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1 Prof. Ana Sampaio 2015/2016 Curso Profissional de Técnico de Energias Renováveis - Solar Tecnologia e Processos A Metrologia é definida como a ciência da medição. A medição é uma operação de grande importância para diversas actividades, porque, através dela será possível garantir o nível de Qualidade definido para o processo produtivo, produto ou serviço. Neste módulo, pretende-se sensibilizar o aluno para os conceitos e processos de medição, para a utilização do instrumento de medição mais adequado para medir determinada grandeza, para o cumprimento das normas aplicáveis em determinado processo, para o conhecimento da influência dos erros associados a cada medição e para a gestão dos equipamentos de metrologia. SUBSISTEMA NACIONAL DE METROLOGIA Conceito e História da Metrologia Metrologia, palavra de origem grega (metron, medida; logos, tratado), é a ciência dos pesos e medidas ou, se se quiser, a ciência da instrumentação e das medidas com ela realizadas. A Metrologia é a ciência da medição, englobando tudo o que a ela diz respeito, tratando em particular dos instrumentos de medição, das técnicas de medição e do tratamento dos resultados da medição. A Metrologia faz parte do dia a dia, constituindo uma ferramenta indispensável para a ciência, a indústria, o comércio, os transportes, a medicina e muitas outras áreas. Ela é a ciência da medição (massa, comprimento, temperatura, pressão, etc.).

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Apontamentos Metrologia 10º Ano

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Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Curso Profissional de Técnico de Energias Renováveis - Solar

Tecnologia e Processos

A Metrologia é definida como a ciência da medição.

A medição é uma operação de grande importância para diversas actividades,

porque, através dela será possível garantir o nível de Qualidade definido para o

processo produtivo, produto ou serviço.

Neste módulo, pretende-se sensibilizar o aluno para os conceitos e processos

de medição, para a utilização do instrumento de medição mais adequado para

medir determinada grandeza, para o cumprimento das normas aplicáveis em

determinado processo, para o conhecimento da influência dos erros associados

a cada medição e para a gestão dos equipamentos de metrologia.

SUBSISTEMA NACIONAL DE METROLOGIA

Conceito e História da Metrologia

Metrologia, palavra de origem grega (metron, medida; logos, tratado), é a

ciência dos pesos e medidas ou, se se quiser, a ciência da instrumentação e

das medidas com ela realizadas.

A Metrologia é a ciência da medição, englobando tudo o que a ela diz respeito,

tratando em particular dos instrumentos de medição, das técnicas de medição

e do tratamento dos resultados da medição.

A Metrologia faz parte do dia a dia, constituindo uma ferramenta indispensável

para a ciência, a indústria, o comércio, os transportes, a medicina e muitas

outras áreas.

Ela é a ciência da medição (massa, comprimento, temperatura, pressão, etc.).

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2 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

O objectivo central da Metrologia é a determinação do valor numérico de

uma grandeza mensurável.

Para tal ter-se-á de executar um conjunto de operações, medida ou medição,

utilizando dispositivos apropriados, aparelhos ou instrumentos de medida ou de

medição.

O conceito de grandeza mensurável é aplicável a todo e qualquer atributo de

um fenómeno, corpo ou substância susceptível de ser caracterizado qualitativa

e quantitativamente.

Desde a mais longínqua antiguidade, o homem sentiu necessidade de medir.

Medir terrenos, as pedras que talhava, o tecido que fiava, etc. Relacionou

então, as medidas com o seu próprio corpo, mas rapidamente verificou que

todos os pés têm dimensões diferentes, assim como os polegares ou os

braços. Daí passar a considerar como padrões, as dimensões do chefe da tribo

ou do rei. Por isso, as medições variavam de região para região, ou de nação

para nação. Por vezes chegavam a variar dentro de uma mesma cidade.

Com o desenvolvimento das relações entre os povos, rapidamente se chegou a

uma situação de anarquia e conflitos nas trocas comerciais. Começou então a

sentir-se a necessidade de unificar as medidas e os primeiros esforços

conhecidos datam do século XIV, em que os reis de França tentaram, embora

com pouco sucesso, a unificação das medidas dentro do seu reino.

No século XVII houve um grande avanço, com o aparecimento de uma unidade

denominada TOESA. Essa unidade (cerca de 1,95m) estava materializada por

uma barra de ferro colocada num muro de um castelo perto da cidade de Paris,

para que cada um aí, pudesse comparar o seu padrão.

No século XVIII é criado o sistema métrico.

Em França decidiu-se abandonar todas as unidades até aí utilizadas e foi

criada a nova unidade chamada Metro e os seus submúltiplos.

Surgiu também o sistema Inglês que é convertível no sistema métrico cuja

unidade mais utilizada é a polegada.

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Até hoje a unidade Metro já teve 5 (cinco) definições diferentes.

1ª Definição do metro (1793)

Décima milionésima parte do quarto do meridiano terrestre que passa por

Paris.

Mas o desenvolvimento de técnicas de medição originou posteriores

correcções o que levaria a que a definição do metro viesse a sofrer

modificações ao longo do tempo.

2ª Definição do metro (1799)

Distância entre os topos de uma barra de platina a 0 °C.

A exactidão deste padrão era da ordem do 0,1 mm, o que era manifestamente

inadequado para os desenvolvimentos que se vieram a verificar nas

tecnologias e nas ciências, levando assim a novas definições.

3ª Definição do metro (1889)

Distância entre dois traços centrais marcados numa barra de platina

iridiada, de secção em “X”, à temperatura de 0 ºC.

A 1ª Conferência Geral de Pesos e Medidas mandou fabricar trinta padrões,

entre os quais foi escolhido o padrão de referência, passando a ser este o

padrão por onde todos os outros eram calibrados. A exactidão destes padrões

era de 0,1 μm.

Portugal contava-se entre os países aderentes, sendo, conjuntamente com o

padrão de massa, atribuído o nº 10 às cópias dos padrões protótipos nacionais.

Gradualmente foi-se sentindo que esta definição era insuficiente, tendo-se

chegado à conclusão ser necessário redefini-la em termos naturais,

principalmente quando em 1937 se fez nova marcação de traços no padrão

existente. De facto, trabalhos desenvolvidos, principalmente pela SGIP (Suíça)

revelaram que a resolução das medições era já superior à espessura dos

traços.

Tudo apontava já para uma definição baseada na natureza ondulatória da luz.

Já em 1864 o físico francês Fizeau tinha escrito: “um raio de luz, com todas as

suas séries de ondulações muito ténues, mas perfeitamente regulares, pode

ser considerado, de algum modo, como um micrómetro natural da maior

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perfeição e particularmente apropriado a determinar comprimentos

extremamente pequenos”.

Em 1948 a 9ª Conferência Geral de Pesos e Medidas adoptou uma resolução

na qual reconhecia que o metro pode ser definido em termos de comprimento

de onda da radiação de um isótopo, embora não tivesse referido qual o

elemento a utilizar.

Em 1954 foi publicado pela SGIP um estudo onde era preconizada a

redefinição do metro com base no comprimento de onda emitida por uma

radiação de mercúrio-198.

4ª Definição do metro (1960)

Comprimento igual a 1 650 763,73 comprimentos de onda, no vazio, da

radiação correspondente à transição entre os níveis 2p e 5d do átomo de

cripton-86

A definição tinha finalmente transitado para um método considerado

praticamente perfeito, ou seja, com referência às características da radiação

luminosa. Mas a rápida evolução que se fez sentir na radiação laser manteve

acesa a chama de descontentamento dos físicos e metrologistas, que

procuravam uma constante mais universal. Uma grandeza de muito boa

exactidão era, e ainda é, a unidade de tempo aquela que se encontrava ligada

a uma melhor incerteza - e a constante universal ligada ao tempo é a

velocidade da luz no vazio. Daí vem a definição actual do metro.

5ª Definição do metro (1983)

A última data de 1983 e define o Metro como:

O metro é o comprimento do trajecto percorrido pela luz no vazio durante

um intervalo de tempo de 1/299 792 458 do segundo.

Esta definição poderá vir a ser alterada, mas não se vislumbra qualquer

tendência para que deixe de ser utilizada a radiação luminosa como base

fundamental para padrão natural da grandeza distância.

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Domínio de actividade

Actua em todos os domínios de actividade desde a Industria, o comércio e

serviços.

Basicamente, a metrologia está dividida em três grandes áreas ou

categorias:

Metrologia Científica (primária ou fundamental) - utiliza instrumentos

laboratoriais, pesquisas e metodologias científicas, que têm por base padrões

de medição nacionais e internacionais, para o alcance de altos níveis de

qualidade metrológica.

Realização física, conservação e desenvolvimento de padrões;

Laboratórios primários.

Metrologia Industrial - os sistemas de medição controlam processos

produtivos industriais e são responsáveis pela garantia da qualidade dos

produtos acabados.

Integração em cadeias hierarquizadas de padrões;

Laboratórios acreditados.

Metrologia Legal - controla e fiscaliza todos aqueles instrumentos e medidas

que estão relacionadas com o consumidor.

Instrumentos de medição regulamentados;

Níveis de actuação.

Operações de controlo metrológico

O sistema de controlo metrológico compreende uma ou mais das seguintes

operações:

Aprovação do modelo;

Primeira Verificação;

Verificação periódica;

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6 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Verificações extraordinárias;

Estrutura Nacional

Conselho Nacional da Qualidade

Comissões Permanentes

Comissões Técnicas

Sistema português da qualidade – estrutura base para a certificação e

qualidade em termos de qualidade.

Criado em 1983 (Decreto-Lei 165/83 sendo então denominado Sistema de

Gestão da Qualidade.

«Sistema Português da Qualidade (SPQ)» o conjunto integrado de entidades

e organizações interrelacionadas e interactuantes que, seguindo princípios

regras e procedimentos aceites internacionalmente, congrega esforços para

dinamização da qualidade em Portugal e assegura a coordenação dos três

subsistemas – da normalização, da qualidade e da metrologia - com vista ao

desenvolvimento sustentado do País e ao aumento da qualidade de vida da

sociedade em geral.

Decreto-lei 142/2007

O Subsistema da Metrologia

«Subsistema da metrologia» é o subsistema do SPQ que garante o rigor e a

exactidão das medições realizadas, assegurando a sua comparabilidade e

rastreabilidade, a nível nacional e internacional, e a realização, manutenção e

desenvolvimento dos padrões das unidades de medida.

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7 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Decreto-lei 142/2007

Os outros subsistemas são:

«Subsistema da normalização» o subsistema do SPQ que enquadra as

actividades de elaboração de normas e outros documentos de carácter

normativo de âmbito nacional, europeu e internacional.

«Subsistema da qualidade» o subsistema do SPQ que enquadra as

actividades da acreditação, da certificação e outras de reconhecimento de

competências e de avaliação da conformidade, no âmbito do SPQ.

O organismo que dirige toda a estrutura nacional da qualidade é o IPQ,

apoiando-se, este, em outros organismos estatais ou privados (Comissões

Permanentes e Comissões Técnicas).

Instituto Português da Qualidade - http://www.ipq.pt/

Departamento de Metrologia

Missão

Assegurar o rigor e a rastreabilidade das medições no território nacional.

Visão

Assegurar os padrões de medida necessários à indústria e à sociedade

portuguesa em geral e contribuir para a construção de uma liderança

metrológica europeia no quadro da economia mundial.

http://www.ipq.pt/museu/index.htm - Museu de Metrologia

SISTEMAS DE UNIDADES

Grandeza e Unidades

Grandeza

Define-se grandeza, como sendo uma propriedade susceptível de ser medida.

É possível medir uma grandeza de modo a definir a sua dimensão.

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8 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Como exemplos de grandezas, entre tantas outras, temos a pressão, o

comprimento, a temperatura, o tempo, a massa, o volume e a velocidade.

Todas as grandezas são identificadas com um símbolo característico, e estão

associadas a uma unidade de medida como veremos mais à frente.

GRANDEZAS DE BASE

Existem as chamadas grandezas de base ou fundamentais, independentes

umas das outras, a partir das quais se podem definir todas as outras

grandezas.

GRANDEZAS DERIVADAS

São grandezas que derivam das grandezas base.

Estas grandezas são determinadas por relações entre as grandezas de base.

EXEMPLO:

A grandeza derivada designada por velocidade, é obtida pela relação entre as

grandezas de base comprimento (ou espaço) e tempo. A velocidade de um

corpo não é mais que o espaço por ele percorrido por unidade de tempo.

Exemplos de grandezas derivadas.

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UNIDADES

Define-se unidade como sendo uma grandeza tomada como termo de

comparação, entre grandezas da mesma espécie. É então, uma grandeza

convencional, que numa classe de grandezas, serve de padrão de medida.

Os números que resultam dessas comparações dão as medidas dessas

grandezas.

O resultado de uma medição não é, geralmente, apenas um número. Dizer que

o comprimento de uma barra é 10 não tem qualquer significado. Mas se

completarmos a informação dizendo que o comprimento da barra é, por

exemplo, de 10 mm, 10 cm ou de 10 m, já passa a ser uma informação com

significado.

Daqui se vê a grande importância das unidades, e a necessidade de as

conhecer e saber utilizar correctamente. No caso concreto das Energias

Renováveis, torna-se impossível a um profissional do ramo, exercer o seu

trabalho diário sem dominar as unidades que dizem respeito às grandezas com

que trabalha. Um profissional que não domine as unidades, pode até, em

determinadas situações, colocar em risco a sua segurança e a dos seus

colegas de trabalho.

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (S.I.)

As unidades são como já vimos indispensáveis nas várias áreas da actividade

humana.

A existência de um sistema de unidades único em todo o mundo, tem uma

grande importância, principalmente hoje, em que os Países estão todos

interligados, fazendo trocas comerciais entre si.

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10 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Imaginemos a situação que era, se cada País utiliza-se para as mesmas

grandezas, o seu próprio sistema de unidades. Seria despendido um esforço

desnecessário na conversão de unidades de uns sistemas para os outros, e

que daria origem a frequentes erros.

Assim, com o objectivo de que todos trabalhem com o mesmo sistema de

unidades, foi estabelecido o Sistema Internacional de Unidades (S.I.).

Sistema Internacional de Unidades é um conjunto sistematizado e

padronizado de definições para unidades de medida, utilizado em quase todo o

mundo moderno, que visa a uniformizar e facilitar as medições e as relações

internacionais daí decorrentes.

O Sistema Internacional de Unidades em Portugal

O Sistema Internacional de Unidades (SI) foi criado em 1960 pela 11ª

Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) e adoptado em Portugal pelo

Decreto-Lei n.° 427/83, de 7 de Dezembro, revisto posteriormente pelo

Decreto-Lei nº 238/94, de 19 de Setembro e pelo Decreto-Lei nº 254/2002, de

22 de Novembro, como o sistema legal de unidades de medida.

Composição do SI

Foi determinado igualmente o uso dos múltiplos e submúltiplos daquele

sistema, bem como as regras para a escrita dos símbolos. Alterações

posteriores, aprovadas pela CGPM em 1995, justificam agora esta Publicação.

O SI é composto por (20ª CGPM de 1995)

Unidades de base

Unidades derivadas

Representação das grandezas de base com as respectivas unidades

adoptadas pelo Sistema Internacional de Unidades (S.I.).

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11 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

As unidades das grandezas derivadas, são unidades que derivam das

unidades das grandezas de base, ou seja das unidades de base.

EXEMPLO:

A unidade da grandeza Força é o Newton. O Newton, cujo símbolo é N, é uma

unidade que deriva das unidades de base quilograma(kg), metro(m) e

segundo(s).

A tabela seguinte representa algumas grandezas derivadas com as respectivas

unidades adoptadas pelo Sistema Internacional de Unidades (S.I.)

Cada unidade pode dividir-se em múltiplos e submúltiplos dela própria, que são

utilizados conforme o tipo de medição que se efectua, como veremos a seguir.

Dado que o assunto deste módulo é a Metrologia aplicada à área da Mecânica,

a tabela seguinte representa alguns múltiplos e submúltiplos da unidade de

comprimento do Sistema Internacional de Unidades (S.I.), que é o Metro.

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12 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Estes múltiplos e submúltiplos da unidade de comprimento metro, são usados

conforme as situações.

Por exemplo:

Quilómetro - Quando nos referimos a distâncias percorridas por automóveis.

Decímetro - No cálculo de volumes.

Milímetro - No desenho técnico e nas oficinas de Mecânica.

Mícron - Medições de grande precisão.

EXEMPLO:

Diâmetro de um furo de 15mm, um parafuso de 50mm de comprimento e rosca

com um passo de 1,25mm.

SISTEMA MÉTRICO

O sistema métrico, como o próprio nome indica, utiliza como unidade

fundamental de comprimento o Metro (m). Assim, quando nas medições que

efectuamos, utilizamos instrumentos de medição com escalas graduadas na

unidade metro e seus múltiplos e submúltiplos estamos a utilizar o sistema

métrico.

SISTEMA INGLÊS

O sistema Inglês é um sistema hoje em dia bastante menos utilizado que o

sistema métrico.

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13 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Este sistema utiliza como unidade fundamental de comprimento, o pé cujo

símbolo é ft.

A libra "lb", é a unidade de massa definida como exactamente 0,45359237 kg.

Uma unidade submúltipla do pé é a polegada.

1 polegada = 1/12 ft

O símbolo da polegada é in que vem do termo inglês “inch”, mas normalmente

representam-se os valores em polegadas colocando aspas (“) por cima e para

a frente do número.

Uma Polegada = 2,54cm

Um Pé = 30,48cm

Exemplo: 3 polegadas representam-se por 3”.

A polegada relaciona-se com o metro da seguinte maneira:

1 polegada = 0,0254 m = 2,54 cm = 25,400 mm

Nota: Os dois zeros à direita do quatro, significam que o valor da polegada é

tomado com a aproximação às milésimas.

CONVERSÃO DE POLEGADAS EM MILÍMETROS

O milímetro é a unidade de medida mais utilizada em oficinas de mecânica. No

entanto, actualmente ainda se recorre à unidade inglesa, a polegada. Assim,

pode encontrar-se a designação de polegadas em medidas de diâmetros de

parafusos, pernos, roscas, perfis, etc.

Deste modo, existe muitas vezes a necessidade de converter polegadas em

milímetros ou, pelo contrário, converter os milímetros em polegadas.

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14 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Existem tabelas às quais podemos recorrer para fazer a conversão das

unidades. No entanto, devemos estar preparados para a eventualidade de não

existir nenhuma tabela quando for necessário. Por isso vamos aprender a fazer

a conversão através de cálculo:

Na prática o que se faz, sem entrarmos em teoria matemática, é o seguinte:

Se o valor que temos em polegadas for um número inteiro (por exemplo: 1”, 4” ,

20” ) ou um número fraccionário, por exemplo: 5"

32 basta multiplicar esse

número inteiro ou fraccionário por 25,400 mm.

Se o valor em polegadas for um número misto fraccionário, transforma-se esse

número em número fraccionário, e multiplica-se então por 25,400mm.

EXEMPLO:

Suponhamos que se pretende transformar 15"32

em milímetros, com a

aproximação até às milésimas.

Primeiro transforma-se o número misto fraccionário em número fraccionário:

15"

32=

32"

32+

5"

32=

37"

32

Sabendo que, 1” = 25,400 mm

tem-se, 37

32× 25,400 = 26,368 𝑚𝑚

CONVERSÃO DE MILÍMETROS EM POLEGADAS

O que se faz é o seguinte:

Primeiro escolhe-se o submúltiplo da polegada em que se pretende exprimir a

medida (será uma fracção de numerador 1 e de denominador igual a uma

potência de 2, ou seja 2, 4, 8, 16, 32, ou 64, etc.).

A seguir, divide-se o número dado em milímetros por 25,4.

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15 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

E por fim multiplica-se e divide-se o resultado pelo submúltiplo escolhido.

EXEMPLO:

Suponhamos que queremos converter em polegadas o valor 8,725mm com

uma aproximação de dezasseis avos (1/16) de polegada.

Queremos que o resultado venha expresso em 1"

16 de polegada.

O denominador é então 16.

(8,72525,4

) × 16

16=

0,3435039 × 16

16≅

5"

16

Outros sistemas de unidades utilizados

CGS

Sistema CGS de unidades é um sistema de unidades de medidas físicas, ou

sistema dimensional, de tipologia LMT (comprimento, massa tempo), cujas

unidades base são:

centímetro comprimento,

grama massa,

segundo tempo

Foi adoptado em 1881 no Congresso Internacional de Electricidade.

CGS é, assim, um acrónimo maiúsculo para centímetro–grama–segundo.

MKS

Sistema MKS de unidades é um sistema de unidades de medidas físicas, ou

sistema dimensional, de tipologia LMT (comprimento, massa tempo), cujas

unidades base são:

metro comprimento,

quilograma massa,

segundo tempo.

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16 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

MKS é um acrónimo maiúsculo para metro–kg (quilograma)–segundo.

É o sistema de unidades físicas essencial que originou o Sistema Internacional

de Unidades (SI), por este sendo substituído.

MKSA

Utilizado no Electromagnetismo. As grandezas de base são quatro:

comprimento, massa, tempo e intensidade de corrente eléctrica

Unidades base são:

metro comprimento,

quilograma massa,

segundo tempo,

amper intensidade de corrente eléctrica

MKSA é um acrónimo maiúsculo para metro–kg (quilograma)–segundo–amper.

Curiosidades:

Nas civilizações antigas (egípcias, gregas e romanas) o corpo humano era a

referência para o sistema de medidas vigente.

Ainda hoje são conhecidas algumas dessas medidas: côvado (egípcios); pé

(gregos e romanos); passo (romanos – cerca de 80 cm); mão-travessa

(romanos e egípcios)…

1 côvado são 7 mão-travessa

Em Portugal foram introduzidas, algumas medidas, pelos árabes e outras

civilizações mais antigas, tais como:

Polegada

Légua – 5 km

Braça

Almude – 25 litros ou 30 litros – equivalente a 2 cântaros

Alqueire – vale 12 a 15 kg

Rasa – vale 10 a 12 kg

Pipa – leva cerca de 534 litros

Arroba – 15 kg

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17 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

UNIDADES ANGULARES (suplementares)

As unidades angulares são utilizadas na medição de ângulos.

As unidades angulares mais utilizadas na medição de ângulos são as

seguintes:

Grau

Grado

Radiano

Regras de Escrita e de Utilização dos Símbolos das Unidades

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18 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

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19 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Algumas incorrecções frequentes

É óbvio que só deverão ser utilizados símbolos correctos. A ausência de informação

de alguns utilizadores, assim como o tradicional "acho que…" onde se confunde um

mero palpite com uma certeza bem documentada conduzem a diversas incorrecções

que urge rectificar. E isto não se limita apenas aos termos e símbolos especializados.

Também há inúmeros casos na linguagem corrente do dia-a-dia. Indicam-se alguns

exemplos no quadro seguinte, mas podiam citar-se muitos mais:

Exemplos de mau uso da simbologia e terminologia das grandezas e unidades físicas

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20 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

O que são normas?

São documentos resultantes de um consenso, aprovados por um organismo de

normalização reconhecido, que estabelecem regras, guias ou características de

produtos ou serviços, assentes em resultados consolidados, científicos,

técnicos ou experimentais.

As normas visam a optimização dos benefícios para a comunidade

DIÁLOGO + CONSENSO = NORMAS

Exemplo:

NP EN ISO 9000

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21 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

As normas portuguesas têm o prefixo NP, mas para além destas existem

normas portuguesas que adoptam uma norma europeia e nesse caso

designam-se por NP EN.

As NP EN ISO identificam as normas portuguesas, que resultaram da adopção

de uma norma europeia, que por sua vez resultou da adopção de uma norma

internacional.

Vocabulário Internacional de Metrologia

ISO - Organização Internacional de Normalização é uma entidade que

actualmente congrega os grémios de padronização/normalização de 170

países.

Em Inglês: International Organization for Standardization;

Francês: L'Organisation internationale de normalisation.

Fundada em 23 de Fevereiro de 1947, em Genebra, na Suíça, a ISO aprova

normas internacionais em todos os campos técnicos.

Organização responsável pela ISO em Portugal é o IPQ – Instituto Português

da Qualidades.

Em todos os domínios da ciência e da tecnologia a terminologia deve ser

cuidadosamente escolhida. Cada termo deve ter o mesmo significado para

todos os utilizadores, deve exprimir um conceito definido, sem entrar em

conflito com a linguagem comum.

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22 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Para tentar resolver este problema a nível internacional, o grupo de Metrologia

da ISO propôs às principais organizações internacionais que se ocupam da

Metrologia o VIM – Vocabulário Internacional de Metrologia.

Os termos e as definições constam do VIM e das normas ISO 9000 e ISO

10012.

ISO 9000 – sistemas de gestão da qualidade – fundamentos e vocabulário.

ISO 10012 – sistemas de gestão de medição – requisitos para a medição,

processos e equipamentos.

O Vocabulário Internacional de Metrologia ([IPQ, 1996]) é uma ferramenta

imprescindível que estabelece os termos utilizados na metrologia, bem como o

seu significado.

Este vocabulário está estruturado em seis capítulos:

1. Grandezas e Unidades

2. Medições

3. Resultados de Medição

4. Instrumentos de Medição

5. Características dos Instrumentos de Medição

6. Padrões

Além disso, disponibiliza um vocabulário trilingue (Português, Francês e

Inglês), onde todos os termos metrológicos aparecem nas três línguas.

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23 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

CADEIAS HIERARQUIZADAS DE PADRÕES

Padrão

Um padrão é um instrumento ou um sistema de medição destinado a definir ou

materializar, conservar ou reproduzir, uma unidade, ou um ou vários valores

conhecidos de uma grandeza.

Padrão (padrão de medição):

“realização da definição de uma dada grandeza, com um valor determinado e

associado a uma incerteza de medição, tomado como referência.” (VIM 2008)

Como exemplos de padrões de medição podemos considerar:

Padrão de massa de 1 kg com uma incerteza padrão de medição

associada de 3 µg;

Resistência-padrão de 100 _ com uma incerteza-padrão de medição

associada de 1 μΏ.

Padrão de frequência de césio com uma incerteza-padrão relativa de

medição associada de 2 × 10-15.

Eléctrodo de referência de hidrogénio com um valor de 7,072 e com uma

incerteza-padrão de medição associada de 0,006.

Conjunto de soluções de referência de cortisona no serum humano com

um valor certificado e uma incerteza-padrão de medição para cada

solução.

Material de referência fornecendo valores da grandeza com incertezas-

padrão de medição para a concentração mássica para cada uma de dez

proteínas diferentes.

Os padrões estão organizados numa hierarquia de qualidade: Padrões

Internacionais, Padrões Primários, Padrões Secundários e Padrões de

Trabalho.

Esta hierarquia de padrões está representada na Figura 1.

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24 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Classificação dos Padrões

• Internacional

• Nacional

• Padrão primário

• Padrão secundário: calibrado pelo primário

• Padrão de referência: padrão “primário” local

• Padrão de transferência: intermediário entre padrões primários e secundários

• Padrão de trabalho

PADRÃO INTERNACIONAL

Um padrão internacional é um padrão reconhecido por um acordo

internacional para servir de base (internacional) à fixação dos valores de outros

padrões da grandeza a que respeita ([IPQ, 1996]).

“Padrão reconhecido pelos signatários de um acordo internacional e destinado

a utilização universal.” (VIM)

EXEMPLOS:

O protótipo internacional do quilograma.

Os padrões internacionais são periodicamente avaliados e testados através de

medições absolutas em termos das unidades fundamentais.

Estes padrões são mantidos no Bureau International de Poids et Mesures -

BIPM e não estão disponíveis ao utilizador normal para comparação ou

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25 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

calibração. Esta organização, sitiada em Paris, tem a responsabilidade de

([Cabral, 1994]):

Estabelecer os padrões das grandezas fundamentais e as escalas das

principais grandezas físicas e conservar os padrões internacionais.

Efectuar a comparação de padrões nacionais e internacionais.

Assegurar a coordenação das técnicas de medição correspondentes.

Efectuar e coordenar as determinações relativas às constantes físicas

que intervêmnas actividades acima referidas (condições de temperatura,

humidade, etc.).

PADRÃO NACIONAL

“padrão reconhecido por uma entidade nacional para servir de referência num

Estado ou economia, na atribuição de valores a outros padrões de grandezas

da mesma natureza” (VIM)

PADRÃO PRIMÁRIO

“padrão estabelecido através de um procedimento de medição primário ou

criado como artefacto escolhido por convenção”

Um padrão primário é designado ou é largamente reconhecido como

possuindo as mais elevadas qualidades metrológicas, e cujo o valor é aceite

sem referência a outros padrões da mesma grandeza.

No caso português, a manutenção dos padrões primários, bem como a

acreditação dos Laboratórios de Calibração, são responsabilidade do Instituto

Português da Qualidade - IPQ, por intermédio respectivamente do seu

Laboratório Central de Metrologia e do seu Serviço de Acreditação.

Estes padrões não são disponibilizados para usos externos aos laboratórios

nacionais, pelo que a sua principal função é calibrar os padrões secundários.

Estes laboratórios emitem certificados de calibração para os padrões

secundários, normalmente mantidos pelos laboratórios de calibração

acreditados.

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26 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

PADRÃO SECUNDÁRIO

“padrão estabelecido por intermédio de uma calibração com um padrão

primário para uma grandeza da mesma natureza”

Os padrões secundários são os padrões de referência utilizados em

laboratórios industriais e são normalmente mantidos por uma empresa em

particular.

Estes padrões são enviados periodicamente aos laboratórios nacionais para

calibração e comparação com os padrões primários.

Nos Laboratórios de Calibração acreditados pelo IPQ, tal como o Laboratório

de Metrologia do Instituto Electrotécnico Português - IEP, existem padrões

secundários.

PADRÃO DE REFERÊNCIA

“padrão concebido para a calibração de outros padrões de grandezas da

mesma natureza numa dada organização ou num dado local”

PADRÃO DE TRABALHO

“padrão que é usado correntemente para calibrar ou verificar instrumentos de

medição ou sistemas de medição”

Num laboratório de medição, é fundamental a existência de um (ou vários)

padrão de trabalho. Estes, em geral, são utilizados em testes e calibrações de

outros instrumentos de laboratórios ou instrumentos de aplicações industriais.

Um fabricante de resistências de grande exactidão, por exemplo, pode utilizar

uma resistência padrão no departamento de controlo de qualidade, para

verificar o equipamento de teste das resistências. Neste caso, o fabricante

estará a verificar se a sua planta industrial processa de acordo com os limites

de exactidão preestabelecidos.

PADRÃO ITINERANTE

“padrão, por vezes de construção especial, previsto para ser transportado entre

diferentes locais”

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27 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

PADRÃO INTRÍNSECO

“padrão baseado numa propriedade inerente e reprodutível de um fenómeno ou

substância”

Os padrões devem ser mantidos em boas condições de conservação e

verificadas as suas propriedades metrológicas em intervalos de tempo

definidos.

Rastreabilidade e Calibração

Rastreabilidade:

Propriedade do resultado de uma medição ou o valor de um padrão que

consiste em poder relacionar-se a referências determinadas, geralmente

padrões nacionais ou internacionais, por intermédio de uma cadeia ininterrupta

da comparações, tendo todas incertezas determinadas.

Cadeia de rastreabilidade:

Cadeia de rastreabilidade é um conjunto ininterrupto de comparações que

asseguram que o resultado duma medição ou o valor de um padrão, se

relaciona com as referências de nível mais elevado, terminando no nível do

padrão primário.

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28 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Calibração

Calibração - Conjunto de operações que estabelecem, em condições

especificadas, a relação entre valores de grandezas indicados por um

instrumento de medida ou sistema de medição e os correspondentes valores

realizados por um padrão.

O resultado da calibração pode ser registado num documento, chamado de

certificado de calibração ou relatório de calibração.

Comparação entre um instrumento de incerteza conhecia (Padrão/Calibrador)

com outro de incerteza desconhecida (Mensurada - grandeza que se pretende

medir).

SI

BIPM

Padrão Internacional

LNM

Padrões Nacionais

Laboratórios de Calibração Acreditados

Padrões de Referência

Laboratórios de Calibração das Empresas/Instituições (in-house)

Padrões de Trabalho e Transferência

Todas as secções das Empresas/Instituições

Equipamentos de Medição e Ensaio

Produtos

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29 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Resumo:

Ferramenta básica para assegurar a rastreabilidade de uma medição

Envolve a determinação das características metrológicas de um

instrumento

Conseguida através de uma comparação directa com padrões

Certificado de calibração e etiqueta

GESTÃO DOS INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO

A gestão dos instrumentos de medição abrange o conjunto das acções a

desenvolver para constituir e manter o parque de instrumentos de medição

necessário à satisfação das necessidades da empresa/indústria.

Esta gestão deve ter em conta:

Primeiro:

A análise da necessidade e a escolha dos instrumentos de medição.

Depois:

A recepção, a colocação em serviço e o acompanhamento dos

instrumentos.

A calibração ou verificação dos instrumentos e as decisões que daí

decorrem.

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30 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Análise da Necessidade e Escolha dos Instrumentos de

Medição

Diversos factores devem ser considerados antes de escolher os instrumentos

de medição a adquirir:

Necessidades técnicas.

Condições comerciais.

Experiência e avaliação anteriores desses instrumentos

Necessidades Técnicas

As necessidades técnicas da empresa vão condicionar as características

técnicas dos instrumentos de medição a adquirir.

Devemos ter em conta:

a qualidade da medição dos instrumentos de medição

a exigência requerida pela empresa nas medições

a exactidão das medições.

Quando da aquisição de vários instrumentos, devemos preservar a

homogeneidade (semelhantes) do parque de instrumentos.

Repare-se que, por exemplo, se todos os instrumentos de medição adquiridos

para uma dada função forem das mesmas marca e modelo, reduzem-se os

custos, tanto de formação dos utilizadores como de manutenção desse

equipamento.

Para os instrumentos novos ou que fujam do quadro habitual da empresa, pode

ser importante prever, com o fornecedor, as condições e o conteúdo da

assistência técnica a prestar-lhes, pelo menos no início da sua utilização

(caso da formação ao pessoal sobre um dado equipamento).

É necessário prever o envio (pelo fornecedor dos instrumentos de medição) da

documentação necessária à utilização, ao ajuste e à colocação em serviço

dos instrumentos.

Qualquer instrumento de medição deverá vir acompanhado do respectivo

manual técnico, fundamental para uma utilização adequada.

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31 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Para instrumentos de medição específicos e/ou complexos, é recomendável

estabelecer um caderno de encargos técnico que defina as características

requeridas, as condições de utilização, de ambiente e de manutenção, as

exigências particulares relativas à calibração ou à verificação e as condições

de recepção.

Condições Comerciais

As condições económicas devem ser objecto de um caderno de encargos

comercial, a ser estabelecido conjuntamente pelo departamento de compras e

pelo departamento (ou responsável) metrológico da empresa, especificando

factores como a opção entre a compra e o aluguer do instrumento de medição,

preços, prazos de entrega, garantias, contrato de manutenção, e exigências de

disponibilidade (tempo de indisponibilidade admissível, tempo de reparação,

etc.).

Avaliações Anteriores do Instrumento de Medição

A escolha de um instrumento de medição pode também ter em conta

avaliações resultantes da experiência adquirida na própria empresa ou noutras

empresas, ou feitas por centros tecnológicos especializados no domínio em

causa.

Recepção e Entrada em Serviço

Após a chegada de um instrumento de medição à empresa (antes da entrada

em serviço), o departamento (ou responsável) metrológico deve assegurar-se

se este está em conformidade com as características técnicas especificadas

pelo fabricante, nomeadamente as características de exactidão.

Para isso é necessário proceder à sua calibração ou verificação, permitindo

determinar ou confirmar a classe do instrumento. Após esta operação, deve

efectuar-se uma marcação relativa a esta “primeira” calibração ou verificação,

iniciando-se assim a contagem da periodicidade de calibração.

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32 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Após efectuada a recepção e a inventariação do equipamento, e verificadas as

suas características metrológicas, procede-se à sua instalação e à sua entrada

em serviço, devendo respeitar-se nomeadamente os requisitos de instalação e

utilização definidos pelo fabricante (posição do instrumento, tensão e

frequência de alimentação, temperatura, humidade, etc.).

É ainda fundamental garantir a qualificação dos operadores destes

instrumentos, devendo tomar-se em conta, por exemplo, a língua em que estão

escritos os seus manuais técnicos destes equipamentos.

Calibração e Verificação

De tanto em tanto tempo, é necessário verificar se os instrumentos de medição

mantêm as suas características de qualidade.

Existe então a necessidade de efectuar a calibração e/ou verificação dos

instrumentos, operações indispensáveis que validam (ou não) as indicações

fornecidas pelos instrumentos de medição.

As operações de calibração e de verificação são ambas baseadas na

comparação do instrumento de medição com um instrumento padrão de modo

a determinar a sua exactidão e verificar se essa exactidão continua de acordo

com a especificação do fabricante.

A incerteza de calibração deve ser suficientemente pequena relativamente

aos limites de erro admissíveis do instrumento a calibrar. São habitualmente

fixadas, entre estes dois valores, relações compreendidas entre 1:10 e 1:4.

Por exemplo, um instrumento com uma incerteza de 2% da leitura pode ser

calibrado com um instrumento padrão de 0,2% de incerteza (relação de 1:10).

O resultado de uma calibração é considerado como sendo o conjunto dos

valores resultantes da comparação dos resultados fornecidos pelo instrumento

de medição com os valores materializados pelo padrão.

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33 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

O resultado da calibração pode ser registado num documento, por vezes

chamado de certificado de calibração ou relatório de calibração, cuja

exploração permite diminuir a incerteza das medições obtidas com o

instrumento.

O resultado de uma verificação permite afirmar se o instrumento de medição

satisfaz ou não às prescrições (especificações) regulamentares previamente

fixadas (limites de erro admissíveis) que autorizam a sua entrada ou

continuação em serviço. Uma verificação poderá ser feita comparando os

resultados de uma calibração com os limites de erro admissíveis ou

directamente com um padrão que materializa as indicações limites admissíveis

do instrumento. Este último método não requer a obtenção de resultados

numéricos.

A Figura ilustra a estrutura e interligação das operações de calibração e

verificação:

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34 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

O resultado de uma verificação pode traduzir-se por:

Uma constatação da conformidade com as especificações, significando

que o instrumento pode ser colocado em serviço.

Uma constatação de não conformidade, conduzindo a uma decisão de

ajuste, reparação, reforma ou desclassificação do instrumento.

É importante notar que a calibração implica apenas resultados numéricos, ao

passo que a verificação implica um julgamento conducente a uma decisão.

Para fixar a periodicidade das calibrações, devem ter-se em conta factores

diversos, tais como a frequência e o tipo de utilização dos instrumentos, o seu

desgaste e as restrições económicas (da empresa).

No caso das verificações, a sua periodicidade é imposta pela regulamentação

de controlo metrológico.

Alguns exemplos de períodos de calibração, dos quais se apresentam os

seguintes, dependendo se se tratam de padrões de referência (categoria A) ou

padrões de trabalho e instrumentos de medição em geral (categoria B):

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35 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Exemplo de Calibração

Introdução aos Instrumentos de Medição

A medição ou verificação de um comprimento, ou ângulo é a operação mais

frequente numa oficina.

Para efectuar este tipo de medições e verificações são utilizados os chamados

instrumentos de medição.

A sua gama é variada e, a sua utilização varia, conforme se pretende medir um

comprimento ou apenas verificar se ele está compreendido entre determinados

limites e, também conforme o grau de precisão desejado.

TIPOS DE INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO

Os instrumentos de medição são normalmente classificados da seguinte

maneira:

Instrumentos de medição directa

Pertencem a este grupo, os instrumentos nos quais a medida pretendida, é

obtida por leitura directa numa escala graduada do instrumento.

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36 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Exemplos destes instrumentos, são as réguas graduadas, o paquímetro e o

micrómetro.

Instrumentos de medição por comparação indirecta

Estes instrumentos são utilizados, para se comparar a medida de um

comprimento com a de um padrão de dimensão conhecida e próxima

daquela que se quer medir. O que é feito na realidade, é medir a diferença

entre o comprimento conhecido do padrão e o comprimento desconhecido

da peça, verificando se essa diferença é por excesso ou por defeito.

Um exemplo deste tipo de instrumento, o mais utilizado neste tipo de

medição, é o comparador.

Instrumentos de comparação directa

Estes instrumentos têm uma dimensão fixa, sendo utilizados para verificar

uma determinada medida da peça.

Como exemplo destes instrumentos, tem-se os calibres de tolerância.

Instrumentos de medição mecânicos

RÉGUAS GRADUADAS

As réguas graduadas são os instrumentos de medição mais simples, e são

utilizados na medição de comprimentos. Nas réguas graduadas, estão as réguas graduadas propriamente ditas, o metro

articulado e as fitas métricas, como mostra a figura

Vários tipos de réguas graduadas

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37 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

COMPARADOR

Os comparadores são instrumentos de grande precisão utilizados nas

chamadas medições indirectas.

Os comparadores são muitas vezes designados por comparadores de relógio,

devido ao seu aspecto parecido com um relógio.

São instrumentos de grande precisão destinados a verificar irregularidades de

superfícies planas, variação de curvatura, paralelismo de superfícies,

determinação de posições relativas entre peças ou superfícies, verificação de

vergamento de veios, concentricidade, etc.

PAQUÍMETRO

O paquímetro é um instrumento para medir com boa resolução, muito utilizado

devido às suas múltiplas utilizações.

Permite medir espessuras, diâmetros, espaços entre peças e profundidades.

O paquímetro é igualmente denominado craveira e, em alguma gíria oficinal

péclisse (termo proveniente da designação francesa do paquímetro, pied-à-

coulisse).

NOTA: Fique claro que a denominação péclisse é incorrecta, pelo que deve ser

evitada.

Geralmente a resolução do paquímetro é de 0,1 mm, 0,05 mm ou de 0,02 mm.

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38 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Os paquímetros mais vulgares têm capacidades de medição que vão de zero

(0) até 130 a 200 mm.

MICRÓMETRO

O micrómetro é um instrumento de precisão que é utilizado para medir

espessuras, diâmetros e distâncias entre duas superfícies paralelas.

SUTA UNIVERSAL

A suta universal é um instrumento de medição para medir ângulos. É um

goniómetro especial, que consiste numa escala circular graduada em graus

com um nónio e, duas réguas: uma fixa e outra móvel.

A medição de ângulos com este instrumento, é efectuada através do encosto

das réguas às superfícies cujo ângulo se pretende

medir.

A suta universal permite a leitura de ângulos

compreendidos entre 0º e 360º.

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39 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Medição eléctrica – Instrumentos básicos

Amperímetros

Servem para medir a corrente eléctrica em Ampere (A)

Voltímetros

Medição de diferença de potencial eléctrico (Volts-V)

Wattímetro – mede a potência activa (W)

Cosfímetro - mede o coseno fi (factor potência)

P = U x I x cos fi

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40 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Ohmímetro - mede a resistência eléctrica (Ohm)

Multímetros Mede a Voltagem, Corrente eléctrica e a Resistência eléctrica no mesmo

instrumento

Medição hidrostática e hidrodinâmica – Instrumentos básicos

Manómetro

Mede pressões em recipientes fechados como gases e líquidos

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41 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Barómetro de mercúrio

Mede a pressão atmosférica.

Medição de temperatura – Instrumentos básicos

Termómetros

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42 Prof. Ana Sampaio 2015/2016

Regras Básicas de Utilização de Instrumentos:

1. Ler sempre o manual de instruções antes de utilizar o instrumento pela 1ª

vez.

2. Escolher o instrumento adequado ao grau de exactidão e precisão que se

pretende.

3. Inspeccionar visualmente o instrumento para verificar se todas as suas

funcionalidades estão operacionais.

4. Verificar, se for esse o caso, a bateria do instrumento ou se este se

encontra ligado à rede eléctrica, antes da sua utilização.

5. Antes de ligar o instrumento ao circuito em medição escolher e seleccionar

a escala apropriada tendo em conta o valor expectável. Em caso de dúvida

seleccionar a escala mais elevada e, durante a medição passar se

necessário para escalas inferiores.

6. Verificar a impedância de entrada do instrumento e proceder ao ajuste de

impedâncias adequado tendo em conta o circuito em medição.

7. Verificar se a gama de frequências do instrumento é adequada para a

medição que se pretende.