4.3 Processos de Calibração
4.3.4 Processo a Implementar: Calibração de Sutas
A suta (Figura 4.25) é um instrumento que nos permite medir, verificar por comparação ou transferir ângulos, ou seja, permite-nos conhecer o estado de determinada grandeza de uma peça, comparando-a com um padrão de valor conhecido [11].
Figura 4.25 - Esquema da Suta
No processo de calibração a grandeza em avaliação é o ângulo plano e o parâmetro em avaliação é o erro de medição dado pela diferença entre o valor nominal α dos blocos angulares e o valor indicado na suta. A gama de medição é de 00º00’ a 90º00’ a 00º00’.
Os equipamentos necessários para esta calibração são os seguintes: Blocos Padrão Angulares;
Plano Ótico e/ou Mesa de Granito O equipamento a calibrar é o seguinte:
Suta
4.3.4.1 Verificações Iniciais
1. Verificar se a suta está em bom estado de funcionamento;
2. Verificar se o certificado de calibração dos padrões está em vigor;
3. Verificar se a superfície da mesa de granito se encontra limpa e em bom estado.
4.3.4.2 Medidas de Segurança a Respeitar
1. Usar luvas;
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4.3.4.3 Modo Operatório
Para os quatro quadrantes da suta propõe-se os valores nominais α a medir seguintes (Tabela 4.6):
Tabela 4.6 - Valor Nominal α
Quadrante Valor Nominal α
1 º 30 10 45 00 90 00 2 º 30 00 30 10 45 00 3 º 30 00 41 00 ---
4 º 15 00 45 00 ---
A realização dos valores nominais α iguais a 30º 10’ ou 15º 00’, nem sempre é simples, pois os conjuntos blocos padrão nem sempre têm estes valores. Para se obter esse valor nominal α, tem que se aderir as faces de superfície de dois ou mais blocos padrão. A Tabela 4.7 apresenta que blocos a aderir para se obter o valor nominal α pretendido, quando utilizado os padrões de ângulo existentes no IPQ.
Tabela 4.7 - Blocos Padrão a Utilizar para Formar Valor Nominal α pretendido
Valor Nominal α Blocos Padrão utilizados
15 00 9 º + 6 º 30 00 27 º + 3 º 30 10 27 º + 3 º + 9’+ 1’ 41 00 41º 45 00 41 º + 3 º + 1 º 90 00 90 º
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4.3.4.4 Procedimento Experimental
Para o 1º quadrante da suta (Figura 4.26), realizar os seguintes passos:
Figura 4.26 - 1º Quadrante
1. Limpar os blocos padrão necessários para formar o valor nominal α igual a 30 10; 2. Aderir as faces de superfície dos blocos padrão;
3. Sobre a mesa de granito, medir com a suta o valor nominal α; 4. Registar o valor indicado na suta;
5. Limpar os blocos padrão necessários para formar o valor nominal α igual a 45º 00'; 6. Aderir as faces de superfície dos blocos padrão;
7. Sobre a mesa de granito, medir com a suta o valor nominal α (Figura 4.27); 8. Registar o valor indicado na suta;
9. Limpar o bloco 90º 00';
10. Sobre a mesa de granito, medir o ângulo do bloco padrão com a suta; 11. Registar o valor indicado na suta;
Nota: Para se medir certos valores nominais α com a suta, é necessário a utilização do plano ótico.
Segue-se a Figura 4.27 seguinte a exemplificar como medir valor nominal α igual 45º.
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Para o 2º Quadrante da suta (Figura 4.28), realizar os seguintes passos:
Figura 4.28 - 2º Quadrante
1. Limpar os blocos padrão necessários para formar o valor nominal α igual a 30 00; 2. Aderir as faces de superfície dos blocos padrão;
3. Sobre a mesa de granito, medir com a suta o valor nominal α; 4. Registar o valor indicado na suta;
5. Limpar os blocos padrão necessários para formar o valor nominal α igual a 30º 10'; 6. Aderir as faces de superfície dos blocos padrão;
7. Sobre a mesa de granito, medir com a suta o valor nominal α; 8. Registar o valor indicado na suta;
9. Limpar os blocos padrão necessários para formar o valor nominal α igual a 45º 00'; 10. Aderir as faces de superfície dos blocos padrão;
11. Sobre a mesa de granito, medir com a suta o valor nominal α (Figura 4.29); 12. Registar o valor indicado na suta;
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Para o 3º quadrante da suta (Figura 4.30), realizar os seguintes passos:
Figura 4.30 - 3º Quadrante
1. Limpar os blocos padrão necessários para formar o valor nominal α igual a 30 00; 2. Aderir as faces de superfície dos blocos padrão;
3. Sobre a mesa de granito, medir com a suta o valor nominal α; 4. Registar o valor indicado na suta;
5. Limpar os blocos padrão necessários para formar o valor nominal α igual a 41º 00'; 6. Aderir as faces de superfície dos blocos padrão;
7. Sobre a mesa de granito, medir com a suta o valor nominal α; 8. Registar o valor indicado na suta;
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Para o 4º Quadrante da suta (Figura 4.32), realizar os seguintes passos:
Figura 4.32 - 4º Quadrante
1. Limpar os blocos padrão necessários para formar o valor nominal α igual a 15 00; 2. Aderir as faces de superfície dos blocos padrão;
3. Sobre a mesa de granito, medir com a suta o valor nominal α; 4. Registar o valor indicado na suta;
5. Limpar os blocos padrão necessários para formar o valor nominal α igual a 45º 00'; 6. Aderir as faces de superfície dos blocos padrão;
7. Sobre a mesa de granito, medir com a suta o valor nominal α; 8. Registar o valor indicado na suta.
Figura 4.33 - Esquema de Como Medir Valor Nominal igual a 45º para o 4º Quadrante da Suta
Nota: O número de medições independentes a efetuar é de 5 para cada valor de referência a calibrar. Os
resultados de medição a apresentar, para a mensuranda em avaliação, é a média dos resultados obtidos nas 5 medições independentes.
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4.3.4.5 Critérios de Aceitação do Valor de Medição
Rejeitar valor se o erro de medição for superior a duas vezes a resolução da suta.
4.3.4.6 Avaliação da Incerteza de Medição
A incerteza expandida é avaliada de acordo com “Evaluation of Measurement Data - Guide to
the expression of uncertainty in measurement”, JCGM 100:2008 (GUM 1995 with minor corrections)
[7] e segue o apresentado no Capítulo 3 – “Princípios da Avaliação da Incerteza de Medição”. As componentes de incerteza a considerar são as seguintes:
a) Reprodutibilidade das medições efetuadas, 𝑢1(𝑟𝑒𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢) é obtida pelo cálculo do desvio- padrão da média dos valores medidos:
𝑢1(𝑟𝑒𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢) = √∑ (α𝑖− α̅) 2 𝑛
𝑖=1
𝑛(𝑛 − 1) Equação 4.39
Sendo n o número de valores medidos, α𝑖 os valores medidos individualmente observados e α̅ a média aritmética desses valores.
b) Incerteza dos blocos padrão angulares, 𝑢2(𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟_𝑏𝑙𝑜𝑐𝑜𝑠)
𝑢2(𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟_𝑏𝑙𝑜𝑐𝑜𝑠) =𝑈𝑘 Equação 4.40
c) Resolução da suta, 𝑢3(𝑟𝑒𝑠_𝑠𝑢𝑡𝑎)
A suta é um equipamento com resolução de 5’, pelo que a incerteza-padrão associada tem o valor de:
𝑢3(𝑟𝑒𝑠_𝑠𝑢𝑡𝑎) = √13 × 52 Equação 4.41
A incerteza-padrão combinada associada à grandeza α é dada por:
𝑢𝑐(𝑦) = √(𝑢1(𝑟𝑒𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢))2+ (𝑢2(𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟_𝑏𝑙𝑜𝑐𝑜𝑠))2+ (𝑢3(𝑟𝑒𝑠_𝑠𝑢𝑡𝑎))2
Equação 4.42
A incerteza expandida associada à medição é dada por:
) ( y
u k
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A incerteza expandida apresentada será expressa pela incerteza-padrão multiplicada pelo factor de expansão k= XX, o qual para uma distribuição-t com
ef
YY graus de liberdade efectivoscorresponde a uma probabilidade de, aproximadamente, 95 %.
Sendo o número de graus de liberdade efetivos calculados de acordo com a expressão:
N i i i efy
u
y
u
1 4 4
Equação 4.44A Tabela 4.8 seguinte apresenta o resumo das grandezas componentes do balanço de incerteza do processo de calibração de sutas.
Tabela 4.8 - Resumo das Grandezas Componentes do Balanço de Incerteza do Processo de Calibração de Sutas
No anexo E1 é apresentado o procedimento experimental implementado para este processo de calibração, e no anexo E2, é apresentado o respetivo certificado de calibração
Grandeza Estimativa Incerteza-padrão Coeficiente de sensibilidade Distribuição/Avaliação n Contribuição para a incerteza-padrão
Xi xi u(xi) ci ui(y)
Reprodutibilidade u1 (reprodu) Normal (Tipo A)
Incerteza Blocos
Padrão u2 (incer_blocos) Retangular (Tipo B)
Resolução da
Suta u3 (res_suta) Retangular (Tipo B)
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5 Calibração de Autocolimadores
O presente capítulo visa apresentar os estudos e análise dos valores e resultados obtidos no processo de medição e consequente calibração do autocolimador, quando variamos o comprimento percorrido pelo feixe e a abertura do feixe.
Os trabalhos desenvolvidos nos capítulos anteriores, nos quais o autocolimador foi utilizado como padrão de referência de algumas das calibrações referidas, por exemplo na calibração de blocos angulares, constituíram um ponto de partida para o conhecimento das especificações metrológicas e modo de funcionamento do autocolimador.
O desenvolvimento seguinte passou pelo estudo do processo de calibração de autocolimadores implementado e a atualização do mesmo, tendo em conta o programa de execução da comparação internacional de autocolimadores2, na qual o IPQ se encontra envolvido [19].
Os autocolimadores são dispositivos óticos para a medição exata e sem contato de ângulos gerados por uma superfície refletora. São utilizados numa ampla gama de aplicações em metrologia por exemplo, no ajuste de ângulos, na medição de linearidades e planicidades, etc.. O autocolimador utilizado para este estudo foi o autocolimador ELCOMAT HR, descrito no Capítulo 4 – “Calibração de Equipamentos de Medição do Ângulo” no ponto 4.2.1.1., com as seguintes especificações
metrológicas:
Amplitude de Medição: ± 150ʺ; Resolução: 0,01ʺ.