantes de um consenso, aprovados por um organismo de
normalização reconhecido, que estabelecem regras, guias ou características de
produtos ou serviços, assentes em resultados consolidados, científicos,
técnicos ou experimentais.
As normas visam a optimização dos benefícios para a comunidade
DIÁLOGO + CONSENSO = NORMAS
Exemplo:
NP EN ISO 9000
21 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
As normas portuguesas têm o prefixo NP, mas para além destas existem
normas portuguesas que adoptam uma norma europeia e nesse caso
designam-se por NP EN.
As NP EN ISO identificam as normas portuguesas, que resultaram da adopção
de uma norma europeia, que por sua vez resultou da adopção de uma norma
internacional.
Vocabulário Internacional de Metrologia
ISO - Organização Internacional de Normalização é uma entidade que
actualmente congrega os grémios de padronização/normalização de 170
países.
Em Inglês: International Organization for Standardization;
Francês: L'Organisation internationale de normalisation.
Fundada em 23 de Fevereiro de 1947, em Genebra, na Suíça, a ISO aprova
normas internacionais em todos os campos técnicos.
Organização responsável pela ISO em Portugal é o IPQ – Instituto Português
da Qualidades.
Em todos os domínios da ciência e da tecnologia a terminologia deve ser
cuidadosamente escolhida. Cada termo deve ter o mesmo significado para
todos os utilizadores, deve exprimir um conceito definido, sem entrar em
conflito com a linguagem comum.
22 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
Para tentar resolver este problema a nível internacional, o grupo de Metrologia
da ISO propôs às principais organizações internacionais que se ocupam da
Metrologia o VIM – Vocabulário Internacional de Metrologia.
Os termos e as definições constam do VIM e das normas ISO 9000 e ISO
10012.
ISO 9000 – sistemas de gestão da qualidade – fundamentos e vocabulário.
ISO 10012 – sistemas de gestão de medição – requisitos para a medição,
processos e equipamentos.
O Vocabulário Internacional de Metrologia ([IPQ, 1996]) é uma ferramenta
imprescindível que estabelece os termos utilizados na metrologia, bem como o
seu significado.
Este vocabulário está estruturado em seis capítulos:
1. Grandezas e Unidades
2. Medições
3. Resultados de Medição
4. Instrumentos de Medição
5. Características dos Instrumentos de Medição
6. Padrões
Além disso, disponibiliza um vocabulário trilingue (Português, Francês e
Inglês), onde todos os termos metrológicos aparecem nas três línguas.
23 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
CADEIAS HIERARQUIZADAS DE PADRÕES
Padrão
Um padrão é um instrumento ou um sistema de medição destinado a definir ou
materializar, conservar ou reproduzir, uma unidade, ou um ou vários valores
conhecidos de uma grandeza.
Padrão (padrão de medição):
“realização da definição de uma dada grandeza, com um valor determinado e
associado a uma incerteza de medição, tomado como referência.” (VIM 2008)
Como exemplos de padrões de medição podemos considerar:
Padrão de massa de 1 kg com uma incerteza padrão de medição
associada de 3 µg;
Resistência-padrão de 100 _ com uma incerteza-padrão de medição
associada de 1 μΏ.
Padrão de frequência de césio com uma incerteza-padrão relativa de
medição associada de 2 × 10-15.
Eléctrodo de referência de hidrogénio com um valor de 7,072 e com uma
incerteza-padrão de medição associada de 0,006.
Conjunto de soluções de referência de cortisona no serum humano com
um valor certificado e uma incerteza-padrão de medição para cada
solução.
Material de referência fornecendo valores da grandeza com incertezas-
padrão de medição para a concentração mássica para cada uma de dez
proteínas diferentes.
Os padrões estão organizados numa hierarquia de qualidade: Padrões
Internacionais, Padrões Primários, Padrões Secundários e Padrões de
Trabalho.
Esta hierarquia de padrões está representada na Figura 1.
24 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
Classificação dos Padrões
• Internacional
• Nacional
• Padrão primário
• Padrão secundário: calibrado pelo primário
• Padrão de referência: padrão “primário” local
• Padrão de transferência: intermediário entre padrões primários e secundários
• Padrão de trabalho
PADRÃO INTERNACIONAL
Um padrão internacional é um padrão reconhecido por um acordo
internacional para servir de base (internacional) à fixação dos valores de outros
padrões da grandeza a que respeita ([IPQ, 1996]).
“Padrão reconhecido pelos signatários de um acordo internacional e destinado
a utilização universal.” (VIM)
EXEMPLOS:
O protótipo internacional do quilograma.
Os padrões internacionais são periodicamente avaliados e testados através de
medições absolutas em termos das unidades fundamentais.
Estes padrões são mantidos no Bureau International de Poids et Mesures -
BIPM e não estão disponíveis ao utilizador normal para comparação ou
25 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
calibração. Esta organização, sitiada em Paris, tem a responsabilidade de
([Cabral, 1994]):
Estabelecer os padrões das grandezas fundamentais e as escalas das
principais grandezas físicas e conservar os padrões internacionais.
Efectuar a comparação de padrões nacionais e internacionais.
Assegurar a coordenação das técnicas de medição correspondentes.
Efectuar e coordenar as determinações relativas às constantes físicas
que intervêmnas actividades acima referidas (condições de temperatura,
humidade, etc.).
PADRÃO NACIONAL
“padrão reconhecido por uma entidade nacional para servir de referência num
Estado ou economia, na atribuição de valores a outros padrões de grandezas
da mesma natureza” (VIM)
PADRÃO PRIMÁRIO
“padrão estabelecido através de um procedimento de medição primário ou
criado como artefacto escolhido por convenção”
Um padrão primário é designado ou é largamente reconhecido como
possuindo as mais elevadas qualidades metrológicas, e cujo o valor é aceite
sem referência a outros padrões da mesma grandeza.
No caso português, a manutenção dos padrões primários, bem como a
acreditação dos Laboratórios de Calibração, são responsabilidade do Instituto
Português da Qualidade - IPQ, por intermédio respectivamente do seu
Laboratório Central de Metrologia e do seu Serviço de Acreditação.
Estes padrões não são disponibilizados para usos externos aos laboratórios
nacionais, pelo que a sua principal função é calibrar os padrões secundários.
Estes laboratórios emitem certificados de calibração para os padrões
secundários, normalmente mantidos pelos laboratórios de calibração
acreditados.
26 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
PADRÃO SECUNDÁRIO
“padrão estabelecido por intermédio de uma calibração com um padrão
primário para uma grandeza da mesma natureza”
Os padrões secundários são os padrões de referência utilizados em
laboratórios industriais e são normalmente mantidos por uma empresa em
particular.
Estes padrões são enviados periodicamente aos laboratórios nacionais para
calibração e comparação com os padrões primários.
Nos Laboratórios de Calibração acreditados pelo IPQ, tal como o Laboratório
de Metrologia do Instituto Electrotécnico Português - IEP, existem padrões
secundários.
PADRÃO DE REFERÊNCIA
“padrão concebido para a calibração de outros padrões de grandezas da
mesma natureza numa dada organização ou num dado local”
PADRÃO DE TRABALHO
“padrão que é usado correntemente para calibrar ou verificar instrumentos de
medição ou sistemas de medição”
Num laboratório de medição, é fundamental a existência de um (ou vários)
padrão de trabalho. Estes, em geral, são utilizados em testes e calibrações de
outros instrumentos de laboratórios ou instrumentos de aplicações industriais.
Um fabricante de resistências de grande exactidão, por exemplo, pode utilizar
uma resistência padrão no departamento de controlo de qualidade, para
verificar o equipamento de teste das resistências. Neste caso, o fabricante
estará a verificar se a sua planta industrial processa de acordo com os limites
de exactidão preestabelecidos.
PADRÃO ITINERANTE
“padrão, por vezes de construção especial, previsto para ser transportado entre
diferentes locais”
27 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
PADRÃO INTRÍNSECO
“padrão baseado numa propriedade inerente e reprodutível de um fenómeno ou
substância”
Os padrões devem ser mantidos em boas condições de conservação e
verificadas as suas propriedades metrológicas em intervalos de tempo
definidos.
Rastreabilidade e Calibração
Rastreabilidade:
Propriedade do resultado de uma medição ou o valor de um padrão que
consiste em poder relacionar-se a referências determinadas, geralmente
padrões nacionais ou internacionais, por intermédio de uma cadeia ininterrupta
da comparações, tendo todas incertezas determinadas.
Cadeia de rastreabilidade:
Cadeia de rastreabilidade é um conjunto ininterrupto de comparações que
asseguram que o resultado duma medição ou o valor de um padrão, se
relaciona com as referências de nível mais elevado, terminando no nível do
padrão primário.
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Calibração
Calibração - Conjunto de operações que estabelecem, em condições
especificadas, a relação entre valores de grandezas indicados por um
instrumento de medida ou sistema de medição e os correspondentes valores
realizados por um padrão.
O resultado da calibração pode ser registado num documento, chamado de
certificado de calibração ou relatório de calibração.
Comparação entre um instrumento de incerteza conhecia (Padrão/Calibrador)
com outro de incerteza desconhecida (Mensurada - grandeza que se pretende
medir).
SI
BIPM
Padrão Internacional
LNM
Padrões Nacionais
Laboratórios de Calibração Acreditados
Padrões de Referência
Laboratórios de Calibração das Empresas/Instituições (in-house)
Padrões de Trabalho e Transferência
Todas as secções das Empresas/Instituições
Equipamentos de Medição e Ensaio
Produtos
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Resumo:
Ferramenta básica para assegurar a rastreabilidade de uma medição
Envolve a determinação das características metrológicas de um
instrumento
Conseguida através de uma comparação directa com padrões
Certificado de calibração e etiqueta
GESTÃO DOS INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO
A gestão dos instrumentos de medição abrange o conjunto das acções a
desenvolver para constituir e manter o parque de instrumentos de medição
necessário à satisfação das necessidades da empresa/indústria.
Esta gestão deve ter em conta:
Primeiro:
A análise da necessidade e a escolha dos instrumentos de medição.
Depois:
A recepção, a colocação em serviço e o acompanhamento dos
instrumentos.
A calibração ou verificação dos instrumentos e as decisões que daí
decorrem.
30 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
Análise da Necessidade e Escolha dos Instrumentos de
Medição
Diversos factores devem ser considerados antes de escolher os instrumentos
de medição a adquirir:
Necessidades técnicas.
Condições comerciais.
Experiência e avaliação anteriores desses instrumentos
Necessidades Técnicas
As necessidades técnicas da empresa vão condicionar as características
técnicas dos instrumentos de medição a adquirir.
Devemos ter em conta:
a qualidade da medição dos instrumentos de medição
a exigência requerida pela empresa nas medições
a exactidão das medições.
Quando da aquisição de vários instrumentos, devemos preservar a
homogeneidade (semelhantes) do parque de instrumentos.
Repare-se que, por exemplo, se todos os instrumentos de medição adquiridos
para uma dada função forem das mesmas marca e modelo, reduzem-se os
custos, tanto de formação dos utilizadores como de manutenção desse
equipamento.
Para os instrumentos novos ou que fujam do quadro habitual da empresa, pode
ser importante prever, com o fornecedor, as condições e o conteúdo da
assistência técnica a prestar-lhes, pelo menos no início da sua utilização
(caso da formação ao pessoal sobre um dado equipamento).
É necessário prever o envio (pelo fornecedor dos instrumentos de medição) da
documentação necessária à utilização, ao ajuste e à colocação em serviço
dos instrumentos.
Qualquer instrumento de medição deverá vir acompanhado do respectivo
manual técnico, fundamental para uma utilização adequada.
31 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
Para instrumentos de medição específicos e/ou complexos, é recomendável
estabelecer um caderno de encargos técnico que defina as características
requeridas, as condições de utilização, de ambiente e de manutenção, as
exigências particulares relativas à calibração ou à verificação e as condições
de recepção.
Condições Comerciais
As condições económicas devem ser objecto de um caderno de encargos
comercial, a ser estabelecido conjuntamente pelo departamento de compras e
pelo departamento (ou responsável) metrológico da empresa, especificando
factores como a opção entre a compra e o aluguer do instrumento de medição,
preços, prazos de entrega, garantias, contrato de manutenção, e exigências de
disponibilidade (tempo de indisponibilidade admissível, tempo de reparação,
etc.).
Avaliações Anteriores do Instrumento de Medição
A escolha de um instrumento de medição pode também ter em conta
avaliações resultantes da experiência adquirida na própria empresa ou noutras
empresas, ou feitas por centros tecnológicos especializados no domínio em
causa.
Recepção e Entrada em Serviço
Após a chegada de um instrumento de medição à empresa (antes da entrada
em serviço), o departamento (ou responsável) metrológico deve assegurar-se
se este está em conformidade com as características técnicas especificadas
pelo fabricante, nomeadamente as características de exactidão.
Para isso é necessário proceder à sua calibração ou verificação, permitindo
determinar ou confirmar a classe do instrumento. Após esta operação, deve
efectuar-se uma marcação relativa a esta “primeira” calibração ou verificação,
iniciando-se assim a contagem da periodicidade de calibração.
32 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
Após efectuada a recepção e a inventariação do equipamento, e verificadas as
suas características metrológicas, procede-se à sua instalação e à sua entrada
em serviço, devendo respeitar-se nomeadamente os requisitos de instalação e
utilização definidos pelo fabricante (posição do instrumento, tensão e
frequência de alimentação, temperatura, humidade, etc.).
É ainda fundamental garantir a qualificação dos operadores destes
instrumentos, devendo tomar-se em conta, por exemplo, a língua em que estão
escritos os seus manuais técnicos destes equipamentos.
Calibração e Verificação
De tanto em tanto tempo, é necessário verificar se os instrumentos de medição
mantêm as suas características de qualidade.
Existe então a necessidade de efectuar a calibração e/ou verificação dos
instrumentos, operações indispensáveis que validam (ou não) as indicações
fornecidas pelos instrumentos de medição.
As operações de calibração e de verificação são ambas baseadas na
comparação do instrumento de medição com um instrumento padrão de modo
a determinar a sua exactidão e verificar se essa exactidão continua de acordo
com a especificação do fabricante.
A incerteza de calibração deve ser suficientemente pequena relativamente
aos limites de erro admissíveis do instrumento a calibrar. São habitualmente
fixadas, entre estes dois valores, relações compreendidas entre 1:10 e 1:4.
Por exemplo, um instrumento com uma incerteza de 2% da leitura pode ser
calibrado com um instrumento padrão de 0,2% de incerteza (relação de 1:10).
O resultado de uma calibração é considerado como sendo o conjunto dos
valores resultantes da comparação dos resultados fornecidos pelo instrumento
de medição com os valores materializados pelo padrão.
33 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
O resultado da calibração pode ser registado num documento, por vezes
chamado de certificado de calibração ou relatório de calibração, cuja
exploração permite diminuir a incerteza das medições obtidas com o
instrumento.
O resultado de uma verificação permite afirmar se o instrumento de medição
satisfaz ou não às prescrições (especificações) regulamentares previamente
fixadas (limites de erro admissíveis) que autorizam a sua entrada ou
continuação em serviço. Uma verificação poderá ser feita comparando os
resultados de uma calibração com os limites de erro admissíveis ou
directamente com um padrão que materializa as indicações limites admissíveis
do instrumento. Este último método não requer a obtenção de resultados
numéricos.
A Figura ilustra a estrutura e interligação das operações de calibração e
verificação:
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O resultado de uma verificação pode traduzir-se por:
Uma constatação da conformidade com as especificações, significando
que o instrumento pode ser colocado em serviço.
Uma constatação de não conformidade, conduzindo a uma decisão de
ajuste, reparação, reforma ou desclassificação do instrumento.
É importante notar que a calibração implica apenas resultados numéricos, ao
passo que a verificação implica um julgamento conducente a uma decisão.
Para fixar a periodicidade das calibrações, devem ter-se em conta factores
diversos, tais como a frequência e o tipo de utilização dos instrumentos, o seu
desgaste e as restrições económicas (da empresa).
No caso das verificações, a sua periodicidade é imposta pela regulamentação
de controlo metrológico.
Alguns exemplos de períodos de calibração, dos quais se apresentam os
seguintes, dependendo se se tratam de padrões de referência (categoria A) ou
padrões de trabalho e instrumentos de medição em geral (categoria B):
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Exemplo de Calibração
Introdução aos Instrumentos de Medição
A medição ou verificação de um comprimento, ou ângulo é a operação mais
frequente numa oficina.
Para efectuar este tipo de medições e verificações são utilizados os chamados
instrumentos de medição.
A sua gama é variada e, a sua utilização varia, conforme se pretende medir um
comprimento ou apenas verificar se ele está compreendido entre determinados
limites e, também conforme o grau de precisão desejado.
TIPOS DE INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO
Os instrumentos de medição são normalmente classificados da seguinte
maneira:
Instrumentos de medição directa
Pertencem a este grupo, os instrumentos nos quais a medida pretendida, é
obtida por leitura directa numa escala graduada do instrumento.
36 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
Exemplos destes instrumentos, são as réguas graduadas, o paquímetro e o
micrómetro.
Instrumentos de medição por comparação indirecta
Estes instrumentos são utilizados, para se comparar a medida de um
comprimento com a de um padrão de dimensão conhecida e próxima
daquela que se quer medir. O que é feito na realidade, é medir a diferença
entre o comprimento conhecido do padrão e o comprimento desconhecido
da peça, verificando se essa diferença é por excesso ou por defeito.
Um exemplo deste tipo de instrumento, o mais utilizado neste tipo de
medição, é o comparador.
Instrumentos de comparação directa
Estes instrumentos têm uma dimensão fixa, sendo utilizados para verificar
uma determinada medida da peça.
Como exemplo destes instrumentos, tem-se os calibres de tolerância.
Instrumentos de medição mecânicos
RÉGUAS GRADUADAS
As réguas graduadas são os instrumentos de medição mais simples, e são
utilizados na medição de comprimentos. Nas réguas graduadas, estão as réguas graduadas propriamente ditas, o metro
articulado e as fitas métricas, como mostra a figura
Vários tipos de réguas graduadas
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COMPARADOR
Os comparadores são instrumentos de grande precisão utilizados nas
chamadas medições indirectas.
Os comparadores são muitas vezes designados por comparadores de relógio,
devido ao seu aspecto parecido com um relógio.
São instrumentos de grande precisão destinados a verificar irregularidades de
superfícies planas, variação de curvatura, paralelismo de superfícies,
determinação de posições relativas entre peças ou superfícies, verificação de
vergamento de veios, concentricidade, etc.
PAQUÍMETRO
O paquímetro é um instrumento para medir com boa resolução, muito utilizado
devido às suas múltiplas utilizações.
Permite medir espessuras, diâmetros, espaços entre peças e profundidades.
O paquímetro é igualmente denominado craveira e, em alguma gíria oficinal
péclisse (termo proveniente da designação francesa do paquímetro, pied-à-
coulisse).
NOTA: Fique claro que a denominação péclisse é incorrecta, pelo que deve ser
evitada.
Geralmente a resolução do paquímetro é de 0,1 mm, 0,05 mm ou de 0,02 mm.
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Os paquímetros mais vulgares têm capacidades de medição que vão de zero
(0) até 130 a 200 mm.
MICRÓMETRO
O micrómetro é um instrumento de precisão que é utilizado para medir
espessuras, diâmetros e distâncias entre duas superfícies paralelas.
SUTA UNIVERSAL
A suta universal é um instrumento de medição para medir ângulos. É um
goniómetro especial, que consiste numa escala circular graduada em graus
com um nónio e, duas réguas: uma fixa e outra móvel.
A medição de ângulos com este instrumento, é efectuada através do encosto
das réguas às superfícies cujo ângulo se pretende
medir.
A suta universal permite a leitura de ângulos
compreendidos entre 0º e 360º.
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Medição eléctrica – Instrumentos básicos
Amperímetros
Servem para medir a corrente eléctrica em Ampere (A)
Voltímetros
Medição de diferença de potencial eléctrico (Volts-V)
Wattímetro – mede a potência activa (W)
Cosfímetro - mede o coseno fi (factor potência)
P = U x I x cos fi
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Ohmímetro - mede a resistência eléctrica (Ohm)
Multímetros Mede a Voltagem, Corrente eléctrica e a Resistência eléctrica no mesmo
instrumento
Medição hidrostática e hidrodinâmica – Instrumentos básicos
Manómetro
Mede pressões em recipientes fechados como gases e líquidos
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Barómetro de mercúrio
Mede a pressão atmosférica.
Medição de temperatura – Instrumentos básicos
Termómetros
42 Prof. Ana Sampaio 2015/2016
Regras Básicas de Utilização de Instrumentos:
1. Ler sempre o manual de instruções antes de utilizar o instrumento pela 1ª
vez.
2. Escolher o instrumento adequado ao grau de exactidão e precisão que se
pretende.
3. Inspeccionar visualmente o instrumento para verificar se todas as suas
funcionalidades estão operacionais.
4. Verificar, se for esse o caso, a bateria do instrumento ou se este se
encontra ligado à rede eléctrica, antes da sua utilização.
5. Antes de ligar o instrumento ao circuito em medição escolher e seleccionar
a escala apropriada tendo em conta o valor expectável. Em caso de dúvida
seleccionar a escala mais elevada e, durante a medição passar se
necessário para escalas inferiores.
6. Verificar a impedância de entrada do instrumento e proceder ao ajuste de
impedâncias adequado tendo em conta o circuito em medição.
7. Verificar se a gama de frequências do instrumento é adequada para a
medição que se pretende.