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UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARANCMPUS CORNLIO
PROCPIODIRETORIA DE GRADUAO E EDUCAO PROFISSIONALCURSO DE
ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAO
Andria K. adaniya 1350285ELAINE DE ALBUQUERQUE HUSS - 1146807
GUILHERME - 832456
LABORATRIO DE INSTRUMENTAO E CONTROLE
PROJETO 3
cornlio procpio 2015
SUMRIO
1.INTRODUO32.OBJETIVO33.PARTE I 34.PARTE II10 4.1 Objetivos
especficos.........................................................................................10
4.2 Materiais
utilizados............................................................................................10
4.3
Conceitos...........................................................................................................104.3.1
Calibrao
..............................................................................................104.3.2
Ajuste......................................................................................................114.3.3
Manual de ajuste e calibrao do manmetro
digital.............................114.3.4 Roteiro Geral de
Calibrao e procedimentos de ajuste........................155.PARTE
III TRANSMISSOR DE PRESSO 4 A 20mA105.1OBJETIVO
ESPECFICO105.2MATERIAIS UTILIZADOS105.3PROCEDIMENTOS
EXPERIMENTAIS11REFERNCIAS16
INTRODUOO Projeto 3 das aulas de laboratrio da disciplina
Instrumentao e Controle aborda o estudo, anlise e ajuste de
instrumentos para medio da varivel de processo presso.Este trabalho
encontra-se dividido em 3 partes distintas e o prximo tpico
descreve o objetivo do mesmo.
OBJETIVO Compreender os procedimentos de ajuste (calibrao) de
instrumentos de medio de presso.
PARTE I Nesta primeira parte do projeto foram utilizados dois
manmetros distintos com diferentes fundos de escala e uma bomba de
aferio, com o intuito de analisar o grau de exatido e preciso
destes equipamentos. Na tabela 1 so apresentados os materiais
utilizados.
Tabela 1 Materiais utilizados na Parte IEquipamentoMarca/
ModeloFaixa de indicao Resoluo
Manmetro MULTIMEDICAO0 - 20 Kgf/cm0,2 Kgf/cm
ManmetroZRICH0 - 10 Kgf/cm0,1 Kgf/cm
Bomba de aferio ZRICH
800D-----------------------------------------------
Com o manmetro com fundo de escala de 20 Kgf/cm devidamente
calibrado, adotou-se o mesmo como manmetro padro, ou seja, foi
utilizado como referncia na calibrao do outro equipamento. Os
manmetros foram ento devidamente conectados bomba de ajuste, como
pode-se observar na figura 1, e esta preenchida com gua, um lquido
que apresenta baixa compressibilidade.
Figura 1 Esquema de ligao entre bomba de aferio e manmetros
Com os equipamentos devidamente conectados e a bomba preenchida
com gua, foram estipulados 1 Kgf/cm como valor de zero vivo, e 9
Kgf/cm como o valor mximo de presso. Assim a presso dos manmetros
foi aferida em intervalos igualmente espaados de 0,4 Kgf/cm,
comeando em 1 Kgf/cm e terminando em 9 Kgf/cm, e logo em seguida
fazendo o caminho inverso at chegar no zero vivo novamente. Este
procedimento foi realizado 3 vezes e as medidas dos dois manmetros
foram anotadas paralelamente, conforme observado na tabela 2.
Tabela 2 medidas de avano e retorno do manmetro REFERNCIA AVANCO
RETORNOAVANCORETORNO AVANCORETORNO
1,01,21,31,31,31,31,3
1,41,71,61,71,61,71,6
1,82,12,02,22,02,12,0
2,22,52,42,52,42,52,4
2,62,82,82,92,82,82,8
3,03,33,23,33,13,33,2
3,43,73,63,73,53,73,6
3,84,14,04,14,04,14,0
4,24,54,54,54,44,54,5
4,64,94,84,94,84,94,8
5,05,45,35,35,45,35,4
5,45,85,75,85,75,85,7
5,86,36,16,26,16,26,1
6,26,66,56,66,56,66,5
6,67,17,07,17,07,17,0
7,07,57,37,47,47,57,4
7,47,97,77,87,77,87,7
7,88,28,28,28,18,28,1
8,28,78,68,68,78,68,5
8,69,08,99,08,99,19,1
9,09,49,49,49,49,49,4
A partir dos dados obtidos experimentalmente, gerou-se um grfico
das primeiras medidas de avano e retorno, mostrado na figura 2.
Figura 2 primeira medio de avano e retorno Este mesmo modelo
grfico se repete para a segunda e terceira medies de avano e
retorno do manmetro, que podem ser vistas nas figuras 3 e 4
respectivamente.
Figura 3 segunda medio de avano e retorno
Figura 4 terceira medio de avano e retorno
Analisando os grficos obtidos e comparando com os valores
apresentados na Tabela 3, observa-se quo baixo foram os valores de
histerese calculados para a mdia das medidas de avano e a mdia das
medidas de retorno do manmetro em questo.
Tabela 3 medidas de histereseREFERNCIA M. AVANCO M.
RETORNOHISTERESE
1,01,26671,30000,0333
1,41,70001,60000,1000
1,82,13332,00000,1333
2,22,50002,40000,1000
2,62,83332,80000,0333
3,03,30003,16670,1333
3,43,70003,56670,1333
3,84,10004,00000,1000
4,24,50004,46670,0333
4,64,90004,80000,1000
5,05,33335,36670,0333
5,45,80005,70000,1000
5,86,23336,10000,1333
6,26,60006,50000,1000
6,67,10007,00000,1000
7,07,46677,36670,1000
7,47,83337,70000,1333
7,88,20008,13330,0667
8,28,63338,60000,0333
8,69,03338,96670,0667
9,09,40009,40000,0000
Na tabela 4 abaixo, so apresentadas as mdias entre todas as
medidas de avano e retorno do manmetro, para que em seguida, fosse
possvel obter o erro percentual entre esta mdia e o valor de
referncia.
Tabela 4 erro calculado entre as medidas REFERNCIA AVANCO
RETORNOAVANCORETORNO AVANCORETORNOMDIA ERRO (%)
1,01,21,31,31,31,31,31,283328,3333
1,41,71,61,71,61,71,61,650017,8571
1,82,12,02,22,02,12,02,066714,8148
2,22,52,42,52,42,52,42,450011,3636
2,62,82,82,92,82,82,82,81678,3333
3,03,33,23,33,13,33,23,23337,7778
3,43,73,63,73,53,73,63,63336,8627
3,84,14,04,14,04,14,04,05006,5789
4,24,54,54,54,44,54,54,48336,7460
4,64,94,84,94,84,94,84,85005,4348
5,05,45,35,35,45,35,45,35007,0000
5,45,85,75,85,75,85,75,75006,4815
5,86,36,16,26,16,26,16,16676,3218
6,26,66,56,66,56,66,56,55005,6452
6,67,17,07,17,07,17,07,05006,8182
7,07,57,37,47,47,57,47,41675,9524
7,47,97,77,87,77,87,77,76674,9550
7,88,28,28,28,18,28,18,16674,7009
8,28,78,68,68,78,68,58,61675,0813
8,69,08,99,08,99,19,19,00004,6512
9,09,49,49,49,49,49,49,40004,4444
Como visto na Tabela 3, o erro apresentou valores entre 4,44% e
5% para quantidades maiores de presso, chegando at 28,33% para o
menor valor de presso lido no equipamento, apresentando assim um
grau de exatido no satisfatrio. Porm, gerando um grfico somente com
as medidas de avano, de modo a facilitar a visualizao, e comparando
com o valor de referncia, percebe-se que o manmetro apesar de no
exato, nos d valores bastante precisos, como visto na figura 5.
Figura 5 comparao entre medida de referncia e medidas de
avano
Como resultado, percebe-se que o manmetro analisado, um manmetro
bastante preciso, porm no exato. Como este equipamento no possui
valores significativos de histerese, e ainda apresenta linearidade
em suas medidas, o erro alto obtido atravs do experimento, pode ter
sido superestimado, j que deve-se considerar que durante a aferio
de medidas, erros de repetitividade e paralaxe possam ter
ocorridos. Acrescentando, ainda h erros na resoluo do manmetro
analisado, resoluo do manmetro padro, e a incerteza herdada deste.
Atravs da equao de propagao da incerteza, temos que a expresso da
incerteza combinada para o manmetro dada por
em que,: representa a incerteza devido a repetitividade;:
representa a incerteza devido a resoluo do manmetro;: representa a
incerteza devido a resoluo do manmetro padro;: representa a
incerteza herdada do manmetro padro;: representa a incerteza devido
a histerese.
Vale destacar que, apesar de no fazer parte do escopo deste
trabalho, esta equao poderia ser facilmente obtida atravs de
frmulas bsicas da rea de metrologia, assim como valores de fundo de
escala dos equipamentos, desvio padro das medidas obtidas, entre
outros.
PARTE II 4.1 Objetivos especficos Analisar o manual de ajuste e
calibrao do manmetro digital (Modelo Z.10.B - Zrich). Elaborar um
roteiro geral de calibrao e procedimentos de ajuste. 4.2 Materiais
utilizados manmetro digital (Modelo Z.10.B - Zrich). Bomba de
calibrao hidrulica (marca ZRICH modelo 800D)(1);
4.3 Conceitos 4.3.1 Calibrao Teste no qual valores conhecidos do
sinal de entrada so aplicados e os correspondentes sinais de sada
so registrados. A funo de uma aferio estabelecer uma relao entre os
sinais. H dois tipos de aferio: esttica, na qual o sinal de entrada
constante, e a dinmica, na qual a entrada um sinal que varia com o
tempo. A calibrao a ao sobre o instrumento para eliminar o erro
sistemtico.
4.3.2 Ajuste
Operao complementar, normalmente efetuada aps uma calibrao,
quando o desempenho metrolgico de um sistema de medio no est em
conformidade com os padres de comportamento esperados. Trata-se de
uma "regulagem interna" do SM, executada por tcnico especializado.
Visa fazer coincidir, da melhor forma possvel, o valor indicado no
SM, com o valor correspondente do mensurado submetido. So exemplos:
- alterao do fator de amplificao (sensibilidade) de um SM por meio
de um potencimetro interno; - regulagem do "zero" de um SM por meio
de parafuso interno. No caso de medidas materializadas, o ajuste
normalmente envolve uma alterao das suas caractersticas fsicas ou
geomtricas. Por exemplo: - colocao de uma "tara" (ponto zero) em
uma massa padro; Aps o trmino da operao de ajuste, necessrio
efetuar uma recalibrao, visando conhecer o novo comportamento do
sistema de medio, aps os ajustes terem sidos efetuados.
4.3.3 Manual de ajuste e calibrao do manmetro digital
O manmetro digital utilizado para o procedimento do modelo
Z.10.B da marca Zrich. Esse instrumento possui faixa de medio de
vcuo a 1600 bar e preciso de 0,10% F.E /0,25% F.E.
Figura 6 - Identificao das partes do painel frontal
Segundo o prprio manual, as teclas do instrumento que sero
utilizadas na calibrao tem os seguinte significados:
Figura 7 - funo das teclas do instrumento
Para o procedimento de calibrao desse manmetro, a unidade do
mesmo deve estar em bar e, segundo o manual, deve seguir os
seguintes passos:
1 PASSO: Pressionar a tecla RET e ENT simultaneamente, ir
aparecer a palavra TARA.2 PASSO: Com a tecla DEC ir at o parmetro
"enca" (entrada de calibrao).3 PASSO: Estando no parmetro "enca",
pressionar a tecla ENT novamente, ir aparecer "00000", colocar
"01010" e pressionar a tecla ENT ir aparecer a tecla "tipo". (Obs:
este parmetro no mexer).4 PASSO: Estando no parmetro "tipo",
pressionar a tecla DEC at o parmetro "faad", que quer dizer ganho
de sinal. (Obs: mexer somente caso haja necessidade, este j vem
configurado de fbrica. Ver passo n 6).5 PASSO: Estando no parmetro
"faad" pressionar a tecla DEC at o parmetro "care" (referncia de
calibrao), pressionar tecla ENT, ir aparecer "cal1", pressionar a
tecla ENT, ir aparecer "00000" e confirmar com a tecla ENT, ir
aparecer "cal2", pressionar tecla ENT, ir aparecer por ex. "02500"
pressionar tecla ENT, ir aparecer "cal3", pressionar tecla ENT, ir
aparecer por ex. "05000", pressionar tecla ENT, ir aparecer "cal4",
pressionar tecla ENT, ir aparecer por ex. "07500", pressionar tecla
ENT, ir aparecer "cal5", pressiona tecla ENT, ir aparecer por ex.
"10000", pressionar a tecla ENT, ir aparecer a palavra "caad".
(Obs. no parmetro "care", os pontos de referncia devem ser de
acordo com a faixa a ser calibrada, respeitando os pontos decimais,
ver no passo 7).6 PASSO: Estando no parmetro "caad", pressionar a
tecla ENT, ir aparecer "cal1", pressionar a tecla ENT, ir aparecer
um valor qualquer prximo a zero, pressionar a tecla ENT, ir
aparecer "cal2", gerar a presso de acordo com o "care cal2",
pressionar a tecla ENT, ir aparecer "cal3", pressionar a tecla ENT,
gerar presso de acordo com o "care cal3", pressionar a tecla ENT,
ir aparecer "cal4", gerar presso de acordo com "care cal4",
pressionar a tecla ENT, ir aparecer "cal5", pressionar a tecla ENT
e gerar presso de acordo com "care cal5", pressionar a tecla ENT,
ir aparecer a palavra "cata", tirar as baterias e aguardar 5
segundos, colocar as baterias e repetir os passos 1, 2 e 3. (Obs:
os valores mostrados neste passo so em bits, no podendo ultrapassar
"32000". Veja exemplo: Se o cal1 marcou 00025 e ao gerar presso at
o prximo ponto de calibrao, que o cal2, se ultrapassar 07999
deve-se ir at o parmetro "faad" e colocar em novo valor de ganho de
sinal, que vai de 1 at 5 e confirmar com a tecla ENT, retirar as
baterias e fazer os passos 1, 2 e 3 voltar no "caad", e comear
novamente a calibrao).7 PASSO: Feito o passo 1, 2 e 3, pressionar a
tecla DEC at o parmetro "pode" (ponto decimal), respeitando as
seguintes regras: de 00000 at 20,000 so trs casas decimais, de
21,00 at 200,00 so duas casas decimais e de 201,0 at 1000,0 apenas
uma casa decimal, ver em qual ponto se enquadra e pressionar a
tecla ENT, ir aparecer "unee".8 PASSO: Unee ganho de resoluo para
baixa presso at 0,999 mBar, acima deve-se colocar "1" e pressionar
a tecla ENT, acima de 1,000 deve-se colocar "0" e pressionar
qualquer uma das opes selecionadas, assim que confirmadas vai
aparecer a palavra "seca" (senha de calibrao).9 PASSO: "SECA"
(senha de calibrao), deve-se colocar no "passo 3" a senha de acesso
que "00001" para poder mudar esta senha, basta o operador colocar
qualquer outro valor e pressionar a tecla ENT e retirar as
baterias.
Segundo informaes do prprio fabricante, a opo "enca" refere-se
Senha de proteo do ciclo de calibrao, nesse caso, ao colocar a
senha "01010", o sistema liberado para que a calibrao do
instrumento possa ocorrer. Na etapa 5 do processo de calibrao, os
pontos de calibrao de referncia so estabelecidos. No caso, o
instrumento ser calibrado levando em considerao 5 pontos. Nas
etapas 4 e 5 so definidos os valores de ganho.No passo 6 feita a
comparao entre os pontos de calibrao que foram estabelecidos no
passo 5 e gravados em: "care cal2", "care cal3", "care cal4", "care
cal5". Desse modo, cada vez que se aperta o comando ENT deve-se
gerar uma presso no equipamento de acordo com esses pontos. Esse
procedimento deve ser realizado 3 vezes, sempre retirando e
recolocando as baterias do instrumento aps cada realizao. No passo
6 so definidos os valores de span. Caso as medies observadas no
manmetro estejam fora do padro, deve-se realizar um ajuste de ganho
de sinal (de 1 at 5) e refazer os passos 1, 2 e 3. Aps isso, so
estabelecidos os pontos decimais, de acordo com as especificaes do
manmetro no passo 7. Na etapa 8 estabelecido o ganho de resoluo,
onde escolhe-se "1", caso seja at 0,999 mBar, ou "0" para valores
maiores do que 1,000. Tal ganho necessrio caso a presso de operao
seja muito baixa. No ltimo passo, a senha de calibrao (que foi
utilizada no passo 3) solicitada, e ocorre a confirmao da
calibrao.
4.3.4 Roteiro Geral de Calibrao e procedimentos de ajuste
Para a realizao dos procedimentos de calibrao, foi considerada a
utilizao de uma bomba de aferio. Segundo o experimento realizado no
laboratrio na parte I, com dois manmetros analgicos, e na parte 2,
com dois manmetros digitais, foram descritos abaixo os
procedimentos gerais para a calibrao.1 Determinao do nmero de
pontos de calibrao. O nmero de pontos na calibrao depende da classe
de exatido do instrumento, e pode ser conforme utilizada pelo
INMETRO, para manmetros analgicos ou digitais.
tabela 5 - Padres utilizados na calibrao dos medidores
mostradores analgicos de presso conforme as suas classes de
exatido.
tabela 6 - Padres utilizados na calibrao dos medidores
mostradores digitais de presso conforme as suas classes de
exatido.
2 Aplicar presso mxima no instrumento e permanecer nesta condio
por alguns minutos para observar a existncia de vazamento. 3
Aliviar totalmente a presso e permanecer por alguns minutos. 4
Iniciar a calibrao com aplicao crescente (carregamento) de presso
nos pontos determinados da calibrao conforme item 1, at que o
instrumento em calibrao atinja os valores predeterminados.
Registrar em formulrio adequado o respectivo valor indicado pelo
padro.5 Alcanando-se o ponto mximo de calibrao predeterminado,
aliviar (descarregamento) continuamente a presso, efetuando-se os
registros dos respectivos valores indicados pelo instrumento e
medidos pelo padro, referentes aos mesmos pontos predeterminados da
calibrao conforme item 1. 6 Alcanando-se o ponto mnimo de calibrao
predeterminado, aliviar totalmente a presso. Deste modo finalizado
o primeiro ciclo de calibrao do instrumento. Aps o primeiro ciclo
(carregamento e descarregamento), realizar o segundo da calibrao,
conforme os itens anteriores.7 Para melhores resultados, realizar
os procedimentos uma terceira vez.8 Avaliao da Qualidade da
Calibrao Antes da realizao de todos os clculos da calibrao, deve-se
observar se todos os erros pontuais seguem aproximadamente um padro
e esto contidos no intervalo de uma resoluo do instrumento
calibrado.9 Pela anlise dos resultados, deve-se regular o ganho do
sinal do instrumento e ganho de resoluo.
PARTE III TRANSMISSOR DE PRESSO 4 A 20mA1 2 3 4 5 OBJETIVO
ESPECFICO Elaborar um roteiro de utilizao de um transmissor de
presso (4-20 mA) a dois fios.MATERIAIS UTILIZADOS Bomba de
calibraohidrulica (marca ZRICH modelo 800D)(1); Manmetro padro (2);
Transmissor de presso(marca ZRICH modelo PSI.420) (3); Calibrador
de corrente e voltagem (marca INSTRUTHERM modelo CC-124)
(multmetro) (4); Fonte DC (5).
Na figura 1, os materiais utilizados na experincia da parte III,
podem ser visualizados, sendo que a numerao na imagem corresponde
numerao ao lado do nome de cada material na lista de materiais
citada.
Figure 1 Materiais utilizados na experincia da parte III.
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAISO transmissor de presso industrial
PSI.420 funciona quando alimentado com tenso entre 9 e 30 Vcc, dado
que pode ser observado na figura 2, a qual mostra uma imagem das
caractersticas do transmissor de presso. Na experincia realizada
foi utilizado um sinal de tenso de 12 Vcc, o qual foi ajustado na
fonte de tenso e tambm verificado por meio do multmetro.
Figure 2 Caractersticas do transmissor de presso industrial
PSI.420 contidas no manual de especificao do instrumento. Dentre as
caractersticas, foram destacados os valores da alimentao Vcc e do
sinal de sada gerado pelo transmissor.
Uma vez calibrada a tenso de alimentao do transmissor de presso
industrial, desligou-se o canal de sada de tenso da fonte para
realizar a ligao dos instrumentos de acordo com o esquema de ligao
mostrado na figura 3. Observe no esquema de ligao, que o leitor CLP
corresponde ao multmetro utilizado com a funo de ampermetro.De
acordo com o esquema de ligao, o pino 1 do transmissor foi ligado
ao canal de sada positivo da fonte de tenso, o pino 2 do
transmissor de presso sada positiva do multmetro e tambm foi ligado
o neutro do multmetro ao neutro da fonte de tenso. Assim, os
elementos foram ligados em uma disposio de um circuito em srie.
Observe que o pino 3 do transmissor no conectado e o quarto pino do
transmissor corresponde referncia (terra), sendo que esse pino
possui um formato diferente e uma extenso levemente maior do que a
dos outros pinos, por um critrio de segurana.O transmissor foi
rosqueado bomba de calibrao hidrulica, assim como o manmetro padro,
acionou-se o canal de sada da fonte de tenso, ajustada
anteriormente com 12 Vcc. Para iniciar a experincia importante
ajustar o ponteiro do manmetro em zero, j que inicialmente ele est
encostado no pino aparador do manmetro, isso significa que o valor
zero de presso indicado no manmetro no corresponde ao primeiro
valor da faixa de sinal de corrente (4mA) que pode ser transmitido
pelo dispositivo PSI.420, sendo que essa faixa varia entre 4 e
20mA, com uma preciso de 0,1%, caractersticas que podem ser
observadas na figura 2.
Figure 3 Esquema de ligao para utilizar o transmissor de presso
industrial PSI.420.Uma vez estabelecido o ponteiro do manmetro
padro no zero e anotado o valor da corrente correspondente
iniciou-se o aumento da presso de uma em uma unidade at o fundo de
escala do manmetro (20 Kgf/cm2), por meio da rotao manual do
volante da bomba de aferio. Uma vez percorrido todos os valores de
presso de uma em uma unidade e anotadas as aferies realizadas,
faz-se a aferio dos dados com a diminuio da presso tambm de valores
de um em um at o ponteiro do manmetro alcanar o zero.Os valores
encontrados no experimento podem ser verificados na tabela 1, sendo
que a primeira medio corresponde aos valores de presso e corrente
aferidos na forma crescente e assim, a segunda medio, so dos dados
obtidos quando a aferio foi realizada de forma decrescente.
TABELA 1
NMERO DE AMOSTRASPRIMEIRA MEDIOSEGUNDA MEDIO
PRESSO (Kgf/cm2)CORRENTE (mA)PRESSO (Kgf/cm2)CORRENTE (mA)
104,1204,08
214,9914,86
325,7625,64
436,5936,41
547,3247,22
658,1858,09
769,0268,93
879,9579,75
9810,73810,56
10911,58911,39
111012,391012,24
121113,241113,12
131214,191213,93
141314,951314,69
151415,801415,53
161516,631516,36
171617,491617,23
181718,291718,03
191819,081818,81
201919,861919,61
212020,52020,5
Tabela 2 Dados do experimento da parte III.
O grfico 1 mostra as curvas dos dois conjuntos de dados, nele
possvel observar que elas so bastante prximas, quase sobrepostas,
tambm pode-se verificar a relao de linearidade entre corrente e
presso, por meio do grfico 2, onde tambm foram plotadas as
aproximaes lineares de cada uma das curvas e tambm geradas as
equaes de cada uma delas. Observe que os valores de R2 de ambas as
equaes bastante prxima do valor um (valor ideal) o que significa
que as curvas so lineares.
Grfico 1 Curvas correspondentes aos dados da tabela 2.
Grfico 2 Curvas correspondentes aos dados da tabela 2 e
aaproximao linear das curvas com as respectivas equaes.
REFERNCIASBomba de aferio. Disponvel em: Acessado em: 24 maio
2015.
Bomba hidrulica. Disponvel em: Acessado em: 24 maio 2015.
Calibrador de voltagem e corrente digital. Disponvel me:
Acessado em: 24 maio 2015.
INMETRO. Manmetros analgicos. Disponvel em: . Acesso em: 25 mai
2015.