Procedimentos de calibração de instrumentos
Calibração refere-se ao ajuste de um instrumento para que sua saída corresponda com precisão à sua entrada em um intervalo especificado.
A única maneira de sabermos que a saída de um instrumento corresponde exatamente à sua entrada em uma faixa contínua é sujeitar esse instrumento a valores de entrada conhecidos enquanto medimos os valores correspondentes do sinal de saída. Isso significa que devemos usar padrões confiáveis para estabelecer condições de entrada conhecidas e medir sinais de saída.
Os exemplos a seguir mostram os padrões de entrada e saída usados na calibração de transmissores de pressão e temperatura:
Uma exceção digna a ser observada é o caso de instrumentos digitais , esse como é de nosso conhecimento emitem sinais digitais em vez de analógicos. Nesse caso, não há necessidade de comparar o sinal de saída digital com um padrão, pois os números digitais não são passíveis de desvio de calibração.(A qui estamos relacionando ao sinal que é lindo por exemplo pelo sinal de comunicação harte ou fieldbus)
No entanto, a calibração de um instrumento digital ainda requer comparação com um padrão confiável para validar uma quantidade analógica.
Por exemplo, um transmissor de pressão digital ainda deve ter seus valores de calibração de entrada validados por um padrão de pressão, mesmo que o sinal de saída digital do transmissor não possa desviar ou ser mal interpretado.
O objetivo desta seção é descrever procedimentos para calibrar eficientemente diferentes tipos de instrumentos.
Calibração Termopares Junta fria a zero graus
Instrumentos lineares
O procedimento mais simples de calibração para um instrumento analógico linear é o chamado método de zero e span. O método é o seguinte:
- Aplique o estímulo de valor de faixa inferior ao instrumento, aguarde que ele se estabilize;
- Mova o ajuste “zero” até que o instrumento seja registrado com precisão neste momento;
- Aplique o estímulo de valor de faixa superior ao instrumento, aguarde que ele se estabilize;
- Mova o ajuste do “span” até que o instrumento seja registrado com precisão neste momento;
- Repita as etapas de 1 a 5 conforme necessário para obter boa precisão nas duas extremidades do intervalo;
Uma melhoria em relação a esse procedimento bruto é verificar a resposta do instrumento em vários pontos entre os valores de faixa inferior e superior. Um exemplo comum disso é a chamada calibração de cinco pontos, na qual o instrumento é verificado em 0% (LRV), 25%, 50%, 75% e 100% (URV) da faixa.
Uma variação desse tema é verificar nos cinco pontos de 10%, 25%, 50%, 75% e 90%, enquanto ainda faz ajustes de zero e span em 0% e 100%. Independentemente dos pontos percentuais específicos escolhidos para verificação, o objetivo é garantir que alcancemos (pelo menos) a precisão mínima necessária em todos os pontos da escala, para que a resposta do instrumento seja confiável quando colocada em serviço.
Outra melhoria em relação ao teste básico de cinco pontos é verificar a resposta do instrumento em cinco pontos de calibração, diminuindo e aumentando. Esses testes são geralmente chamados de calibrações Up-down . O objetivo desse teste é determinar se o instrumento apresenta alguma histerese significativa: falta de capacidade de resposta a uma mudança de direção.
Alguns instrumentos analógicos fornecem um meio para ajustar a linearidade. Este ajuste deve ser movido apenas se for absolutamente necessário! Muitas vezes, esses ajustes de linearidade são muito sensíveis e propensos a superajuste por dedos zelosos.
O ajuste da linearidade de um instrumento deve ser alterado apenas se a precisão necessária não puder ser alcançada em toda a faixa do instrumento. Caso contrário, é aconselhável ajustar os controles de zero e amplitude para “dividir” o erro entre os pontos mais alto e mais baixo da escala e deixar a linearidade em paz.
O procedimento para calibrar um transmissor digital “inteligente” – (também conhecido como corte) – é um pouco diferente. Diferentemente dos ajustes de zero e amplitude de um instrumento analógico, as funções de corte “baixo” e “alto” de um instrumento digital são normalmente não interativas.
Isso significa que você só deve aplicar os estímulos de nível alto e baixo uma vez durante um procedimento de calibração. Aparar o sensor de um instrumento “inteligente” consiste em quatro etapas gerais:
- Aplique o estímulo de valor de faixa inferior ao instrumento, aguarde que ele se estabilize;
- Execute a função de compensação do sensor “baixo”;
- Aplique o estímulo de valor de faixa superior ao instrumento, aguarde que ele se estabilize;
- Execute a função de ajuste do sensor “alto”;
Da mesma forma, o corte da saída (conversor digital-analógico ou DAC) de um instrumento “inteligente” consiste nessas seis etapas gerais:
- Execute a função de teste de compensação de saída “baixa”;
- Meça o sinal de saída com um miliamperímetro de precisão, observando o valor após a estabilização;
- Digite este valor atual medido quando solicitado pelo instrumento;
- Execute a função de teste de compensação de saída “alta”;
- Meça o sinal de saída com um miliamperímetro de precisão, observando o valor após a estabilização;
- Digite este valor atual medido quando solicitado pelo instrumento;
Após a entrada e a saída (ADC e DAC) de um transmissor inteligente terem sido ajustadas (ou seja, calibradas de acordo com as referências padrão conhecidas por serem precisas), os valores de faixa inferior e superior podem ser definidos.
De fato, uma vez concluídos os procedimentos de ajuste, o transmissor pode ser tocado e tocado novamente quantas vezes desejar. A única razão para recortar um transmissor inteligente é garantir a precisão por longos períodos de tempo em que o sensor e / ou o circuito do conversor possam ter ultrapassado os limites aceitáveis.
Isso contrasta fortemente com a tecnologia do transmissor analógico, onde a redimensionagem exige recalibração sempre.
Instrumentos não lineares
A calibração de instrumentos inerentemente não lineares é muito mais desafiadora do que para instrumentos lineares. Já não são suficientes dois ajustes (zero e span), porque são necessários mais de dois pontos para definir uma curva.
Exemplos de instrumentos não lineares incluem medidores elétricos de escala expandida, caracterizadores de raiz quadrada e válvulas de controle caracterizadas por posição.
Todos os instrumentos não lineares terão seu próprio procedimento de calibração recomendado, portanto, eu irei adiar a literatura do fabricante para o seu instrumento específico. No entanto, darei um conselho: ao calibrar um instrumento não linear, documente todos os ajustes que você fizer (por exemplo, quantas voltas em cada parafuso de calibração), caso encontre a necessidade de “redefinir” o instrumento novamente para sua condição original.
Mais de uma vez, lutei para calibrar um instrumento não-linear apenas para me distanciar mais da boa calibração do que onde comecei originalmente. Em tempos como esses, é bom saber que você sempre pode reverter seus passos e começar de novo!
Instrumentos discretos
A palavra “discreto” significa individual ou distinto. Na engenharia, uma variável ou medida “discreta” refere-se a uma condição verdadeira ou falsa. Assim, um sensor discreto é aquele capaz de indicar apenas se a variável medida está acima ou abaixo de um ponto de ajuste especificado.
Exemplos de instrumentos discretos são as chaves de processo projetadas para ligar e desligar em determinados valores. Um pressostato, por exemplo, usado para ligar um compressor de ar se a pressão do ar cair abaixo de 85 PSI, é um exemplo de um instrumento discreto.
Instrumentos discretos requerem calibração periódica, assim como instrumentos contínuos. A maioria dos instrumentos discretos possui apenas um ajuste de calibração: o ponto de ajuste ou o ponto de disparo. Algumas opções de processo têm dois ajustes: o ponto de ajuste e o ajuste da banda morta.
O objetivo de um ajuste de banda morta é fornecer um intervalo de buffer ajustável que deve ser percorrido antes que o comutador mude de estado. Para usar nosso pressostato de baixa pressão de ar de 85 PSI como exemplo, o ponto de ajuste seria 85 PSI, mas se a faixa morta fosse de 5 PSI, isso significaria que o comutador não mudaria de estado até que a pressão subisse acima de 90 PSI (85 PSI + 5 PSI).
Ao calibrar um instrumento discreto, verifique a precisão do ponto de ajuste na direção correta da mudança de estímulo. No nosso exemplo de comutador de pressão de ar, isso significaria verificar se o comutador muda de estado a 85 PSI caindo, e não 85 PSI aumentando.
Se não fosse a existência de banda morta, não importaria de que maneira a pressão aplicada mudasse durante o teste de calibração. No entanto, a banda morta estará sempre presente em um instrumento discreto, seja ela ajustável ou não.
Por exemplo, um pressostato com uma faixa morta de 5 PSI configurada para disparar a uma queda de 85 PSI seria redefinido para um aumento de 90 PSI. Por outro lado, um pressostato (com a mesma faixa morta de 5 PSI) configurado para disparar a 85 PSI subindo seria redefinido em 80 PSI caindo.
Nos dois casos, o interruptor “dispara” a 85 PSI, mas a direção da mudança de pressão especificada para esse ponto de disparo define qual lado de 85 PSI a pressão redefinida será encontrada.
Um procedimento para calibrar eficientemente um instrumento discreto sem muitas tentativas de tentativa e erro é definir o estímulo no valor desejado (por exemplo, 85 PSI para nosso pressostato hipotético de baixa pressão) e depois mover o ajuste do ponto de ajuste na direção oposta como a direção pretendida do estímulo (neste caso, aumentando o valor do ponto de ajuste até que a chave mude de estado).
A base para esta técnica é a percepção de que a maioria dos mecanismos de comparação não pode dizer a diferença entre uma variável de processo crescente e um ponto de ajuste decrescente (ou vice-versa).
Assim, uma pressão de queda pode ser simulada por um ajuste de ponto de ajuste crescente. Você ainda deve executar um teste de estímulo de mudança real para garantir que o instrumento responda adequadamente em circunstâncias realistas, mas esse “truque” ajudará você a obter uma boa calibração em menos tempo.
Procedimento de calibração de sensores de pressão diferencial
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Automatizando a calibração de sensores de temperatura e Indústria 4.0
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