nbr 14105

Instituto Nacional de Metrologia,Normalização e Qualidade Industrial

ORIENTAÇÕES PARA A REALIZAÇÃODE CALIBRAÇÃO DE MEDIDORES ANALÓGICOS

DE PRESSÃO

DOQ-CGCRE-017

Revisão 00 – MAIO/2006

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Documento de caráter orientativo_____________________________________________________________________________

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DOQ-CGCRE-017 – Revisão 00 – MAIO/2006 Página: 1/13

ORIENTAÇÕES PARA A REALIZAÇÃO DE CALIBRAÇÃO DE MEDIDORES ANALÓGICOS DE PRESSÃO

SUMÁRIO

1 Objetivo2 Campo de Aplicação3 Responsabilidade4 Documentos de Referência5 Siglas6 Terminologia e Definições 7 Condições Gerais8 Tipos de Instrumentos9 Condições Ambientais11 Recomendações para Calibração de Medidor Analógico de Pressão12 Preparação13 Método de Calibração14 Verificação Intermediária 15 Incerteza de Medição16 Apresentação dos Resultados17 Periodicidade entre CalibraçõesAnexo A – Cálculo da Pressão de ReferênciaAnexo B – Tabela de Conversão de UnidadesAnexo C – Planilha de Incertezas de Medidores Analógicos de PressãoAnexo D – Estimativa da Incerteza de Medição em um Ponto Interpolado na Curva de

Calibração do PadrãoAnexo E - Tipos de Escalas de Medidores Analógicos de Pressão

1 OBJETIVO

Este documento estabelece diretrizes e orientações para a realização de calibração de medidores analógicos de pressão. Embora este documento não constitua um critério específico para a acreditação de laboratórios na área de pressão, ele contém informações consideradas relevantes para a elaboração e a avaliação dos procedimentos de calibração na área de pressão.

2 CAMPO DE APLICAÇÃO

Este documento se aplica à Dicla, aos laboratórios de calibração acreditados e postulantes à acreditação na área de pressão e aos avaliadores e especialistas que atuam nos processos de acreditação de laboratórios nesta área.

3 RESPONSABILIDADE

A responsabilidade pela revisão deste documento é da Dicla/Cgcre.

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4 DOCUMENTOS DE REFERÊNCIA

Resolução do CONMETRO no 12/88 Quadro Geral de UnidadesDIN EN 837-1: 1997 Pressure gauges - Bourdon tube pressure gauges,

dimensions,metrology, requirements and testing ANSI / ASME - B 40-1:1974 Gauges pressure and vacuum indicating dial type -Elastic

element.NBR 14105:1998 Manômetros com sensor de elemento elástico –

Recomendações de fabricação e uso.NIT-DICLA-012 Relação Padronizada de Serviços de Calibração

AcreditadosNIT-DICLA-021 Expressão da Incerteza de Medição na Calibração,

contendo a Versão Brasileira da Publicação EA – 4/02 Referência Original do Editor: NIT- DICLA- 021 - ISO GUM 95

Portaria INMETRO Nº 029, de 10 de março de 1995: VIM: Vocabulário Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia

Couto PRG, Franklin TP, Oliveira J, Cinelli L, "A Apresentação do Estudo dos Padrões do Laboratório de Pressão do INMETRO e Suas Melhores Capacidades de Medição" ,- METROLOGIA 2000 – SPCouto PRG, Franklin TP, Oliveira J, Cinelli "Apresentação das Planilhas de Incerteza de todos os Serviços de Calibração realizados pelo Laboratório de Pressão do INMETRO", – METROLOGIA 2000 – S

5 SIGLAS

ANSI/ASME American National Standards Institute/American Society of Mechanical Engineers

Cgcre Coordenação Geral de CredenciamentoCT-9 Comissão Técnica de PressãoDicla Divisão de Credenciamento de Laboratórios DIN Deutsches Institut für NormungEA European co-operation for AccreditationInmetro Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade IndustrialISO International Organization for StandardizationNBR Norma Brasileira

6 TERMINOLOGIA E DEFINIÇÕES

Para o propósito desta Norma, são adotadas as definições a seguir, complementadas pelas contidas na Portaria INMETRO nº 29, Vocabulário Internacional de Termos Fundamentais e Gerais e Metrologia (VIM) e na NIT-DICLA-012.

6.1 Amplitude da Faixa de Escala ExpandidaDiferença entre os limites superior e inferior da faixa de escala expandida.

6.2 Classe de Exatidão

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Classe do medidor analógico que satisfaz a determinadas exigências metrológicas destinadas a conservar os seus índices dentro de limites especificados. As classes dos medidores analógicos são estabelecidas na NBR 14105.6.3 Divisão da EscalaParte compreendida entre duas marcas quaisquer consecutivas da escala.

6.4 Erro de IndicaçãoDiferença entre a indicação do instrumento e o valor verdadeiro convencional.

6.5 Erro Fiducial (índice da classe de exatidão)O erro fiducial de um medidor analógico de pressão é determinado a partir da relação entre o maior erro de indicação do instrumento pela amplitude da faixa de escala expandida expressa em percentagem.

6.6 Faixa de Indicação (Faixa de Escala)É o conjunto ordenado de marcas associado a uma numeração que faz parte do mostrador.

6.7 Faixa de Indicação ExpandidaFaixa de escala que apresenta, numa ou em ambas de suas extremidades, desproporcionalidade em relação a todo seu restante (Faixa de Escala Expandida).

6.8 Faixa de Indicação sem zeroFaixa de indicação a qual não inclui o valor correspondente ao zero da grandeza a medir.

6.9 HistereseÉ obtida através da relação entre a diferença máxima das indicações do medidor em um dos ciclos (carregamento e descarregamento), num ponto de pressão expressa em percentagem da amplitude da faixa de escala expandida.

6.10 Identificação da Classe de Exatidão do MedidorConforme NBR 14105, a classe de exatidão de um medidor analógico de pressão é identificada de acordo com as seguintes características físicas do instrumento:

- diâmetro nominal da janela,- faixa de escala (faixa de indicação),- valor de uma divisão,- número de divisões.

6.11 Medidor Analógico de PressãoMedidor do tipo mostrador que utiliza um elemento elástico, o qual é sensível mecanicamente à pressão e indica esta grandeza por intermédio de um ponteiro sobre uma escala.

6.12 Melhor Capacidade de Medição

Menor incerteza de medição que um laboratório pode atingir no escopo da sua acreditação, quando efetua calibrações mais ou menos rotineiras de padrões de medição próximos do ideal, destinados a definir, realizar, conservar ou reproduzir uma unidade de uma grandeza ou um ou mais de seus valores, ou quando realiza calibrações mais ou menos rotineiras de instrumentos de medição próximos do ideal projetados para a medição daquela grandeza.

6.13 Pressão AbsolutaA pressão absoluta (Pabs) é a pressão que está acima da pressão "zero" (vácuo absoluto).

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6.14 Pressão Diferencial - Diferença de PressãoA diferença entre duas pressões e é denominada diferença de pressão: ou pressão diferencial .6.15 Pressão Positiva e Pressão NegativaA diferença entre uma pressão absoluta e a pressão atmosférica é a pressão positiva ou pressão negativa:

6.15.1 A pressão (Pe) é positiva quando a pressão absoluta for maior que a pressão atmosférica e

negativa (vácuo) quando a pressão absoluta for menor que a pressão atmosférica.

6.16 RepetitividadeÉ obtida através da relação entre a diferença máxima das indicações do medidor num mesmo ponto de pressão, numa mesma solicitação expressa em percentagem da amplitude da faixa de indicação expandida.

6.17 UnidadesA unidade de pressão do sistema internacional de unidades é o pascal (Pa), a qual é definida pela relação N/m². Para a conversão de unidades de pressão, o laboratório deve ter uma tabela oficial com as informações das suas respectivas referências citadas. O desconhecimento destas informações, poderão acarretar erros da ordem 0,4% e 0,2% na conversão de qualquer unidade de pressão para a altura de coluna de mercúrio e de água respectivamente. A tabela de conversão de unidade citada no anexo B tem como referência:

- aceleração da gravidade normal( gN = 9,80665 m/s2 .- massa específica do mercúrio à 0C e pressão atmosférica padrão (101325 Pa):

Hg = 1,359508 x 104 kg/m3

- massa específica da água à 4C e pressão atmosférica padrão (101325 Pa): - H2O = 1,000000 x 103 kg/m3

6.18 Valor de uma DivisãoDiferença entre os valores correspondentes a duas marcas sucessivas da faixa de escala do instrumento.

7 CONDIÇÕES GERAIS

Este documento é resultado do trabalho da Comissão Técnica de Pressão (CT-9). Embora o documento não se constitua um requisito para a acreditação, ele contém informações relevantes para a elaboração e avaliação de procedimento de calibração de medidores analógicos de pressão.

A realização da calibração dos medidores analógicos de pressão (vacuômetro, manovacuômetro e manômetro) tem como base a norma NBR 14105. Este documento complementa esta norma, com alguns outros parâmetros adicionais necessários na calibração dos medidores analógicos de pressão.

8 TIPOS DE INSTRUMENTOS

Os medidores de pressão são divididos em dois grandes grupos: Medidores fundamentais e medidores indiretos. Os medidores fundamentais medem pressão em função da definição da ___________________________________________________________________________________________

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realização da grandeza. Os medidores indiretos medem a pressão em função de uma propriedade física. No grupo dos medidores fundamentais estão o manômetro de coluna líquida, barômetro de coluna de mercúrio e a balança de pressão. No grupo dos indiretos encontram-se os medidores analógicos e digitais (manômetros, vacuômetros , barômetros) e os transdutores de pressão.

8.1 Balança de PressãoInstrumento que mede pressão a partir do equilíbrio entre as forças provenientes da pressão de um fluído (mensurando) e das massas que agem em um pistão situado no interior de um cilindro.

8.2 Medidor Analógico de Pressão ( manômetro, vacuômetro, manovacuômetro)Medidor que utiliza um elemento elástico, o qual é sensível mecanicamente a uma pressão (mensurando) e indica esta grandeza em um mostrador por intermédio de um ponteiro sobre uma escala.

8.3 Medidor Digital de Pressão ( manômetro, vacuômetro , manovacuômetro )Medidor que fornece uma indicação de pressão na forma digital, em unidade de pressão.

8.4 Transdutor de PressãoMedidor que fornece um sinal de saída elétrico que tem uma correlação determinada com a pressão de entrada.

9 CONDIÇÕES AMBIENTAIS

Recomenda-se que as calibrações sejam realizadas a uma temperatura de (20 2) C e umidade relativa do ar de (50 20) % e “isentas” de vibrações.

10 RECOMENDAÇÕES PARA CALIBRAÇÃO DE MEDIDOR ANALÓGICO DE PRESSÃO

Instrumento N.º mínimo de pontos Condição da calibração

Padrão para calibração do instrumento(*)

Manômetro e vacuômetro analógicos

Classes A4, A3, A2 e A110 pontos de 10% a 100% do limite superior da faixa

nominal2 ciclos

(no mínimo)

Balança de pressão ou padrão cuja classe de exatidão seja 4 vezes melhor ao do instrumento a ser calibrado, conforme

certificado de calibração

Classes A,B, C e D5 pontos de 25% em

25% do limite superior da faixa nominal

Recomendamos que o laboratório que, em função de serviço específico, necessitar de uma variação menor que 2ºC, utilize seu procedimento interno.

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* Em todos os casos, recomendamos que seja analisada a relação exatidão do padrão e do instrumento a ser calibrado.

11 PREPARAÇÃO

11.1 Limpeza

Antes da calibração é importante que o instrumento esteja totalmente limpo e isento de impurezas que possam causar algum dano ao padrão. Para isto, inserir no bourdon do instrumento, por intermédio de uma seringa, álcool isopropílico, por exemplo, até que o mesmo saia isento de qualquer impureza.Observar se o instrumento é utilizado para a medição de pressão de oxigênio. Neste caso, calibrar o instrumento num sistema cujo fluido é água, ar ou nitrogênio.

11.2 Posicionamento do Instrumento

Quando informado pelo cliente, posicionar o manômetro/vacuômetro/manovacuômetro na sua posição de trabalho (vertical ou horizontal), no padrão definido para a calibração.

11.3 Medição do Desnível entre o Padrão e o Instrumento sob Calibração

Medir o desnível entre o padrão e o instrumento (de acordo com a Figura 1) indicando se o padrão está acima ou abaixo do medidor.

Figura 1

12 MÉTODO DE CALIBRAÇÃO

12.1 Aplicar pressão (manômetro) ou vácuo (vacuômetro) máximos no instrumento e permanecer nessa condição até que se perceba a estanqueidade do sistema.

Nota: No caso de manovacuômetros a solicitação será nos dois limites da faixa de indicação do instrumento.

12.2 Aliviar totalmente a pressão (manômetro) ou vácuo (vacuômetro) e permanecer por um período de 5 minutos.

12.3 Antes de cada leitura, é importante bater, levemente, com o dedo, na janela do instrumento para minimizar o erro de atrito.___________________________________________________________________________________________

Padrão

Instrumento

Padrão

Instrumento

h0

h0

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12.4 Iniciar a calibração com aplicação crescente (carregamento) de pressão ou vácuo, nos pontos determinados no item 11, até que o instrumento sob calibração atinja esses valores. Registrar os valores correspondentes, do padrão.Nota: Outros métodos diferentes do recomendado neste documento poderiam ser utilizados pelo laboratório desde que apropriadamente validados conforme requerido na NBR ISO/IEC 17025:2005

12.5 Aliviar continuamente (descarregamento) a pressão ou vácuo, efetuando a calibração nos mesmos pontos definidos no carregamento. Caso 2 pontos pré-determinados sejam ultrapassados, iniciar novamente essa parte do ciclo.

12.6 Repetir os itens 13.3 e 13.4, no mínimo uma vez.

13 VERIFICAÇÃO INTERMEDIÁRIA

Quando os padrões do laboratório são do grupo indireto, é recomendável que os mesmos sejam verificados entre calibrações, de forma a ratificar a confiabilidade metrológica das sua calibração.

14 INCERTEZA DE MEDIÇÃO

A incerteza de medição é calculada de acordo com planilha apresentada no Anexo C.

14.1 Melhor Capacidade de Medição

No caso do laboratório dispor de uma balança de pressão como padrão de referência para a calibração de um medidor analógico de pressão, e sendo que calibração de uma balança de pressão na avaliação da incerteza são levadas em consideração todas as incertezas das grandezas de base e de influência que influem na medição pressão por este tipo equipamento, a melhor capacidade de medição neste caso é aquela incerteza declarada no seu respectivo certificado de calibração. Quando o laboratório tem como padrão de referência um medidor do grupo relativo de pressão, a melhor capacidade de medição é definida pela raiz quadrada da soma quadrática da incerteza do padrão declarada no seu certificado de calibração dividida pelo seu respectivo coeficiente de abrangência mais a incerteza referente ao valor de uma divisão ou resolução dos instrumento mais indicado a calibrar pelo padrão do laboratório. No caso dos medidores analógicos a incerteza referente ao valor de uma divisão do instrumento a calibrar tem uma distribuíção triangular. Esta respectiva estimativa de incerteza é definida pela valor de meia divisão do instrumento dividido por raiz de seis.

15 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

Os resultados da calibração devem ser emitidos em um certificado de calibração, conforme requisitos da NBR ISO/IEC 17025.

16 PERIODICIDADE ENTRE CALIBRAÇÕES

Cabe ao usuário, estabelecer a periodicidade entre calibrações do instrumento.___________________________________________________________________________________________

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ANEXO A

CÁLCULO DA PRESSÃO DE REFERÊNCIA

A equação de medição de pressão por uma balança de pressão é definida pela expressão:

Onde,mp = massa do pistão (kg)a = massa específica do ar (kg/m³)mp = massa específica do material do pistão (kg/m³)m = somatório das massas atuantes no topo do pistão (kg)m = massa específica do material das massas (kg/m³) gl = aceleração devida à gravidade local (m/s²) = tensão superficial do fluído (N/m)C = comprimento da circunferência do pistão (m)A 0,20 = área do comprimento pistão cilindro (m²)c,p = coeficiente de dilatação térmica linear do conjunto pistão-cilindro (C-1)t = temperatura no momento da medição (C) = coeficiente de deformação do conjunto pistão-cilindro (Pressão-1)pn = pressão nominal da medição (Pressão)óleo = massa específica do óleo utilizado (kg/m³)h = diferença de altura entre a base do pistão e o instrumento a calibrar

2 - A pressão de referência determinada para um medidor analógico padrão é definida a partir da sua curva de calibração a qual é definida pela expressão:

onde:

Pref = Pressão de referência referente a cada indicação do medidor analógico padrãoa = Coeficiente linear da curva de calibração do medidor analógico padrãob = Coeficiente angular da curva de calibração do medidor analógico padrãoPi = Pressão indicada pelo medidor analógico padrão

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ANEXO B

TABELA DE CONVERSÃO DE UNIDADES

=

Pa

(N/m2) bar

(*)

psi

(*)

kgf/cm2

(*) (**)

mm Hg = Torr

(*)(**)

in Hg

(*)(***)

m H2O

(*)(***)

in H2O

1Pa =

(N/m2) 1

1,000000

x 10-5

1,450377

x 10-4

1,019716

x 10-5

7,500627

x 10-3

2,953003

x 10-4

1,019716

x 10-4

4,014531

x 10-3

1 bar =

1,00000

x 105 1

1,450377

x 10

1,019716 7,500627

x 102

2,953003

x 10

1,019716

x 10

4,014631

x 102

(*)

1 psi =

6,894757

x 103

6,894757

x 10-2 1

7,030696

x 10-2

5,171500

x 10

2,036024 7,030696

x 10-1

2,767990

x 10

(*)

1 kgf/cm2 =

9,806650

x 104

9,806650

x 10-1

1,422334

x 10 1

7,355602

x 102

2,895906

x 10

1,000000

x 10

3,937008

x 102

(*) (**)

1 mm Hg =

1,333222

x 102

1,333222

x 10- 3

1,933675

x 10- 2

1,359508

x 10- 3 1

3,937008

x 10- 2

1,359508

x 10- 2

5,352394

x 10- 1

(*)(**)

1 in Hg =

3,386384

x 10 3

3,386384

x 10 2

4,911534

x 10 –1

3,453150

x 10 -2

2,540000

x 10 1

3,453150

x 10 –1

1,359508

x 10

(*)(***)

1 m H2O =

9,806650

x 10 3

9,806650

x 10 –2

1,422334 1,000000

x 10 -1

7,355602

x 10

2,895906

1

3,937008

x 10

(*)(***)

1 in H2O =

2,490889

x 10 2

2,490889

x 10 - 3

3,612729

x 10 – 2

2,540000

x 10 - 3

1,868323 7,355602

x 10 - 2

2,540000

x 10 - 21

Observações

1.(*) g = 9,80665 m/s2( aceleração normal da gravidade)

2.(**)Hg = 1,359508x104kg/m3 (massa específica do mercúrio a 0 C e submetida a uma pressão barométrica de 101325 Pa)

3. (***) H2O = 1,000000x103kg/m3(massa específica da água a 4o C e submetida a uma pressão barométrica de 101325 Pa)

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ANEXO C

PLANILHA DE INCERTEZAS DE MANÔMETROS, MANOVACUÔMETROS E VACUÔMETROS ANALÓGICOS

Fontes de incerteza

Valor(kPa)

Distribuição Divisor Coef. de sensibilidade

Incerteza(kPa)

Grau de liberdade

Repetição das indicações do

instrumento no ponto

4 Normal 4 1 2 3

Incerteza da calibração do

padrão1 Normal 2 -1 0,5

**Curva de calibração do

padrão0,02 Normal 1 1 0,02 n-2

Resolução do instrumento 10 Retangular

3* ou

6*

15,8

Incerteza combinada

- Normal - 6,2 >100

Incerteza expandida

-

Normalk=2

95,45%- - 12 >100

*Distribuição retangular ou distribuição triangular** Padrão de pressão do tipo indireto

A resolução é definida como a razão entre o espaçamento entre duas marcas sucessivas da escala e a espessura do ponteiro, devendo ter como valores limites 2 e 10.

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ANEXO D

ESTIMATIVA DA INCERTEZA DE MEDIÇÃO EM UM PONTO INTERPOLADO NA CURVA DE CALIBRAÇÃO DO PADRÃO

Incerteza de qualquer valor interpolado na curva de calibração

(*)

Neste caso as grandezas de entrada são os coeficientes a e b deste modo então:

e logo a equação (*) fica:

Onde Pi é a pressão indicada pelo manômetro padrão

*Incerteza de qualquer ponto interpolado na curva de calibração do manômetro padrão

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ANEXO E

TIPOS DE ESCALAS DE MEDIDORES ANALÓGICOS DE PRESSÃO

Faixa de Escala Comum

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Faixa de Escala Expandida – 0 a 10 Faixa de Escala de Zero Suprimido

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