METROSUL IV – IV Congresso Latino-Americano de Metrologia“A METROLOGIA E A COMPETITIVIDADE NO MERCADO GLOBALIZADO”

09 a 12 de Novembro, 2004, Foz do Iguaçu, Paraná – BRASILRede Paranaense de Metrologia e Ensaios

AUTOMAÇÃO NOS LABORATÓRIOSDA DIRETORIA DE METROLOGIA LEGAL

Marcos Antonio Salvino da SilvaInstituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial – INMETRO

Diretoria de Metrologia Legal – DIMELRio de Janeiro - Brasil

Resumo: Este trabalho mostra a automação de umprocesso de calibração usando o programa LabView®,buscando a melhoria do procedimento atual decalibração do padrão de pressão Onneken.O uso do programa auxilia no aumento daprodutividade e a eficiência dos laboratórios daDIMEL, onde alguns passos do processo atual foramreduzidos ou eliminados.

Palavras chave: Calibração, Esfigmomanômetro,Metrologia Legal.

1. INTRODUÇÃOCom a da crescente demanda por serviços e ensaiosde alta qualidade e a custos reduzidos, os laboratóriosencontram-se em um ponto de transição importante:de achar soluções que possam assegurar a reduçãodos custos e a confiabilidade dos processos.

As organizações atualmente vivem este contexto eafirmam que um dos caminhos que ajudam para aredução significativa de custos e da exatidão damedição de um instrumento é a automação de seusprocessos, eliminando ou minimizando erros,desperdícios, reduzindo tempo da calibração, emissãoautomática de relatórios ou certificados e minimizandocustos em geral.

Este trabalho tem por objetivo discutir a automação doprocesso de calibração do padrão de pressãoOnneken: possíveis fontes de erros e incertezas,níveis de automação entre outros.

2. METODOLOGIA

2.1. Procedimento Atual de Calibração

O padrão de referência pode ser uma grandeza comum valor conhecido ou sistema de medição comexatidão muito melhor que a do sistema de medição acalibrar.

O procedimento atual se baseia no método indireto,cujo padrão de referência Hüber satisfaz aos

requisitos de erro máximo admissível e da incertezade medição. Na Figura 1 está representado umexemplo de calibração pelo método indireto.

Fig. 1. Exemplo de calibração pelo método indireto

O valor da pressão a ser aplicada ao sistema demedição em cada ponto de verificação é ajustado nopadrão Onneken e lido no padrão de referência Hüber.Tendo como principal vantagem é da não necessidadede se avaliar as subdivisões da escala do padrãoOnneken e, consequentemente, reduzindo oueliminando a contribuição da incerteza do operador.Na Tabela 1 encontram-se as características técnicasde ambos, padrão Onneken e de referência Hüber.

Fabricante OnnekenHüber

InstrumenteModelo OM 631.000 S PRF 3220-2405

Faixa nominal 0 a 300mmHg 0 a 400mmHg1

Valor de umadivisão

0,2mmHg 0,01mmHg

Resolução 0,03% VFE2 0,01% VFE

Tab. 1. Características dos padrões

1 Esta é uma faixa especial. A faixa nominal é de 0 a

1.250mmHg.

Segundo a referência [6], para manômetros de classe0,1, deve-se fazer a calibração em, no mínimo, 10pontos de verificação em toda escala.

Na prática [10], adotou-se 13 pontos de verificaçãopartindo do 0mmHg, com incrementos de 25mmHg.Realiza-se dois ciclos de medição, sendo cada ciclo éfeita uma seqüência de carga e, após 5 minutos, umade descarga, resultando em 52 pontos de verificação.

Com esses dados já registrados, é confeccionado umCertificado de Calibração onde são informados osseguintes parâmetros:• Histerese;• Erro sistemático máximo;• Dispersão média; e• Incerteza de medição.

No procedimento descrito anteriormente, os seguintesproblemas ou dificuldades foram observados:• O tempo gasto na calibração, utilizando apenas

um técnico pode afetar os resultados de algunsparâmetros;

• O registro inicial dos dados anotados em papel,podendo acarretar alguns erros de anotação;

• A digitação dos dados para emissão do certificadoou a dificuldade de reconhecimento da caligrafiado técnico que realizou a calibração podemacarretar erros de digitação;

• A experiência do técnico no manuseio do padrãoOnneken determina a agilidade do mesmo;

• A utilização de dois técnicos reduz o tempo decalibração, porém onera a mesma; e

• A constituição física do próprio padrão Onnekenpor não possuir saída analógica.

2.2. Procedimento Automatizado2

Este procedimento procura seguir o atual, exceto quealgumas etapas foram reduzidas ou eliminadas com ouso da tecnologia de programas, aumentando aprodutividade do laboratório. Pode-se afirmar que aautomação da calibração do padrão de pressãoOnneken é parcial, pois devido à sua constituiçãofísica ainda se faz necessária a presença do técnico.

2.2.1. Programa LabView®

O programa LabView® da National Instruments [3, 4] éuma linguagem de programação, orientada à objetosgráficos, destinada à instrumentação virtual delaboratórios, permitindo o auxílio em projetos, geraçãode relatórios nos formatos Word® e Excel®,desenvolvimento e gerenciamento de grandes ecomplexos sistemas.

A plataforma LabView® é de fácil visualização, atravésde recursos gráficos, possui diversas funçõescontidas. Além de inovadora, ela substitui o ambientetradicional concebido em linhas de código por ícones

2 VFE = Valor Final da Escala

(subrotinas), interligados por fios, onde cada correpresenta o fluxo de diversos tipos de dados (strings,escalares, vetores, matrizes etc.). Na Figura 2 éapresentada uma rotina em LabView® e uma noambiente tradicional.

Fig. 2. Comparação entre os ambientes LabView® etradicional

O painel de controle do programa apresenta umainterface for windows, sendo facilmente construídacom ferramentas gráficas pré-desenvolvidas comotabelas, gráficos, indicadores, controles, leds entreoutros. A Figura 3 mostra as interfaces de entradas dedados dos dois padrões.

Fig. 3. Interfaces de entrada de dados dos padrões Hüber eOnneken

Antes de iniciar a calibração deve-se selecionar aconfiguração do padrão Hüber por meio dos controlesexibidos no painel frontal: tempo de integração;estabilidade e tipo de transmissão. Para os demaiscontroles possuem valores definidos ou o programarealiza uma busca para se auto-adequar.

Para realizar a automação, utilizou-se a interface decomunicação RS232 full duplex com conexão DB25

A

B

ou DB9. O programa realiza uma busca automáticanas portas de comunicação COM1 e COM2,identificando em qual delas o padrão de referênciaHüber está conectado.

Neste procedimento automatizado, observam-sealgumas melhorias como a obtenção de um númeromaior de medições para um determinado ponto deverificação, o preenchimento automático da planilhaque pode ser visualizada pelo técnico, a geraçãoautomática do certificado de calibração, a exclusão dedados instáveis, a contagem de tempo com avisosonoro, o cálculo da incerteza da medição, além dosoutros parâmetros mencionados anteriormente. NaFigura 4 apresenta as interfaces da planilha e dasaída de dados.

Fig. 4. Interfaces da planilha e da saída de dados

Uma das principais estruturas elaboradas noprograma, mostrada na Figura 5, é a rotina devalidação de dados. Esta estrutura while loopacontece tanta vezes quanto forem necessárias até seobter o parâmetro de parada que é o formato da stringenviada, que representa uma leitura estável fornecidapelo padrão de referência Hüber. Esta string segue umformato onde é fornecida a grandeza lida, seguida daunidade mmHg. Se durante a aquisição dos dadoshouver qualquer instabilidade no circuito pneumático,em um ponto de verificação, a rotina despreza o dadoatual.

2.2.2. Determinação da incerteza da medição

A estimativa da incerteza da medição do padrão depressão Onneken seguiu a metodologia do Guia paraa Expressão da Incerteza de Medição [7]. A incerteza

da medição é a combinação das incertezas do tipo Acom as do tipo B, o que pode ser expresso pelarelação matemática:

22BIAI

MI += (1)

A contribuição da incerteza do tipo A é determinadapelo desvio-padrão das medições realizadas e sendoexpressa por:

MediçõesAI σ= (2)

De posse dos dados técnicos fornecidos nos manuaise certificados dos padrões Onneken [8] e Hüber [9],identificaram-se as fontes que contribuem para aincerteza do tipo B, expressa pela seguinte equação[5, 10]:

obE

obS

obT

obR

obL

obH

pI

BI ++∆++∆+∆+= (3)

onde:

Ip = incerteza do padrão Hüber;

∆Hob = histerese do padrão Onneken;

∆Lob = resolução do padrão Onneken;

Rob = reprodutibilidade do padrão Onneken;

∆Tob = temperatura sobre o padrão Onneken;

Sob = sensibilidade do padrão Onneken; e

Eob= erro do padrão Onneken.

Da Equação (3) [5], verificou-se quais as fontes acimapodem ser desprezadas sem causar alteraçãosignificativa no resultado final. Uma vez identificadas,a Equação (3) pode ser rescrita da seguinte maneira:

obE

pI

BI += (4)

O valor de 2AI é obtido do maior valor da coluna

D.Pad, na Média das Medições, apresentada naFigura 4-B, sendo calculado por:

+++= 2

22

22

12

1 2dSeqcSeqdSeqcSeqA

I σσσσ (5)

E propõe-se que a incerteza da medição, para oprocesso automatizado, da calibração do padrãoOnneken seja dada por:

222

22

21

21 BIdSeqcSeqdSeqcSeqM

I ++++= σσσσ (6)

onde:

21

21 , dSeqcSeq σσ : variância da 1ª seqüência na pressão

crescente (c) e decrescente (d); e

22

22 , dSeqcSeq σσ : variância do 2ª seqüência na pressão

crescente (c) e decrescente (d).

B

A

3. RESULTADOSA apresentação dos resultados obtidos podem servistos na Figura 4 em ambas as interfaces de saída dedados. Nelas são calculadas as médias das medições,o desvio-padrão e os demais parâmetros jámencionados.

Verificou-se também que o tempo do processo decalibração automatizado até a emissão do certificadosofreu uma redução significativa da ordem de 40 a50%. Neste caso, o fator tempo fica dependendo daexperiência do técnico no manuseio do padrãoOnneken.

Além da redução do tempo da calibração, uma dasvantagens é a diminuição de erros na emissão docertificado discutidas anteriormente ou a interferênciado técnico no mesmo.

4. CONCLUSÕESAtravés desse trabalho, pode-se afirmar que aautomação do padrão de pressão Onneken pôdemelhorar a produtividade, o tempo de realização e aqualidade dos serviços prestados pelo Laboratório dePressão da Diretoria de Metrologia Legal. O projetodeste sistema automatizado contribuiu para oaperfeiçoamento dos técnicos.

AGRADECIMENTOSA todos aqueles que de alguma forma contribuírampara a realização desse trabalho, através daorientação e compartilhamento de conhecimentos, doapoio e da motivação e amizade.

REFERÊNCIAS[1] INMETRO, Portaria INMETRO n.º 24, de 22 de

fevereiro de 1996, que a Regulamentação TécnicaMetrológica sobre Esfigmomanômetros Aneróides deMedição Não-Invasiva, Rio de Janeiro – RJ.

[2] VUOLO, José Henrique, Fundamentos da Teoria dosErros, São Paulo: Edgard Blücher, 1998.

[3] NATIONAL INSTRUMENTS, Manual do LabView® 6.1Professional Edition, 2002.

[4] NATIONAL INSTRUMENTS, Manual do ReportGeneration for LabView® , 2002.

[5] CHAGAS DA SILVA, Mônica; SALVINO DA SILVA,Marcos A., Análise da Contribuição de Cada Fonte deIncerteza na Calibração do Padrão de TrabalhoOnneken, METROSUL – Curitiba – PR; 2002.

[6] FLESCH, Carlos Alberto; Apostila de Metrologia eEletrônica Básica para Experimentação; Ed.Universidade Federal de Santa Catarina, Julho 1998.

[7] BIPM, International Bureau of Weights and Measures;IEC, International Eletromechanical Commission;IFCC, International Federation of Clinical Chemistry;ISO, International Organization for Standardization;IUPAC, International Union of Pure and AppliedChemistry; IUPAP, International Union of Pure andApplied Physics; OIML, Organização Internacional deMetrologia Legal; Guia para a Expressão da Incertezade Medição; 2ª. Ed. [Rio de Janeiro], Agosto-1998.

[8] ONNEKEN; Operating Instructions Onneken-CalibratorType OM 631.000 S.

[9] HÜBER INSTRUMENTE, Operating InstructionsPressure-Transfer-Standards Types PRF/PHF3000/6000; 1994.

[10] AZEREDO, Ronaldo Nunes de; SALVINO DA SILVA,Marcos A., Determinação da Incerteza de Medição naCalibração do Padrão de Pressão Onneken,ENQUALAB – São Paulo – SP; 2003

Autor:

Engenheiro Mecatrônico, MSc

Marcos Antonio Salvino da Silva

Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e QualidadeIndustrial – INMETRO

Diretoria de Metrologia Legal – DIMEL

Av. Nossa Senhora das Graças, 50 – Xerém

CEP.: 25250-020 – Duque de Caxias – R.J. – Brasil

Tel: 55 21 2679-9169; Fax: 55 21 2679-1761

e-mail: masalvino@inmetro.gov.br