Bons Procedimento para calibração de instrumentos se refere ao ajuste de um instrumento de forma que sua saída corresponda com precisão ao valor lido em sua entrada (sensor em contato com a variável de processo ou sinal aplicado ao instrumento), em um intervalo (Span) configurado no instrumento
A melhor forma de avaliar se o valor de saída do instrumento está preciso e coerente em uma faixa continua de seu range, com o sinal que está sendo lindo em sua entrada é submeter o instrumento a valores de entradas conhecidas e verificando se os valores de sinal de saída estão correspondentes aos valores aplicados na entrada. Isso significa que devemos usar padrões confiáveis para estabelecer condições de entrada conhecidas e medir sinais de saída.
Vejamos alguns exemplos, nestes poderemos ver os padrões de entrada e saída que são utilizados na calibração dos instrumentos sendo um de pressão e outro de temperatura.
É importante ressaltar que os instrumentos digitais, seu sinal de saída é digital (padrão de transmissão digital ex: Profibus, Fieldbus, etc), neste caso a saída não emite sinais analógicos (4-20) sendo esses ainda mais comuns. Os instrumentos digitais, não há necessidade de comparar o sinal saída digital com um padrão, esses sinais não estão sujeitos a desvios de calibração.
No entanto, a calibração de um instrumento digital ainda requer comparação com um padrão confiável para validar os valores do padrão.
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 os procedimentos para calibrar com eficiência diferentes tipos de instrumentos.
Instrumentos Lineares
O procedimento de calibração mais simples para um instrumento linear analógico é o chamado método zero-and-span. O método é o seguinte:
- Aplique o estímulo de valor de faixa inferior ao instrumento, espere que ele se estabiliza.
- Mova o ajuste “zero” até que o instrumento registre com precisão neste ponto.
- Aplique o estímulo de valor da faixa superior ao instrumento, espere que ele se estabiliza
- Mova o ajuste de “amplitude” até que o instrumento registre com precisão neste ponto
- Repita as etapas 1 a 4 conforme necessário para alcançar uma boa precisão em ambas as extremidades do intervalo
Uma melhoria sobre este procedimento bruto é verificar a resposta do instrumento em vários pontos entre os valores da faixa inferior e superior. Um exemplo comum disso é a chamada calibração de cinco pontos, onde o instrumento é verificado em 0% (LRV), 25%, 50%, 75% e 100% (URV) da faixa.
Uma variação deste tema é verificar os cinco pontos de 10%, 25%, 50%, 75% e 90%, enquanto ainda faz ajustes de zero e amplitude em 0% e 100%. Independentemente dos pontos percentuais específicos escolhidos para verificação, o objetivo é garantir que alcançamos (pelo menos) a precisão mínima necessária em todos os pontos ao longo da escala, para que a resposta do instrumento seja confiável quando colocado em serviço.
Ainda outra melhoria sobre o teste básico de cinco pontos é verificar a resposta do instrumento em cinco pontos de calibração, diminuindo assim como aumentando. Esses testes são frequentemente chamados de calibrações Valores crescentes e decrescente (Up-Down). O objetivo de tal teste é determinar se o instrumento tem algum erro, desvio ou histerese significativa.
Alguns instrumentos analógicos fornecem um meio de ajustar a linearidade. Este ajuste deve ser movido apenas se for absolutamente necessário! Frequentemente, esses ajustes de linearidade são muito sensíveis e sujeitos a ajustes excessivos por dedos zelosos.
O ajuste de linearidade de um instrumento deve ser alterado apenas se a precisão necessária não puder ser alcançada em toda 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 sozinha.
O procedimento para calibrar um transmissor digital “inteligente” – também conhecido como trimming – é um pouco diferente. Ao contrário dos ajustes de zero e amplitude de um instrumento analógico, as funções de ajuste “baixo” e “alto” de um instrumento digital são normalmente não interativas.
Isso significa que você deve aplicar os estímulos de nível baixo e alto apenas uma vez durante o procedimento de calibração.
O ajuste de instrumentos “inteligentes” consiste em basicamente 4(quatro) etapas gerais:
- Aplique o estímulo de valor de faixa inferior ao instrumento, espere que ele se estabilize
- Execute a função de ajuste do sensor “baixo”
- Aplique o estímulo de valor da faixa superior ao instrumento, espere que ele se estabilize
- Execute a função de ajuste de sensor “alto”
Da mesma forma, o ajuste da saída (conversor digital para analógico ou DAC) de um instrumento “inteligente” consiste nestas seis etapas gerais:
- Execute a função de teste de ajuste de saída “baixa”
- Meça o sinal de saída com um miliamperímetro de precisão, observando o valor depois que ele se estabilizar
- Insira este valor atual medido quando solicitado pelo instrumento
- Execute a função de teste de ajuste de saída “alta”
- Meça o sinal de saída com um miliamperímetro de precisão, observando o valor depois que ele se estabilizar
- Insira este valor atual medido quando solicitado pelo instrumento
Depois que a entrada e a saída (ADC e DAC) de um transmissor inteligente foram ajustadas (ou seja, calibradas contra referências padrão conhecidas por serem precisas), os valores de faixa inferior e superior podem ser definidos.
Na verdade, uma vez que os procedimentos de ajuste sejam concluídos, o transmissor pode ser ajustado e ajustado novamente quantas vezes desejar. A única razão para refazer o ajuste de um transmissor inteligente é garantir a precisão por longos períodos de tempo em que o sensor e / ou o circuito do conversor podem ter saído dos limites aceitáveis.
Isso contrasta fortemente com a tecnologia de transmissor analógico, onde a reorganização exige re-calibração todas as vezes.
Instrumentos não lineares
A calibração de instrumentos inerentemente não lineares é muito mais desafiadora do que para instrumentos lineares. Os ajustes de (zero e span) não são suficientes, porque mais de dois pontos são necessários para definir uma curva.
Exemplos de instrumentos não lineares incluem medidores elétricos em escala expandida, caracterizadores de raiz quadrada e válvulas de controle caracterizadas por posição.
Cada instrumento não linear terá seu próprio procedimento de calibração recomendado, O Neste caso para efetuar uma calibração adequada o recomendado é você verificar as recomendações no manual do fabricante específico do fabricante. Vou, no entanto, oferecer um conselho: ao calibrar um instrumento não linear, documente todos os ajustes que você fizer (por exemplo, quantas voltas em cada parafuso de calibração) apenas no caso de você achar a necessidade de “reconfigurar” o instrumento de volta para sua condição original.
Muitas das vezes que tentei calibrar instrumento não linear a partir de um ponto desconhecido do padrão definido de fábrica, cada vez descalibrava mais o instrumento ficando longe de uma boa calibração. Neste caso o mais recomendado é retorna com as características de fábrica do instrumento, a partir desse ponto reiniciar todo o processo de calibração. Em momentos como este, é bom saber que você sempre pode inverter seus passos e começar de novo!
Instrumentos Discretos
A palavra “discreto” significa individual ou distinto. Em engenharia, uma variável ou medida “discreta” refere-se a uma condição verdadeira ou falsa. Assim, um sensor discreto é aquele que só é capaz de indicar se a variável medida está acima ou abaixo de um setpoint especificado ou de um ponto especifico como exemplo uma chave de nível.
Exemplos de instrumentos discretos são chaves de processo projetados para ligar e desligar em determinados valores. Uma pressostato, por exemplo, usado para ligar um compressor de ar se a pressão do ar quando a pressão cair abaixo de 100 PSI, é um exemplo de um instrumento discreto.
Os instrumentos discretos requerem calibração periódica, assim como os instrumentos contínuos.
A maioria dos instrumentos discretos tem apenas um ajuste de calibração: o ponto de ajuste ou ponto de desligamento. Algumas chaves possuem dois pontos para ajustes sendo: o ponto de ajuste e também um ajuste de zona morta.
O objetivo de um ajuste de zona morta é fornecer uma faixa de retardos no acionamento da chave funcionando como um delay no acionamento. Para usar nosso interruptor de baixa pressão de ar de 100 PSI como exemplo, o ponto de ajuste seria 100 PSI, mas se a banda morta fosse 10 PSI, isso significaria que o interruptor não mudaria de estado até que a pressão subisse acima de 110 PSI, porém esse ajuste de banda morta serve tento para como para baixo neste caso o acionamento dessa chave pode ocorrer entre (90 e 110 PSI).
Ao calibrar um instrumento discreto, você deve ter certeza de verificar a precisão do ponto de ajuste na direção correta da mudança de estímulo. Para nosso exemplo de chave de pressão de ar, isso significaria verificar se a chave muda de estado em 100 PSI descendo, não 100 PSI subindo.
Se não fosse pela existência de banda morta, não importaria de que forma a pressão aplicada mudou durante o teste de calibração. No entanto, a zona morta sempre estará presente em um instrumento discreto, seja essa zona morta ajustável ou não.
Por exemplo, um interruptor de pressão com uma banda morta de 10 PSI configurada para desarmar em queda de 100 PSI seria reconfigurado em aumento de 110 PSI. Por outro lado, uma chave de pressão (com a mesma banda morta de 10 PSI) ajustado para desarmar em 100 PSI subindo seria reconfigurado em 100 PSI caindo.
Em ambos os casos, a chave “desarma” em 100 PSI, mas a direção da mudança de pressão especificada para aquele ponto de desarme define em qual lado de 100 PSI a pressão reconfigurada será encontrada.
Um procedimento para calibrar com eficiência um instrumento discreto sem muitas tentativas de tentativa e erro é definir o estímulo no valor desejado (por exemplo, 100 PSI para nosso interruptor hipotético de baixa pressão) e, em seguida, 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 o switch mude de estado).
A base para esta técnica é a compreensão 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 queda de pressão pode ser simulada por um ajuste de ponto de ajuste crescente. Você ainda deve realizar um teste real de mudança de estímulo para garantir que o instrumento responda adequadamente em circunstâncias realistas, mas este “truque” o ajudará a obter uma boa calibração em menos tempo.
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