Calibração de paquimetro

Calibração de paquimetro

SUMÁRIO

1 – INTRODUÇÃO 2

2 – OBJETIVO 3

3 – DESCRIÇÃO DO OBJETO A CALIBRAR 4

4 – DESCRIÇÃO DO PADRÃO DE CALIBRAÇÃO 5

5 – MÉTODO DE CALIBRAÇÃO 7

5.1 – Escolha dos pontos de medição 7

5.2 – Realização das medições 7

5.3 – Condições ambientais 9

6 – PREPARAÇÃO PARA CALIBRAÇÃO 10

6.1 – Preparação do local 10

6.2 – Condições de aceitação do instrumento 10

6.3 – Preparação dos instrumentos 11

6.4 – Montagem dos blocos 11

7 – PROCEDIMENTO DE CALIBRAÇÃO 12

8 – RESULTADOS 13

9 – PROCESSAMENTO DOS RESULTADOS 14

9.1 – Equações aplicadas 14

9.2 – Resultados do processamento 15

9.3 – Curva de erros 16

10 – CONCLUSÕES 17

11 – BIBLIOGRAFIA 18

1 – INTRODUÇÃO

Nenhum instrumento funciona de modo perfeito ou pelo menos de forma aceitável durante longos períodos. Com o uso ocorrem desgastes ou degenerações de componentes de modo que o comportamento e o desempenho deste equipamento ficam comprometidos.

Assim existe a necessidade de calibrações periódicas, ou a intervalos regulares, para que os instrumentos, padrões e outras referências não percam certas qualidades, como:

  • garantia de rastreabilidade;

  • confiabilidade nos resultados medidos;

  • correção dos resultados.

2 – OBJETIVO

O objetivo do trabalho é a calibração de um paquímetro universal, porém será abordada somente a calibração do medidor externo do mesmo, utilizando determinadas montagens de blocos padrão. Busca-se com isso efetuar o controle em certo número de posições da capacidade de medição, obtendo algumas características metrológicas do instrumento de medição, tais como: erros, incertezas e curva de erros.

Os resultados obtidos devem ser verificados com as tolerâncias admissíveis apresentadas em norma regulamentadora.

3 – DESCRIÇÃO DO OBJETO A CALIBRAR

O paquímetro universal é um dos instrumentos mais utilizados na metrologia dimensional; é constituído basicamente de uma régua (escala graduada), um cursor móvel com nônio que se desloca sobre a régua, medidor externo (bicos), medidor interno (orelhas) e haste para medição de profundidade.

O paquímetro estudado neste trabalho trata-se de um paquímetro universal pertencente ao Laboratório de Metrologia da FURG, com as seguintes especificações:

- Marca: Mitutoyo – Made in Japan

- Número de registro: FURG – DMC – LM 002

- Faixa de medição: 0 – 150 mm

- Número de divisões da escala auxiliar: 20 divisões

- Resolução: 0,05 mm

Além destes dados, são conhecidos também, a partir do catálogo do fabricante:

- Modelo: Série 530

- Código do fabricante: 530 – 104

- Exatidão: ± 0,05 mm

O dado de ‘Exatidão’ apresentado pelo fabricante, equivale ao que o Vocabulário Internacional de Metrologia (VIM) nomeia como ‘Limites de Erro’.

Figura 1 – Paquímetro universal.

4 – DESCRIÇÃO DO PADRÃO DE CALIBRAÇÃO

O padrão utilizado na calibração do paquímetro universal, trata-se do conjunto de blocos padrão de comprimento do Laboratório de Metrologia do Departamento de Materiais e Construção da FURG, o qual possui os seguintes dados:

- Marca: Carl Zeiss / ausJENA – Made in Germany – DDR

- Código: 50189

- Modelo: S1 TGL 12015/0

- Número de peças: 47 peças (mais 4 peças de metal duro)

- Classe de exatidão: Classe 0

Abaixo (Figura 2), uma foto do conjunto de blocos e a descrição completa da composição deste conjunto de blocos padrão (Tabela 1):

Figura 2 – Conjunto de blocos padrão.

Tabela 1- Descrição da composição do conjunto de blocos padrão.

Dimensão do Bloco (mm)

Número de Blocos

Passo do Conjunto (mm)

0,5

1

-

1,001 a 1,009

9

0,001

1,01 a 1,09

9

0,01

1,1 a 1,9

9

0,1

1 a 9

9

1

10 a 90

9

10

100

1

-

2

4

-

Os blocos possuem seção retangular e segundo a norma ABNT NBRNM 215 uma variação máxima permitida no seu comprimento por ano de (0,02 + 0,25.10-6 Ln)(μm), onde “Ln” corresponde ao seu comprimento nominal.

São conhecidos também os erros de comprimento em qualquer ponto dos blocos padrão de Classe 0, mostrados na Tabela 2:

Tabela 2 – Tolerâncias para os erros E no comprimento em qualquer ponto e variação v de comprimento de blocos padrão retangulares (unidades em m).

Comprimento nominal (mm)

Classe 0

E

v

de 0,5 a 10

0,12

0,10

acima de 10 a 25

0,14

0,10

acima de 25 a 50

0,20

0,10

acima de 50 a 75

0,25

0,12

acima de 75 a 100

0,30

0,12

acima de 100 a 150

0,40

0,14

5 – MÉTODO DE CALIBRAÇÃO

Adotando normas da ABNT (paquímetro, blocos), apostilas de paquímetro, calibração e de blocos padrão, estabeleceu-se um método de calibração que consiste na montagem de blocos padrão realizando um processo no qual foi adotado 11 valores “igualmente” espaçados (incrementados de aproximadamente 10% da amplitude da faixa nominal), porém que possa efetuar o controle de um certo número de posições da capacidade de medição do paquímetro, de tal modo que a cada medição individual possam coincidir diferentes traços do nônio.

Com a finalidade de obter-se uma maior dispersão dos resultados, as medições foram realizadas por dois operadores diferentes (OP 1 e OP 2).

5.1 – Escolha dos pontos de medição

Para tanto foram selecionados 11 pontos de medição com os valores de montagem mostrados na Tabela 3, os quais foram escolhidos de forma que, por recomendação prática, não superassem o número de cinco blocos por montagem.

Tabela 3 – Blocos padrão utilizados em cada montagem.

Pontos de medição escolhidos (mm)

Blocos utilizados em cada montagem (mm)

0,00

0,00

15,10

2+1,1+10+2

26,25

2+1,05+1,2+20+2

45,30

2+1,3+40+2

56,45

2+1,05+1,4+50+2

75,60

2+1,6+70+2

86,75

2+1,05+1,7+80+2

105,80

2+1,8+100+2

115,90

2+1,9+10+100+2

135,90

2+1,9+30+100+2

150,00

2+6+40+100+2

5.2 – Realização das medições

Com a temperatura estabilizada (ver item 6.3), do instrumento e dos padrões, realizar três medições em diferentes posições do medidor externo do paquímetro (conforme Figura 3, 4, 5) em cada bloco ou combinação de blocos com a mesma intensidade de força aplicada no cursor.

Figura 3 – Posição “A” do medidor externo em relação à régua do paquímetro.

Figura 4 – Posição “B” do medidor externo em relação à régua do paquímetro.

Figura 5 – Posição “C” do medidor externo em relação à régua do paquímetro.

5.3 – Condições ambientais

Nos trabalhos de calibração, as condições ambientais são muito importantes, pois exercem influência sobre os instrumentos; por isso são apresentadas abaixo as condições do ambiente onde foi realizada a calibração:

  • Temperatura: 23°C

  • Umidade relativa: 54%

Neste trabalho, porém, estes dados não serão considerados por não se dispor de um equipamento de medição certificado.

6 – PREPARAÇÃO PARA CALIBRAÇÃO

6.1 – Preparação do local

É necessário providenciar um local adequado para a realização de um trabalho de calibração. Tal ambiente deve dispor de uma bancada ampla e limpa, onde se possam acomodar todos os instrumentos e objetos necessários, tais como:

- produtos para limpeza dos instrumentos (benzina, algodão, pedaço de tecido);

- acessórios (suporte para montagem dos blocos);

- planilha de dados e caneta (folha de papel adequada para fazer os registros);

- padrões (blocos padrão);

- instrumentos (paquímetro).

6.2 – Condições de aceitação do instrumento

Antes de realizar a calibração, deve-se proceder um exame visual no instrumento para detectar defeitos ou problemas que impeçam a calibração. Estes defeitos ou problemas podem ser divididos em dois grupos:

  • Defeitos irreparáveis:

- Nônio e escala ilegíveis;

- Nônio danificado, empenado;

- Régua principal empenada ou fletida;

- Medidores danificados.

  • Defeitos reparáveis:

- Deslizamento do cursor irregular;

- Falta de pecas;

- Batente (fim de curso) quebrado;

- Oxidação.

Os defeitos reparáveis deverão ser sanados antes da calibração, buscando o serviço de assistência técnica autorizada.

6.3 – Preparação dos instrumentos

Verificadas as condições do item 6.2, o instrumento e os padrões devem ser limpos com algodão embebido em benzina (ou em algum outro tipo de solvente), retirando-se toda a impureza e umidade com um pedaço tecido, papel ou algo similar, que não solte fiapos. Depois disto, colocados sobre a bancada de medição no mínimo 60 min antes da calibração, para estabilização de temperatura dos mesmos.

6.4 – Montagem dos blocos

Os blocos são colocados de forma cruzada, um sobre o outro, de forma que as superfícies fiquem em contato. Em seguida devem ser girados lentamente exercendo-se uma pressão moderada até que suas faces fiquem alinhadas e haja perfeita aderência, de modo a expulsar a lâmina de ar que as separam. A aderência assim obtida, parece ser conseqüência do fenômeno físico conhecido como atração, e que produz a aderência de dois corpos metálicos que tenham superfícies de contato finamente polidas. Lembrando que é recomendável utilizar duas peças de metal duro nas extremidades da montagem para não danificar os blocos.

7 – PROCEDIMENTO DE CALIBRAÇÃO

Tendo em vista o conteúdo apresentado nos itens anteriores, segue abaixo a seqüência de instruções que descrevem o procedimento de execução da calibração:

a) separar o material necessário para execução da calibração, conforme item 6.1;

b) examinar o instrumento a calibrar, conforme item 6.2;

c) proceder à preparação dos instrumentos, conforme item 6.3;

d) realizar a montagem dos blocos de acordo com o ponto que será medido, conforme item 6.4;

e) realizar as medições da montagem, conforme item 5.2;

f) anotar os valores lidos na planilha de dados;

* repetir os passos d), e) e f) para cada ponto de medição.

g) realizar o processamento dos dados aplicando, aos registros, as equações apresentadas no item 9.1;

h) verificar se os resultados do processamento encontram-se em conformidade com a norma regulamentadora.

8 – RESULTADOS

Tabela 4 – Registro dos valores lidos.

Número do Ponto

Ponto de Medição (xp) (mm)

Leituras (yi) (mm)

Média () (mm)

Desvio Padrão (s) (mm)

Posições em relação à régua do paquímetro

A

B

C

OP 1

OP 2

OP 1

OP 2

OP 1

OP 2

1

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,000

2

15,10

15,10

15,10

15,15

15,10

15,10

15,10

15,11

0,020

3

26,25

26,30

26,30

26,35

26,35

26,35

26,30

26,33

0,027

4

45,30

45,30

45,35

45,35

45,35

45,35

45,35

45,34

0,020

5

56,45

56,50

56,55

56,50

56,55

56,55

56,50

56,53

0,027

6

75,60

75,65

75,70

75,65

75,65

75,65

75,65

75,66

0,020

7

86,75

86,80

86,80

86,85

86,85

86,90

86,80

86,83

0,041

8

105,80

105,80

105,85

105,80

105,90

105,95

105,85

105,86

0,058

9

115,90

115,95

115,95

115,95

115,95

115,95

115,90

115,94

0,020

10

135,90

135,95

135,90

135,95

135,95

135,90

135,90

135,93

0,027

11

150,00

150,05

150,00

150,05

150,10

150,05

150,05

150,05

0,032

9 – PROCESSAMENTO DOS RESULTADOS

9.1 – Equações aplicadas

Para calcularmos os erros e incertezas deve-se seguir a seqüência de equações abaixo descritas:

  • média de uma amostra:

  • desvio padrão de uma amostra:

  • incerteza tipo A:

  • incerteza tipo B do paquímetro:

  • incerteza tipo B das montagens dos blocos:

* i = 1, 2, 3, ... (número de blocos da montagem)

* n => número de zonas de contato da montagem de blocos padrão

* Uaderência = 0,01 μm (Apostila de Blocos Padrão, Volnei

Andersson)

  • incerteza padrão combinada:

  • erro sistemático estimado:

  • cálculo do número de graus de liberdade de cada incerteza:

* n => número de medições realizadas por ponto de medição.

* n = 6

Como não são conhecidos os graus de liberdade para os quais foram calculadas as demais incertezas, considera-se:

  • cálculo do número de graus de liberdade efetivo:

  • cálculo do tamanho efetivo da amostra:

Com este valor obtém-se um fator de abrangência K, a partir da tabela t de Student, com confiabilidade de 95%.

  • cálculo da incerteza expandida:

9.2 – Resultados do processamento

Tabela 5 – Resultados das equações aplicadas aos valores lidos (1).

Número do Ponto

Ponto de Medição (xp) (mm)

Média () (mm)

Ese (m)

UA (m)

UBp Paquímetro (m)

UBm Montagem (m)

UC (m)

1

0,00

0,00

0,000

0,000

14,434

0,000

14,434

2

15,10

15,11

8,333

8,333

14,434

0,296

16,669

3

26,25

26,33

75,000

11,180

14,434

0,342

18,261

4

45,30

45,34

41,667

8,333

14,434

0,336

16,670

5

56,45

56,53

75,000

11,180

14,434

0,371

18,261

6

75,60

75,66

58,333

8,333

14,434

0,368

16,671

7

86,75

86,83

83,333

16,667

14,434

0,433

22,052

8

105,80

105,86

58,333

23,863

14,434

0,404

27,892

9

115,90

115,94

41,667

8,333

14,434

0,433

16,672

10

135,90

135,93

25,000

11,180

14,434

0,462

18,263

11

150,00

150,05

50,000

12,910

14,434

0,462

19,370

Tabela 6 – Resultados das equações aplicadas aos valores lidos (2).

Número do Ponto

Ponto de Medição (xp) (mm)

eff

neff

K (95%)

UC (m)

Uexp (m)

1

0,00

1,960

14,434

28,290

2

15,10

80

60

2,001

16,669

33,355

3

26,25

36

40

2,023

18,261

36,941

4

45,30

80

60

2,001

16,670

33,357

5

56,45

36

40

2,023

18,261

36,942

6

75,60

80

60

2,001

16,671

33,358

7

86,75

15

16

2,131

22,052

46,993

8

105,80

9

10

2,262

27,892

63,091

9

115,90

80

60

2,001

16,672

33,361

10

135,90

36

40

2,023

18,263

36,947

11

150,00

25

26

2,060

19,370

39,903

*Obs: Os valores de neff maiores que 30, foram aproximados ao valor mais próximo disponível na tabela t de Student. Ex.: neff = 81  60 , invés de  120.

9.3 – Curva de erros

10 – CONCLUSÕES

A norma NBR 6393 (ABNT), no seu item 5.1 (Precisão de leitura), apresentada uma tabela de tolerâncias admissíveis, segundo a qual leituras de 0 a 100mm tem tolerância de 50μm e leituras de 100 a 200mm tolerância de 60μm. Também o fabricante do paquímetro (Mitutoyo) em seu catálogo admite um limite de erro de 0,05mm.

Podemos ver, com isso, que algumas leituras efetuadas por este paquímetro não atendem aos limites toleráveis pela norma bem como pelo fabricante, tendo apresentado um erro máximo de 105μm.

Levando-se em conta que os blocos padrão estejam plenamente de acordo cm suas especificações de fabricante, verifica-se que este paquímetro encontra-se fora das especificações, o que compromete os resultados de medição obtidos pelo mesmo.

11 – BIBLIOGRAFIA

  • ABNT NBR 6393. Paquímetros com leitura de 0,1 mm e 0,05 mm. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Dezembro, 1980.

  • ABNT NBR NM 215. Blocos Padrão. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Fevereiro, 2000.

  • ANDERSSON, V. Apostila de Blocos Padrão. DMC / FURG, julho de 2001. Rio Grande, RS.

  • ANDERSSON, V. Apostila de Calibração de Sistemas de Medição. DMC / FURG, março de 2007. Rio Grande, RS.

  • ANDERSSON, V. Apostila de Erros e Incertezas de Medição. DMC / FURG, março de 2007. Rio Grande, RS.

  • ANDERSSON, V. Apostila de Metrologia Dimensional. DMC / FURG, março de 2007. Rio Grande, RS.

  • ANDERSSON, V. Apostila de Paquímetros.DMC / FURG, agosto de 2001. Rio Grande, RS.

  • ANDERSSON, V. Apostila de Terminologia Metrológica e Características dos Instrumentos de Medição. DMC / FURG, março de 2007. Rio Grande, RS.

  • CATÁLOGO PG – 41/2 MITUTOYO. Catálogo Geral de Produtos (em português). Página A – 3. Edição de abril de 1998.

  • INMETRO. Vocabulário Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia. Portaria INMETRO nº 029 de 10 de março de 1995.

  • www.bypasss.com.br

  • www.em.pucrs.br

  • www.sebrea-sc.com.br

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