O que são padrões metrológicos (final)

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metrologiaComo a calibração determina a relação entre o valor de entrada e o de saída, a exatidão da calibração depende, em parte, da exatidão do padrão usado. Mas o padrão de trabalho usado contém algum erro e como a exatidão é determinada? No máximo, a exatidão pode somente ser estimada. E a confiança desta estimativa depende da qualidade do padrão e da técnica de calibração usada. Assim, a rastreabilidade (traceability) é o princípio em que a incerteza de um padrão é medida contra um padrão superior, permitindo que a incerteza do instrumento seja certificada. Isto é conseguido por uma auditoria para cima, de padrões mais baixos para padrões superiores. Todo sistema válido de padrões deve se conformar com este princípio da rastreabilidade, onde o padrão inferior que é calibrado contra um padrão superior é certificado e sua incerteza é garantida.

Os instrumentos de medição das variáveis do processo requerem calibrações periódicas, referidas a padrões de oficina. Periodicamente, os padrões de oficina também devem ser calibrados e rastreados com outros padrões interlaboratoriais e padrões de referência nacional. Para isso, é fundamental que as quantidades físicas envolvidas tenham os seus padrões definidos e disponíveis. A exatidão do nível superior deve ser maior que a do nível inferior de um fator variando, por exemplo, de 4 a 10. Quanto menor o fator (4), a exatidão do padrão influi e interfere na exatidão do instrumento calibrado. Quanto maior o fator (10), maior o custo do padrão. Pode-se até fazer a calibração com um instrumento com mesma classe de precisão (cross checking). Geralmente, é aplicada no recebimento de instrumentos, após transporte para verificação de violações ou antes da data do vencimento de calibração, apenas para verificar a manutenção da exatidão.

Há vários tipos diferentes de padrões de medição, classificados conforme a função e o tipo de aplicação: internacional e nacional; primário e secundário; referência e transferência;e de trabalho e de oficina. Os padrões internacionais são os dispositivos projetados e construídos para as especificações de um fórum internacional. Eles representam as unidades de medição de várias quantidades físicas na maior precisão possível que é obtida pelo uso de técnicas avançadas de produção e medição. Eles estão guardados em Sevres e não são disponíveis para o usuário comum e suas necessidades diárias de calibração. Os padrões internacionais são definidos de modo que possam ser reproduzidos em um grau aceitável de exatidão e, quando definidos, o problema é realizar este padrão. Há um padrão primário para cada unidade. No caso da massa, é o bloco cilíndrico de Pt-Ir, de modo que massas semelhantes possam ser comparadas com o protótipo com precisão de 10-8. As outras quantidades são definidas por padrões primários reprodutíveis, ou seja, que podem ser estabelecidas localmente, quando necessário. Na prática, os equipamentos e procedimentos envolvidos requerem laboratórios altamente especializados. Os padrões internacionais são primários.

O padrão nacional é o de mais alto nível dentro de um país. O Inmetro é o responsável legal pela manutenção dos padrões primários no Brasil. Estes padrões primários não saem do Inmetro. A principal função de um padrão primário é a calibração e verificação dos padrões secundários. No Brasil, o Inmetro credencia os laboratórios que formam a Rede Brasileira de Calibração e Rede Brasileira de Laboratórios de Ensaios. Os laboratórios da Rede servem de referência para calibrações secundárias. Por exemplo, o laboratório industrial da Yokogawa (São Paulo, SP) é credenciado pelo Inmetro para calibrar tensão, corrente e resistência elétrica. O laboratório industrial da Companhia Siderúrgica de Tubarão (Vitória, ES) está credenciado para referência de temperatura. O laboratório de vazão do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (São Paulo, SP) está credenciado para a rastreabilidade de medidores de vazão de líquido, dentro de determinadas faixas.

Já os padrões primários são dispositivos mantidos pelas organizações e laboratórios nacionais, em diferentes partes do mundo. Eles representam as quantidades fundamentais e derivadas e são calibrados de modo independente, através de medições absolutas. A principal função dos padrões primários é a de calibrar e certificar periodicamente os padrões secundários. Como os padrões internacionais, os primários não são disponíveis para o usuário final. O padrão primário é também chamado de padrão de referência. Ele é fixo e reprodutível, não sendo acessível como objeto de calibração industrial e é necessário padrões práticos para as quantidades derivadas. Os padrões primários são os mais precisos existentes. Eles servem para calibrar os secundários. Todos os padrões primários precisam ter certificados. Os certificados mostram a data de calibração, precisão, condições ambientes onde a precisão é válida e um atestado explicando a rastreabilidade com o Laboratório nacional. O padrão primário é certificado por padrões com maior hierarquia. Quando o sistema é calibrado contra um padrão primário, tem-se uma calibração primária. Após a calibração primária, o equipamento é empregado como um padrão secundário.

O resistor e a célula padrão, comercialmente disponíveis, são exemplos de calibração primária. Há ainda um outro significado para padrão primário, com relacionado com o seu grau de precisão ou posição na pirâmide de rastreabilidade, mas com a sua fabricação. Existem instrumentos e dispositivos que, por construção, possuem uma propriedade conhecida e constante dentro de determinado limite de incerteza. Esta propriedade pode ser usada para calibrar outros instrumentos ou padrões de menor precisão. Sob este enfoque, são considerados padrões primários: a placa de orifício, bocal sônico, célula Weston, diodo zener e resistência de precisão. A placa de orifício é considerada um padrão primário de vazão, pois ela é dimensionada e construída segundo leis físicas aceitas e confirmadas experimentalmente, de modo que ela mede a vazão teórica dentro de determinado limite de incerteza e desde que sejam satisfeitas todas as condições do projeto. A calibração de um sistema de medição com placa de orifício não requer um padrão de vazão, mas somente um padrão de pressão diferencial, que é o sinal gerado pela placa e relacionado com a vazão medida.

Um bocal sônico é também um padrão primário de vazão. Ele é dimensionado e construído segundo uma geometria definida e valores de pressão a montante e jusante teóricos, de modo que, numa determinada situação passa por ele uma vazão conhecida e constante, que pode ser usada para calibrar outros medidores de vazão. Por construção e teoria, ele grampeia um determinado valor de vazão que passa por ele. Analogamente ao bocal sônico, o diodo zener é um padrão primário de tensão elétrica. Por construção e por causa do efeito Zener e em determinada condição de polarização e temperatura, o diodo zener mantém constante uma tensão nominal através de seus terminais e esta tensão conhecida e constante pode ser usada para calibrar outros medidores de tensão. Uma célula Weston é um padrão primário de tensão elétrica, pois, por construção e sob determinada corrente, ela fornece uma tensão constante e igual a 1,018 636 V a 20 oC. Mesmo que estes padrões não tenham a menor incerteza da pirâmide metrológica de sua quantidade física, eles são chamados também de padrões primários.

Os padrões secundários são também instrumentos de alta precisão mas de menor precisão que a dos padrões primários e podem tolerar uma manipulação normal, diferente do extremo cuidado necessário para os padrões primários. Os padrões secundários são usados como um meio para transferir o valor básico dos padrões primários para níveis hierárquicos mais baixos e são calibrados por padrões primários. O padrão secundário é o padrão de transferência. Ele é o padrão disponível eusado pelos laboratórios de medição e calibração na indústria. Cada laboratório industrial é responsável exclusivo de seus padrões secundários. Cada laboratório industrial deve periodicamente enviar seus padrões secundários para os laboratórios nacionais para serem calibrados contra os primários. Após a calibração, os padrões secundários retornam ao laboratório industrial com um certificado de precisão em termos do padrão primário.Os padrões de oficina são dispositivos de alta precisão e comercialmente disponíveis, usados como padrões dos laboratórios industriais. Eles não são usados para o trabalho diário de medições, mas servem como referência de calibração para os instrumentos de uso geral e diário. Os padrões de oficina devem ser mantidos em condições especificas de temperatura e umidade. A calibração com os padrões de oficina é chamada de calibração secundária. Usa-se um dispositivo de calibração secundária para a calibração de um equipamento de pior precisão. A calibração secundária é a mais usada na instrumentação.

Por exemplo, a célula padrão pode ser usada para calibrar um voltímetro ou amperímetro usado como padrão de trabalho. O voltímetro padrão serve para calibrar um voltímetro de menor precisão, que é usado para fazer as medições rotineiras do trabalho.Os padrões de trabalho são dispositivos de menor precisão e comercialmente disponíveis, usados como padrões para calibrar os instrumento de medição do processo e dos laboratórios industriais. Eles são usados para o trabalho diário de medições. Geralmente são portáteis e de uso coletivo e por isso sua precisão se degrada rapidamente e requerem calibrações freqüentes. Atualmente, com a tendência de se calibrar a malha de processo in situ, os fabricantes de instrumento desenvolveram padrões de trabalho robustos e precisos para calibração dos instrumentos da área industrial. Deve-se tomar cuidados especiais com o uso dos instrumentos padrão elétricos portáteis em local industrial, observando e cumprindo as exigências de classificação mecânica, elétrica e de temperatura, para não danificar o instrumento e, principalmente, não explodir a área.

Cadeia ou pirâmide da rastreabilidade de padrões

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