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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.