Metrologia e Normalização Guia do Formando IEFP

(1)

COMUNIDADE EUROPEIA

Fundo Social Europeu

Guia do Formando

Metrologia e

Normalização

Metrologia e

Normalização

Metrologia e

Normalização

Metrologia e

Normalização

(2)

M.T .0 4 Metr Metr Metr Metr

Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Nor malizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização Copyright, 1999

Nenhuma parte desta publicação pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma ou processo sem o consentimento prévio, por escrito, do IEFP

Produção apoiada pelo Programa Operacional Formação Profissional e Emprego, co-financiado pelo Estado Português, e pela União Europeia, através do FSE

Colecção Título Suporte Didáctico Coordenação Técnico-Pedagógica Apoio Técnico-Pedagógico Coordenação do Projecto Autor Capa Maquetagem e Fotocomposição Revisão Montagem Impressão e Acabamento Propriedade Preço 1.ª Edição Tiragem Depósito Legal ISBN

MODULFORM - Formação Modular Metrologia e Normalização

Guia do Formando

IEFP - Instituto do Emprego e Formação Profissional Departamento de Formação Profissional

Direcção de Serviços de Recursos Formativos

CENFIM - Centro de Formação Profissional da Indústria Metalúrgica e Metalomecânica

ISQ - Instituto de Soldadura e Qualidade Direcção de Formação

Joaquim Guedelha / Ricardo Lourenço

SAF - Sistemas Avançados de Formação, SA ISQ / Cláudia Monteiro

OMNIBUS, LDA UNIPRINT, LDA UNIPRINT, LDA

Instituto do Emprego e Formação Profissional Av. José Malhoa, 11 1099 - 018 Lisboa 4 500 esc.

Portugal, Lisboa, Março de 1999 1 000 Exemplares

(3)

M.T.04

Metr MetrMetr

MetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização IG . 1IG . 1IG . 1IG . 1IG . 1

ÍNDICE GERAL

I - SUBSISTEMA NACIONAL DE METROLOGIA

•

Conceito de Metrologia I.2

•

Domínios de actividade I.2

•

Metrologia científica I.3

•

Metrologia industrial I.3

•

Metrologia legal I.4

•

Estrutura nacional I.5

•

Resumo I.6

•

Actividades / Avaliação I.7

II - FACTORES DE INFLUÊNCIA NA MEDIÇÃO

•

Conceitos de erro II.2

•

Erro absoluto II.2

•

Erro relativo II.3

•

Erro sistemático II.3

•

Erros aleatórios II.3

•

Erros imputáveis ao ambiente II.4

•

Coeficiente de dilatação térmica II.6

•

Erros imputáveis ao aparelho de medição II.7

•

Erros imputáveis ao operador II.8

•

Resumo II.10

(4)

Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização IG . 2

IG . 2 IG . 2 IG . 2 IG . 2

III - TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE MEDIDA

•

Metrologia dos comprimentos (Metrologia dimensional) III.3

•

Definição de metro III.3

•

Fundamentos do nónio III.3

•

Aparelhos e instrumentos de medida III.5

•

Medição de ângulos III.29

•

Estados de superfície III.41

•

Temperatura III.46

•

Definição de Kelvin III.46

•

Fundamentos de temperatura termodinâmica III.47

•

Técnicas e instrumentos III.47

• Sistema físico III.48

• Sistema eléctrico III.51

• Sistema óptico III.55

•

Metrologia das massas III.56

•

Definição de quilograma III.56

•

Técnica de medição III.56

•

Aparelhos ou instrumentos de medida III.56

• Massas-padrão III.56

• Dispositivos de pesagem III.59

• O dinamómetro e a balança III.63

(5)

M.T.04

Metr MetrMetr

MetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização IG . 3IG . 3IG . 3IG . 3IG . 3

•

Definição de intensidade de corrente eléctrica III.64

•

Aparelhos de medida III.65

•

Tempo III.80

•

Definição de segundo III.80

•

Tipos de relógios III.80

•

Os relógios de precisão III.82

•

Intensidade luminosa III.85

•

Definição de candela III.85

•

Grandezas associadas III.85

•

Quantidade de substância III.86

•

Metrologia das pressões III.86

•

Definição III.86

•

Os vários tipos de pressão III.87

•

Técnicas e instrumentos de medida III.87

•

Metrologia dos volumes III.95

•

Unidade de volume III.95

•

Conceitos gerais III.95

•

Resumo III.98

•

Actividades / Avaliação III.99

IV - CADEIAS HIERARQUIZADAS DE PADRÕES

•

Conceitos de padrões IV.2

(6)

Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização IG . 4 IG . 4 IG . 4 IG . 4 IG . 4

•

Calibração IV.4

•

Cadeias hierarquizadas de padrões IV.4

•

Resumo IV.6

•

Actividades / Avaliação IV.7

V - NORMALIZAÇÃO

•

Conceitos fundamentais V.2

•

Normalização nacional V.4

•

Normalização regional V.6

•

Normalização internacional V.7

•

Resumo V.9

•

Actividades / Avaliação V.10

GLOSSÁRIO

GL.1

BIBLIOGRAFIA

B.1

(7)

Metr Metr Metr Metr

Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Nor malizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização

M.T.04 UT.01

Subsistema Nacional de

Metrologia

(8)

Ut.01 M.T.04 Metr Metr Metr Metr

Metroloolooloologia e Norologia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização I . 1I . 1I . 1I . 1I . 1

OBJECTIVOS

No final desta Unidade Temática, o formando deverá estar apto a:

•

Definir o conceito de metrologia;

•

Caracterizar a Gestão Nacional da Metrologia, os seus organismos e domínios de actuação.

TEMAS

•

Conceito de metrologia

•

Domínios de actividade

•

Metrologia científica

•

Metrologia industrial

•

Metrologia legal

•

Estrutura nacional

•

Resumo

•

Actividades / Avaliação

(9)

Ut.01 M.T.04 Componente Científico-Tecnológica Metr Metr Metr Metr

Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização I . 2

I . 2 I . 2 I . 2 I . 2

Medir e contar são as operações cuja realização de todos os dias exige maior frequência e rigor.

A dona de casa, ao fazer as suas provisões de roupas, o engenheiro, ao fazer o projecto de uma ponte, o operário, ao ajustar um instrumento de precisão, o agricultor, ao calcular a quantidade de sementes a lançar à terra, toda a gente, nas mais variadas circunstâncias, qualquer que seja a sua profissão, tem necessidade de medir.

A metrologia define-se como "o domínio do conhecimento relativo à medição", ou mesmo, como a ciência e a arte de fazer medições, e compreende tudo o que respeita ao processo como é feita, abrangendo os instrumentos utilizados, o local e o próprio manipulador envolvidos na medição.

Pode classificar-se a metrologia como a interciência das ciências experimentais, invocando o facto de que as suas leis são aplicáveis a todas as disciplinas e que o progresso científico depende muito do que as ciências lhe dão e dela recebem.

Os principais domínios da metrologia dizem respeito a:

•

Unidades de medida e suas unidades padrão (sua criação, reprodução, conservação e transmissão);

•

Medições (seus processos, execução, estimativa da sua exactidão e incerteza);

•

Instrumentos ou aparelhos de medição (suas propriedades, consideradas do ponto de vista do fim a que se destinam);

•

Operadores (suas qualidades).

Assim, pode afirmar-se que a metrologia envolve todos os problemas, tanto teóricos como práticos, relativos às medições, qualquer que seja a sua exactidão, abrangendo os instrumentos utilizados, o local onde são realizadas e o próprio observador.

Na metrologia definem-se, em regra, três campos de actividade com características afins, aos quais correspondem, em regra, instituições próprias, por vezes com estatutos completamente distintos.

CONCEITO DE METROLOGIA

(10)

Ut.01

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização I . 3I . 3I . 3I . 3I . 3 Tais campos são, normalmente, designados por:

•

Metrologia científica

•

Metrologia industrial

•

Metrologia legal

Metrologia científica

A realização física das unidades de medida e das constantes fundamentais, mediante a conservação e desenvolvimento de padrões e instrumentação em laboratórios adequados, é o objectivo da metrologia científica.

Com a publicação do diploma específico, ficaram definidas as unidades legais no território nacional.

Pormenorizando um pouco, podemos dizer que competências da área científica englobam a actualização interna, pelo nosso país, do sistema de unidades, tendo em conta as decisões e recomendações internacionais e, ainda, a coordenação da conservação e desenvolvimento dos padrões nacionais. Estas competências estão confiadas ao Instituto Português da Qualidade (IPQ), através da Direcção de Serviços de Metrologia.

Serão estruturas executivas no domínio da metrologia científica os laboratórios primários, a quem está confiada a conservação e desenvolvimento dos padrões nacionais que lhe forem cometidos por decisão do Governo. Entre estes, figura o Laboratório Central de Metrologia (LCM) do IPQ, detentor da maior parte dos padrões nacionais.

Metrologia industrial

A metrologia industrial tem como objectivo o apoio às actividades de controlo de processo e de produtos, mediante a integração em cadeias hierarquizadas de padrões dos meios metrológicos existentes nas empresas, laboratórios e outros organismos, e à definição dos sistemas de calibração internos. Está prevista na legislação metrológica a criação de um sistema de metrologia industrial de natureza facultativa, obviamente. Ao abrigo desta legislação, será o IPQ quem definirá os princípios que regerão o sistema.

Os princípios por que se deve reger a edificação do sistema da metrologia industrial passam, basicamente, pela definição clara dos seguintes aspectos a respeitar:

•

Domínio da metrologia aplicada (comprimento, massa, tempo, etc.);

•

Nível de actuação (classes de incerteza);

•

Tipo de actividade a desenvolver (calibração de produtos, controlo de processos, etc.);

(11)

I . 4 I . 4 I . 4 I . 4

•

Manual de procedimentos (procedimentos, normas, registos, etc.). Os laboratórios ou empresas em processos de acreditação ou certificação actuam na área da metrologia industrial e têm características diferenciadas e estatutos diversos, consoante expressamente ficar indicado nos respectivos processos de reconhecimento.

Metrologia legal

A metrologia legal tem como objectivo o controlo metrológico dos instrumentos de medição regulamentados, mediante o seu acompanhamento, desde a concepção e fabrico até à sua utilização, em domínios como as transações comerciais, saúde, segurança, defesa do consumidor, fiscalização, protecção do ambiente, economia de energia, etc.

O sistema da metrologia legal é constituído por três níveis de actuação central, regional e local, correspondendo às seguintes estruturas:

•

O IPQ;

•

As Delegações Regionais do Ministério da Economia (DRME);

•

Os aferidores de pesos e medidas das Câmaras.

Um dado instrumento de medida passa a pertencer ao sistema da metrologia legal a partir do momento que sai um regulamento (em Diário da República) a definir as operações de controlo metrológico, bem como as competências dos organismos na sua execução.

(Ver o regulamento metrológico de medidas materializadas de comprimento, no anexo 1).

As operações de controlo metrológico são:

•

Aprovação de Modelo, que corresponde a ensaiar de um modo exaustivo um modelo de aparelho a comercializar, com vista a se concluir se este modelo obedece ou não aos requisitos especificados. As aprovações de modelo são da competência do IPQ;

•

Primeira Verificação, que corresponde a ensaiar todos os aparelhos a serem comercializados e cujo modelo já foi aprovado. Normalmente, estas verificações são da competência das DRMIE;

•

Verificação Periódica, que corresponde a ensaiar periodicamente os aparelhos já com primeira verificação e cuja periodicidade é definida pelo regulamento. Estas verificações são normalmente executadas pelas DRMIE, pelos aferidores das Câmaras e por organismos com competência (dada pelo IPQ) para o efeito;

(12)

Ut.01

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização I . 5I . 5I . 5I . 5I . 5

•

Verificações Extraordinárias que, em termos de ensaios, correspondem

a uma primeira verificação, e são executadas, normalmente, quando o aparelho sofre uma reparação apreciável.

Em 2 de Julho de 1983, foi publicado o Diploma do Sistema Português da Qualidade (Decreto-Lei nº 234/93), no qual se estabelecem as bases fundamentais para a aplicação de uma política da Qualidade a nível nacional. Foi criado o Conselho Nacional da Qualidade - CNQ, que define as regras básicas dos três subsistemas (Metrologia, Normalização e Qualificação). Com o objectivo de desenvolver e debater em pormenor os problemas de cada um dos subsistemas, foram criadas as comissões permanentes de cada uma das áreas abrangidas por estas.

Cada uma destas comissões (Comissão Permanente de Metrologia - CPM, Comissão Permanente de Normalização - CPN e Comissão Permanente da Qualidade - CPQ) é constituída por representantes de organismos estatais, privados ou mesmo convidados particulares, cuja actividade ou conhecimento o justifiquem.

Os membros destas comissões reúnem-se normalmente de 2 em 2 meses. A Comissão Permanente de Metrologia tem como objectivo desenvolver e debater problemas do âmbito da metrologia, bem como a análise e criação de documentos de orientação para levar a bom termo a metrologia em Portugal. Para se debaterem em pormenor problemas pontuais nos diferentes domínios da metrologia, criaram-se comissões técnicas, constituídas por representantes de organismos estatais ou privados, cuja actividade ou conhecimento possa dar um contributo positivo na resolução dos problemas.

Como exemplo, temos a uniformizção dos procedimentos de ensaio nos vários domínios (comprimento, temperatura, etc.).

De modo a coordenar os três subsistemas, existem, então, as reuniões do Conselho Nacional da Qualidade.

(13)

I . 6 I . 6 I . 6 I . 6

A metrologia é tudo aquilo que se relaciona com a medição, desde o processo, os instrumentos, o local, o operador, etc.

Os domínios de actividade são três: Metrologia Científica, Industrial e Legal, cabendo, a cada um, papéis diferentes no que respeita à actuação, mas encontrando-se interligados no que respeita a padrões, processos de ensaio, condições laboratoriais, entre outras.

O organismo que superintende toda a estrutura nacional da qualidade é o IPQ, apoiando-se, este, em outros organismos estatais ou privados (Comissões Permanentes e Comissões Técnicas).

(14)

Ut.01

M.T.04

Componente Prática MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização I . 7I . 7I . 7I . 7I . 7 1. De entre os instrumentos abaixo discriminados, assinale com X os fortes

candidatos a estarem sujeitos a controlo metrológico (metrologia legal): Paquímetro Balança de um talho Micrómetro Radares de polícia Parquímetro Tacógrafo Taxímetro Termómetro Manómetro Termómetro clínico Esfignomanómetro

Contador de energia eléctrica Alcoolímetro

2. Um comerciante quer vender medidores de gás que ele próprio inventou.

Descreva todo o controlo metrológico a que estes medidores de gases provavelmente vão estar sujeitos durante a sua vida útil, bem como os organismos mais prováveis para o executarem.

(15)

Metr Metr Metr Metr

M.T.04 UT.02

Factores de Influência

na Medição

(16)

Metroloolooloologia e Norologia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização II . 1II . 1II . 1II . 1II . 1

OBJECTIVOS

•

Caracterizar os principais conceitos de erros;

•

Enunciar alguns exemplos de factores de influência nas medições.

TEMAS

•

Conceitos de erro

•

Erro absoluto

•

Erro relativo

•

Erro sistemático

•

Erros aleatórios

•

Erros imputáveis ao ambiente

•

Coeficiente de dilatação térmica

•

Erros imputáveis ao aparelho de medição

•

Erros imputáveis ao operador

•

Resumo

(17)

Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização II . 2

II . 2 II . 2 II . 2 II . 2

Ao efectuar-se uma medida, esta será sempre afectada por um dado erro. A grande maioria dos erros resulta, geralmente, das seguintes fontes:

•

escala mal graduada;

•

diferença de temperatura entre a peça e o aparelho;

•

leituras não perpendiculares à escala;

•

pressão variável nas peças móveis dos aparelhos;

•

pouca prática do operador.

Erro absoluto

O erro absoluto define-se como sendo a diferença algébrica entre o resultado da medição e o valor (convencionalmente) verdadeiro da grandeza medida.

Foram efectuadas medições da temperatura do gelo fundente, tendo-se chegado aos seguintes resultados:

t1 = 0,55 °C t2 = 0,02 °C t3 = 0,00 °C t4 = - 1,02 °C

Determinar o erro absoluto de cada uma das medições. Erro absoluto (t1) = 0,55 °C - 0 °C = 0,55 °C Erro absoluto (t2) = 0,02 °C - 0 °C = 0,02 °C Erro absoluto (t3) = 0,00 °C - 0 °C = 0,00 °C Erro absoluto (t4) = - 1,02 °C - 0 °C = - 1,02 °C

Determine o erro absoluto das medidas anteriores, admitindo que a água continha um pouco de álcool e que o valor verdadeiro da temperatura é de - 1,00 °C. Resolução: Erro absoluto (t1) = 0,55º C - (-1,00ºC) = 1,55º C Erro absoluto (t2) = 0,02º C - (-1,00ºC) = 1,02º C Erro absoluto (t3) = 0,00º C - (-1,00ºC) = 1,00º C Erro absoluto (t4) = -1,02º C - (-1,00º C) = -0,02º C

CONCEITOS DE ERRO

Exemplo II. 1

(18)

Ut.02

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização II . 3II . 3II . 3II . 3II . 3 O termo de erro absoluto aplica-se igualmente:

•

à indicação;

•

ao resultado bruto;

•

ao resultado corrigido. como veremos mais adiante.

Os componentes conhecidos do erro da medição podem ser compensados pela aplicação de correcções apropriadas.

Erro relativo

Quociente do erro absoluto da medição pelo valor convencionalmente verdadeiro da grandeza medida.

Erro percentual: é obtido a partir do erro relativo, multiplicado por cem. Ao medir um bloco padrão de 20 mm com um paquímetro, obteve-se, como medida, o bloco 20,05 mm.

Determinar o erro relativo e percentual:

0025 , 0 20 05 , 0 00 , 20 00 , 20 05 , 20 Er = − = =

Normalmente, o erro relativo é dado na forma percentual: % 25 , 0 100 x Er Ep= =

Erro sistemático

Pode definir-se como o componente do erro da medição que, em várias medições, se mantém constante ou varia de forma previsível.

Estes erros dependem essencialmente do operador, das condições ambientais e do equipamento.

Erros aleatórios

O componente do erro da medição que varia de forma imprevisível, quando se efectuam várias medições da mesma grandeza, chama-se erro aleatório. Estes erros dependem, essencialmente, do operador e de causas variáveis. Os erros aleatórios reduzem-se quer melhorando as condições de observação (usando auxiliares), quer melhorando o observador pela prática e reciclagem. Uma forma de minimizar o efeito dos erros aleatórios é utilizar como medida mais provável a média aritmética das medidas efectuadas.

(19)

II . 4 II . 4 II . 4 II . 4

Medimos o diâmetro de um veio com um micrómetro e, de quatro medidas efectuadas, obtivemos os seguintes valores:

13,08; 13,10; 13,05 e 13,05 mm

Os erros aleatórios serão atenuados ao considerarmos o valor

mm 07 , 13 4 05 , 13 05 , 13 10 , 13 08 , 13 + + + ₌

como valor da grandeza (valor mais provável).

Os erros prováveis cometidos foram, então, respectivamente:

+ 0,01; + 0,03; - 0,02 e - 0,02 mm Tendo em conta 13,07 como valor médio.

Os factores mais importantes que há a consagrar para obtenção de medidas exactas relacionadas com o ambiente são:

•

Variações de temperatura;

•

Radiações solares;

•

Calor provocado pela iluminação;

•

Temperatura do aparelho que executa a medição.

Uma condição importante para as medições é a observação e conservação de uma temperatura nominal uniforme durante a medição.

Para que se possam comparar resultados de medições efectuadas em alturas ou locais diferentes, torna-se necessário estabelecer uma temperatura de referência. Os aparelhos de medição e as peças apresentam o seu valor nominal para uma determinada temperatura de referência.

Na fig. II.1 indicamos algumas variações de comprimento para diferenças de temperatura, cujos valores são expressos em µm (valores para aço-cromo).

ERROS IMPUTÁVEIS AO AMBIENTE

(20)

Ut.02

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização II . 5II . 5II . 5II . 5II . 5

Fig. II.1 - Variações de comprimento em função de diferenças de temperatura

As dilatações térmicas afectam o funcionamento dos mecanismos, modificam as dimensões das peças e a sua folga de funcionamento e provocam erros de medição (figuras II.2 e II.3).

Fig. II.2 - Radiações solares

Fig. II.3 - Calor provocado pela iluminação

Diferenças de Temperatura Comprimento (mm) 5 10 20 50 100 200 500 1 000 0,1ºC 0,2ºC 1 2 3 0,006 0,03 0,06 0,12 0,20 0,01 0,06 0,1 0,2 0,6 0,02 0,1 0,2 0,5 1,2 0,06 0,3 0,6 1,2 2,8 0,1 0,6 1,2 2,3 5,8 0,2 1,2 2,3 4,6 11,5 0,6 2,8 5,8 11,5 28,8 1,2 6,8 1,5 23,0 67,6

(21)

II . 6 II . 6 II . 6 II . 6

Coeficiente de dilatação térmica (

αα

αα)

α

Sabe-se que a dilatação de um corpo (aumento ∆L) é proporcional ao seu coeficiente de dilatação (α), ao aumento de temperatura em graus (∆t) e ao seu comprimento inicial a 0 °C de temperatura (Lo), conforme é possível verificar na fig. III.4.

Daqui se deduz que

L = L_o x ∆ t xα

Fig. II.4 - Dilatação de um corpo

O coeficiente de dilatação é representado pela relação entre o acréscimo de um corpo e o seu próprio comprimento, a uma temperatura de referência, para um grau de diferença de temperatura.

Tabela de coeficientes de dilatação de alguns materiais mais comuns (fig. II.5)

Fig.II.5 - Tabela de coeficientes de dilatação

Substância Coeficiente

Aço Alumínio

Bronze

Carbureto de tungsténio (widia) Zinco Cobre Latão Vidro 12x10-6 24x10-6 17x10-6 5,5x10-6 26x10-6 14x10-6 20x10-6 4 a 9x10-6

(22)

Ut.02

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização II . 7II . 7II . 7II . 7II . 7 Determinar o erro absoluto e relativo percentual que se comete ao medir um

bloco de aço com = 11,5 x 10-6_{de 300 mm, sabendo que a temperatura na}

altura da medição é de 22,5 °C.

A temperatura de referência para controlo dimensional é de 20 °C. Resolução:

L = 0,3 x 11,5 x 10-6_{x 2,5 = 8,6 µm = erro absoluto}

Erro relativo percentual = x100 0,0028 300 10 x 6 , 8 −3 ₌ % Exemplo II. 4

ERROS IMPUTÁVEIS AO APARELHO DE MEDIÇÃO

Fig. II.6 - Deformação devida à pressão de contacto

Efeito de uma carga Geralmente, os aparelhos de medição também introduzem erros. Construídos

com, e para, determinadas tolerâncias não evitam que, com o uso e o tempo, se vão tornando imperfeitas e percam o seu ajuste e precisão.

Nas medições por contacto, que são as mais numerosas, a peça sofre o efeito de uma carga ou pressão de contacto, suportando, normalmente, uma pequena deformação elástica das superfícies de contacto (fig. II.6).

(23)

Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização II . 8 II . 8 II . 8 II . 8 II . 8 Elástica:

Esta deformação é dada pela fórmula:

E x S L x P = δ _(II.1)

P = Força exercida S = Secção da peça

L = Comprimento da peça E = Módulo de elasticidade Embora o aparelho seja constituído por um conjunto de peças de precisão correctamente montadas, estas estão sempre sujeitas a: folgas de articulações, atritos, desgastes, defeitos de forma e de perpendicularidade, defeitos de centragem e alinhamento, etc.

Os erros de medição que o técnico de metrologia comete, ao ler a dimensão da graduação dos aparelhos, são inevitáveis. Esses erros são devidos à visão, ao tacto, à sua sensibilidade e ao cansaço.

São eles, por exemplo:

•

Erros de paralaxe

produzem-se pelo facto de a leitura não ser feita no aparelho na direcção perpendicular à escala ou à graduação (fig. II.7 e II.8).

Fig. II.7 - Exemplo de erro na leitura devido a paralaxe

ERROS IMPUTÁVEIS AO OPERADOR

Deformação Elástica

(24)

Ut.02

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização II . 9II . 9II . 9II . 9II . 9

•

Erros devido à variação de pressão na utilização (fig. II.8).

Fig. II.9 - Posição do comparador

Fig. II.8 - Pressão excessiva na aplicação do paquímetro

•

Erros devido à colocação incorrecta dos aparelhos (fig. II.9 e II.10)

Fig. II.10 - Posição do micrómetro de profundidades

bem mal

(25)

II . 10 II . 10 II . 10 II . 10

Quando efectuamos uma medição, vários factores actuam de modo a impedir--nos de determinar a medida real ou valor verdadeiro da grandeza medida. Normalmente, os factores mais importantes são:

•

ambiente;

•

aparelho ou instrumento;

•

operador.

Ao efectuarmos uma medição, cometemos sempre erros, erros estes, que podem ser atenuados através de factores de correcção adequados.

(26)

Ut.02

M.T.04

Componente Prática MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização II . 11II . 11II . 11II . 11II . 11 1. Uma barra de aço tem um comprimento de 200 mm a 15 °C. Que comprimento

terá a 20 °C?

2. Determine qual é o erro cometido ao comparar 3 blocospadrão de 90 mm -- um de aço, outro de carboneto de tungsténio e outro cerâmico --, sabendo que estes foram comparados a uma temperatura de 21,5 °C.

aço = 11,5 x 10-6_C-1

carb. tungsténio = 5,5 x 10-6_C-1

cerâmico = 4,5 x 10-7_C-1

3. Determine o erro relativo cometido nas medições efectuadas no exemplo resolvido 1.

4. Qual é o desvio máximo que se comete numa fita métrica de 20 metros em aço, ao se efectuar as medidas com uma força de 100 Newton, sabendo que:

Espessura da fita 2 mm Largura 12 mm E = 200 GPa

5. Determine o erro cometido na fita métrica do exercício anterior, tendo-se efectuado a medição a 21° C.

(27)

Metr Metr Metr Metr

M.T.04 UT.03

Técnicas e Instrumentos

de Medida

(28)

Ut.03 M.T .0 4 Metr Metr Metr Metr

Metroloolooloologia e Norologia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 1III . 1III . 1III . 1III . 1

OBJECTIVOS

•

Definir as grandezas de base mais utilizadas na indústria;

•

Usar ou aplicar algumas técnicas de medição;

•

Identificar os aparelhos e instrumentos utilizados na medição de cada uma das grandezas de base, bem como caracterizar ou definir o seu princípio de funcionamento.

TEMAS

•

Metrologia dos comprimentos (Metrologia dimensional)

•

Definição de metro

•

Fundamentos do nónio

•

Aparelhos e instrumentos de medida

•

Medição de ângulos

•

Estados de superfície

•

Temperatura

•

Definição de Kelvin

•

Fundamentos de temperatura termodinâmica

•

Técnicas e instrumentos

• Sistema físico • Sistema eléctrico • Sistema óptico

•

Metrologia das massas

•

Definição de quilograma

•

Técnica de medição

(29)

Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 2

III . 2 III . 2 III . 2 III . 2

•

Aparelhos ou instrumentos de medida • Massas-padrão

• Dispositivos de pesagem • O dinamómetro e a balança

•

Metrologia eléctrica

•

Definição de intensidade de corrente eléctrica

•

Aparelhos de medida

•

Tempo

•

Definição de segundo

•

Tipos de relógios

•

Os relógios de precisão

•

Intensidade luminosa

•

Definição de candela

•

Grandezas associadas

•

Quantidade de substância

•

Metrologia das pressões

•

Definição

•

Os vários tipos de pressão

•

Técnicas e instrumentos de medida

•

Metrologia dos volumes

•

Unidade de volume

•

Conceitos gerais

•

Resumo

(30)

Ut.03

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 3III . 3III . 3III . 3III . 3

Definição de metro

A unidade de comprimento é o metro (m).

O metro é o comprimento do trajecto percorrido pela luz no vazio, durante um intervalo de tempo de 1/299 792 458 segundo.

Fundamentos do nónio

Uma grande parte dos instrumentos de medida de comprimentos utiliza processos de divisão de escalas em partes mais pequenas. O processo mais frequente é a utilização de nónios.

METROLOGIA DOS COMPRIMENTOS

(METROLOGIA DIMENSIONAL)

Fig. III.1 - Exemplo de um instrumento de medida com nónio

Os aparelhos de medida que usam nónio são constituídos por: uma régua ou escala linear ou angular principal, graduada, habitualmente, em milímetros ou graus (as angulares), tendo anexa outra régua ou escala mais pequena, nónio, que pode deslizar junto da graduação da primeira - ver figs. III.2 e III.3.

Metro

Fig. III.2 - Nónio de resolução 0,1 mm

Régua Nónio Escala / Régua 0 0 1 1 ₅ ₁₀ 10 5

(31)

III . 4 III . 4 III . 4 III . 4

Chama-se natureza ou precisão do nónio ao menor comprimento que se pode medir com o nónio.

Pode exprimir-se pela fórmula:

Dn Dr Dn

N= − (III.1)

em que Dn é o número de divisões da régua do nónio que correspondem a Dr divisões da régua principal.

Fig. III.3 - Nónio angular

Nas escalas lineares existem os seguintes tipos de nónio:

•

Nónio de natureza 1/10: isto quer dizer que cada divisão da régua do nónio difere das divisões da régua principal de 1/10. Este nónio corresponde a tomar 9 divisões da régua principal e dividi-las, na régua do nónio, em 10 partes, fig. III.2; o que dá, segundo a fórmula:

10 1 10 9 10 N= − = Resolução do nónio: 1 - 0,9 = 0,1 (mm)

Fig. III.4 - Nónio de resolução 0,02 mm Natureza do nónio

(32)

Ut.03

M.T.04

•

Nónio de natureza 1/50: corresponde a tomar 49 divisões da régua principal e dividi-las, na régua do nónio, em 50 partes (fig. III.1).

A natureza é: 50 1 50 49 50 N= − = Resolução do nónio: 1 - 0,98 = 0,02 (mm)

Aparelhos e instrumentos de medida

Escalas ou réguas graduadas

O meio mais elementar utilizado para a medição nas oficinas e controlo de qualidade é a escala, a qual, para que seja completa e tenha carácter universal, deverá ser graduada em medida métrica (fig. III.5).

Fig. III.5 - Escala graduada

São fabricadas em aço de boa qualidade, com um coeficiente de dilatação muito pequeno, com graduação inicial em milímetros situada na extremidade esquerda, tendo, por vezes, na parte inicial, uma graduação de 0,5 mm entre os traços.

Existem vários tipos de escalas ou réguas graduadas:

•

Régua ou escala flexível

São fabricadas com diversos comprimentos; 150, 300, 500, 1 000, 1500 e 3 000 mm (fig. III.6).

Fig. III.6 - Escala flexível

(33)

III . 6 III . 6 III . 6 III . 6

Como variante a este tipo de réguas, temos as fitas métricas (figs. III.7 e III.8).

Fig. III.7 - Fita métrica, alcance 20m

Fig. III.8 - Fita para medição de diâmetros em corpos cilíndricos

A fita apresentada na figura III.8 é utilizada na medição de perímetros. É construída em aço e contém um pequeno dispositivo, com nónio, que permite medir a periferia exterior com uma resolução de 0,1 mm.

Existem, ainda, réguas graduadas (fig. III.9) de faces paralelas e secção rectangular com uma espessura de cerca de 4 a 8 mm, construídas em aço, com graduação inicial situada no topo da extremidade esquerda, ou com zonas de protecção nos extremos, correspondentes ao princípio e ao fim da graduação das mesmas.

(34)

Ut.03

M.T.04

Fig. III.9 - Régua graduada

São pouco utilizadas nas medições directas, mas úteis na regulação de acessórios e aparelhos de medir.

Paquímetro

Consiste numa régua ou haste rígida graduada em milímetros na parte inferior, com um comprimento de 135 a 2 000 mm, sobre a qual se desloca um conjunto móvel chamado "cursor", em cuja superfície está gravado o nónio.

Na figura seguinte (III.10), representa-se esquematicamente um paquímetro, com duas escalas, sendo a superior em polegadas.

Fig. III.10 - Paquímetro convencional e sistemas de leitura (com nónio, escala circular e digital)

As resoluções de leitura obtidas com um paquímetro são: 0,1 mm; 0,05 mm; 0,02 mm e 0,01 mm, correspondendo, esta última, a um paquímetro de leitura digital.

(35)

III . 8 III . 8 III . 8 III . 8

Existe uma grande variedade de paquímetros para casos específicos, diferindo fundamentalmente na forma das esperas ou maxilas (testeiros). Assim, existem paquímetros para medida de diâmetros exteriores, diâmetros interiores, espessuras, ranhuras, etc. (ver figuras III.11, III.12, III.13 e III.14).

Fig. III.11 - Paquímetros para medição de exteriores e interiores com as faces de medição e medição de exteriores com pontas de medição

Fig. III.12 - Paquímetro para medição de interiores e exteriores

Fig. III.13 - Paquímetro para medição de exteriores e interiores com as faces de medição e medição de interiores com pontas cruzadas

(36)

Ut.03

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 9III . 9III . 9III . 9III . 9 Tipos de Paquímetros Existem vários tipos de paquímetro, consoante a natureza da medida a que se

destinam, como, por exemplo:

Fig. III.14 - Paquímetro para medição de ranhuras

Paquímetro de profundidades ou batímetro, fig. III.15, no seu aspecto mais simples, este aparelho é constituído por uma régua graduada em milímetros-régua suporte, e uma ponte que contém a escala do nónio - "cursor" ou "corrediça".

(37)

III . 10 III . 10 III . 10 III . 10

Este aparelho pode ser utilizado para a medida de profundidades de furos ou ressaltos.

O paquímetro de alturas ou graminho, fig. III.16, usa-se para transportar medidas de um lado para o outro ou medir em altura sobre os planos. Também se pode utilizar para traçagem.

É constituído por uma base pesada, com a superfície de apoio rectificada e microlapidada; solidária com esta, existe uma régua ou escala graduada em milímetros. O cursor com nónio, que se desloca sobre a régua, possui uma ponta de traçagem. Entre a régua e a base existe uma perfeita perpendicularidade.

Fig. III.16 - Paquímetro de alturas

Paquímetro de profundidades de escatéis, (fig. III.17) - este aparelho tem por finalidade específica a medição de profundidades de ranhuras para escatéis em peças cilíndricas.

(38)

Ut.03

M.T.04

Fig. III.17 - Paquímetro de profundidades de escatéis

É constituído por um suporte, que tem uma forma própria para se apoiar sobre peças cilíndricas, e é ranhurado para permitir a adaptação do cursor do aparelho, o qual contém a escala do nónio; a escala principal está na régua móvel. O paquímetro de módulos ou nónio duplo para medir espessura de dentes de engrenagens, (fig. III.18), é o aparelho destinado a determinar o módulo de engreno de uma roda dentada, a partir da altura da cabeça do dente.

Fig. III.18 - Paquímetro de nónio duplo

É constituído por um suporte especial, sobre o qual deslizam dois cursores com um nónio, um vertical e outro horizontal.

O suporte contém duas escalas: uma, no sentido vertical, para a medida da altura da cabeça do dente, e outra, no sentido horizontal, para a medida da espessura do dente.

(39)

III . 12 III . 12 III . 12 III . 12

O paquímetro medidor entre centros (Centri-meter), (fig. III.19) é o aparelho destinado à determinação rápida e precisa de distâncias entre centros de furos, independentemente dos seus diâmetros e tolerâncias.

Fig. III.19 - Paquímetro medidor entre centros

É constituído por uma régua graduada com uma espera fixa do lado esquerdo, sobre a qual deslizam dois cursores móveis, com hastes palpadoras; um deles, o da direita, tem gravada uma escala de nónio e está solidário com um dispositivo de ajuste de precisão.

Utilização correcta do aparelho:

Fig. III.20 - Verificação do zero

(40)

Ut.03

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 13III . 13III . 13III . 13III . 13 Exemplos do modo operativo:

Fig.III.21c) - Encosto da face de medição móvel Fig.III.22c) - Encosto da face de medição à componente, efectuando a leitura móvel, efectuando a leitura Fig.III.21b) - Encosto do componente à face de Fig.III.22b) - Encosto da face de medição fixa

medição fixa a uma das superfícies a medir

Fig.III.21a) - Colocação do componente Fig.III.22a) - Colocação das faces de medição entre as faces de medição entre as superfícies a medir

(41)

Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 14 III . 14 III . 14 III . 14 III . 14 Aplicações:

Fig. III.23 - Exemplos de aplicações

Micrómetro

É um aparelho de medição de dimensão variável, que permite medir, regra geral, por leitura directa, as dimensões reais com uma aproximação de 0,01 mm, ou mesmo de 0,001 mm, (fig. III.24).

Fig. III.24 - Micrómetro de exteriores, com tambor de 50 divisões

O princípio utilizado é o do sistema parafuso e porca. Consiste num parafuso de alta precisão, cujo passo conhecido permite determinar o deslocamento de uma espera móvel por medida do deslocamento angular desse parafuso, (fig. III.25).

(42)

Ut.03

M.T.04

Fig. III.25 - Princípio do parafuso micrométrico

Por outras palavras: se, numa porca fixa, um parafuso efectua uma rotação, avança, ao mesmo tempo, uma distância igual ao seu passo.

Nos aparelhos mais correntes o campo de medição do parafuso micrométrico é de 25 mm, contendo:

Num tambor de leitura analógica convencional, que possui também uma escala graduada, periférica, com 50 divisões iguais, ou com 100 divisões, tendo o passo do parafuso micrométrico de 0,5 ou 1 mm, as leituras efectuadas são de 0,01 mm (fig. III.26).

Fig. III.26 - Descrição de um micrómetro

1 - Estribo 2 - Esfera fixa 3 - Parafuso micrométrico com ponta de metal duro 4 -Porca de ajuste 5 - Lingueta do roquete 6 - Roquete para aproximação rápida 7 - Casquilho interior 8 - Roquete de ajustamento 9 - Tambor de leitura 10 - Casquilho graduado 11 - Dispositivo

de blocagem 12 - Anel de blocagem 13 - Placa isolante

(43)

III . 16 III . 16 III . 16 III . 16

As resoluções de leituras obtidas com micrómetros são: 0,01 mm; 0,005 mm; 0,002 mm e 0,001 mm, sendo este último de leitura digital.

Existe uma grande variedade de micrómetros, quer relativamente aos tamanhos, quer em relação aos tipos de dimensões a medir:

O Micrómetro de exteriores - é utilizado para medir peças cilíndricas ou com faces paralelas entre si (conforme fig. III.27).

Fig. III.27 - Micrómetro de exteriores, com tambor de 100 divisões

Micrómetros de profundidades - tal como o nome indica, são utilizados para medir profundidades com elevada exactidão (fig. III.28).

Fig. III.28 - Micrómetro de profundidades

(44)

Ut.03

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 17III . 17III . 17III . 17III . 17 Micrómetros de interiores - destinam-se à medição de diâmetros de furos

ou a distâncias entre duas superfícies paralelas (fig. III.29).

Fig. III.29 - Micrómetro de interiores de dois pontos

Micrómetros de interiores de três pontos - medem apenas diâmetros interiores, mas com grande exactidão (fig. III.30).

Fig. III.30 - Micrómetro de interiores de três pontos

Micrómetros de interiores, com braços - são utilizados na medição de diâmetros interiores (fig. III.31).

(45)

III . 18 III . 18 III . 18 III . 18

Exemplos de diferentes tipos de micrómetros:

Fig. III.32 - Micrómetro de ponta esférica para espessuras de parede de tubos

Fig. III.33 - Micrómetro de discos (ou pratos)

(46)

Ut.03

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 19III . 19III . 19III . 19III . 19 Utilizações:

Fig. III.35 - Avanço rápido Fig. III.36 - Avanço ajustado

Fig. III.37 - Acerto do zero padrão Fig. III.38 - Verificação de leitura com bloco

Comparadores

Medir por comparação é determinar a grandeza de uma peça, comparando-a com um padrão de valor conhecido.

Os aparelhos utilizados na medição por comparação, de ampliação mecânica, são os comparadores (fig. III.39).

Não são apenas utilizados para medir comprimentos e diâmetros, mas também para o controlo da forma e posicionamento de tolerância, perpendicularidade, concentricidade, planicidade, excentricidade, folgas, etc. (fig. III.40)

Verificação da forma e posicionamento

(47)

III . 20 III . 20 III . 20 III . 20

Fig. III.39 - Comparador de engrenagens com resolução 0,01 mm - Amplitude 10mm

(48)

Ut.03

M.T.04

Fig. III.41 - Descrição de comparador

Na figura III.41 ilustram-se as partes principais de um comparador.

O comparador consta de uma caixa redonda (1) ou em forma de semi-quadrante, na qual se aloja todo o mecanismo amplificador constituído por engrenagens, que fazem com que uma pequena deslocação do apalpador (10) se transforme numa grande deslocação do ponteiro (2) sobre a escala (3). A haste (4) tem uma cremalheira (5) que engrena num pequeno carreto (6), solidário com outro maior (7). Por sua vez, este move o carreto (8) onde está colocado o ponteiro sobre a escala graduada. A mola (9) mantém o apalpador em contacto permanente com a peça (existem comparadores em que a mola tem efeito contrário, isto é, o apalpador permanentemente recolhido). O cabelo (11) recupera o zero logo que se deixa de medir. Um pequeno ponteiro (12) conta o número de voltas do ponteiro grande (2).

O princípio de funcionamento deste tipo de aparelho é baseado na relação de transmissão entre rodas dentadas.

A resolução de comparadores normais, nos quais uma rotação do ponteiro corresponde a um deslocamento do apalpador de 1 mm, e tem uma escala dividida em 100 partes, será de 0,01 mm (fig. III.42).

Constituição de um comparador Relação de transmissão 11 7 9 4 5 7 6 2 8 1 3 12 10 Alavanca de pressão constante Mola de pressão de medição Dispositivo de elevação da haste Regulador de pressão

(49)

III . 22 III . 22 III . 22 III . 22

Fig. III.42 - Transmissões no comparador

Os comparadores mais utilizados na indústria são:

•

Comparadores de haste telescópica (fig. III.43)

Estes comparadores baseiam o seu funcionamento na ampliação de um movimento por sistema de rodas de engrenagem.

Fig. III.43 - Comparador de haste telescópica - Amplitude 30mm

8

7

6 5

(50)

Ut.03

M.T.04

•

Comparadores de alavanca, conhecidos também por "comparadores

de zero" (fig. III.44).

Fig. III.44 - Comparador de alavanca

Estes comparadores possuem um apalpador, ao qual se pode dar a orientação pretendida mediante um sistema de esperas.

Este apalpador transmite o seu movimento ao ponteiro através de uma alavanca que possui na extremidade um sector dentado que engrena num carreto que, por sua vez, está solidário com o ponteiro.

É necessário tomar alguns cuidados na utilização destes comparadores, como, por exemplo, não efectuar medições com uma inclinação do apalpador superior a 15º em relação ao seu eixo.

•

Comparador mikrokator (fig. III.45)

O princípio de funcionamento deste aparelho de comparação não é baseado em nenhum dos sistemas anteriormente descritos.

A ampliação é obtida por meio de uma fita retorcida, feita de uma liga metálica especial. Ao esticar esta fita, o seu centro tem um movimento de rotação que é proporcional à deslocação longitudinal.

Comparador de zero

Princípio de funcionamento

(51)

III . 24 III . 24 III . 24 III . 24

Fig. III.45 - Comparador mikrokator

Os comparadores podem associar-se a diversas componentes ou outros aparelhos, por forma a facilitar a medição de diferentes tipos de peças. Para dar uma ideia da diversidade deste tipo de aparelhos, apresentam-se, de seguida, alguns modelos:

(52)

Ut.03

M.T.04

Fig. III.47 - Comparador de profundidades

Fig. III.48 - Comparador de diâmetros interiores

(53)

Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 26 III . 26 III . 26 III . 26 III . 26 Aplicações

Fig. III.50 - Suporte para comparador com mesa

Fig. III.51 - Verificação de defeitos de forma em componente

(54)

Ut.03

M.T.04

Fig. III.53 - Verifcação de defeitos de forma em máquina ferramenta (fresadora)

(55)

III . 28 III . 28 III . 28 III . 28

Fig. III.55 - Verificação de erros de forma e posicionamento com comparadores de alavanca

Blocos-padrão lineares

Genericamente conhecidos por blocos-padrão, são utilizados como calibres--padrão e de comparação para verificar elementos de medição de todo o tipo, assim como na calibração de aparelhos de medida (fig. III.56).

(56)

Ut.03

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 29III . 29III . 29III . 29III . 29 São pequenos blocos paralelipipédicos com dimensões extraordinariamente

estáveis. São construídos em aço especial, temperado ou nitroturado, em carboneto de tungsténio ou cerâmicos com formato normalizado, de modo a que, ao efectuarem medições e verificações, possam agrupar-se e sobrepor-se em comprimentos variados, dando valores desde 0,5 mm a 3 000 mm e variando de 0,5 µm em 0,5 µm.

Aparecem no mercado em colecções diversas, guardados em caixas, como indica a fig. III.57.

Fig. III.57 - Conjunto de blocos padrão lineares

A utilização destes blocos depende, essencialmente, do seu grau de exactidão. Os blocos de classe "00" são utilizados como padrão de referência em Laboratórios de Metrologia, onde se procede à calibração de outros blocos padrão, utilizando métodos de comparação diferencial.

Para levar a cabo medições com particular exactidão, como seja a calibração de aparelhos de medida electrónicos ou mecânicos ou, ainda, a calibração de padrões de verificação, anéis lisos e outros instrumentos de medida, utilizam--se blocos de classe "0".

Os blocos de classe "1" são normalmente utilizados como padrões de ajuste e comparação, assim como na calibração dos padrões de trabalho e aparelhos de medida.

Os blocos de classe "2" são utilizados na calibração de padrões de trabalho, para o ajuste de aparelhos e indicadores de medida e para verificação de medidas de maior rigor na construção de dispositivos, peças e ferramentas.

Medição de ângulos

Os aparelhos/instrumentos mais utilizados na medição e verificação de ângulos são os blocos-padrão angulares, as réguas de senos, os esquadros e as sutas ou goniómetros.

Empilhamento

Comparação diferencial

(57)

Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 30 III . 30 III . 30 III . 30 III . 30 Blocos-padrão angulares

Os instrumentos de maior exactidão angular são os blocos-padrão angulares (fig. III.58).

São pequenos blocos em forma de cunha, de faces planas, extraordinariamente estáveis, construídos em aço especial, temperado ou nitroturado, com formatos normalizados, de modo a que, para efectuarem medições e verificações, possam agrupar-se e gerar os ângulos pretendidos.

Fig. III.58 - Conjunto de blocos padrão angulares

Existem 2 tipos de colecções normalizadas:

- A colecção tipo A é constituída pelos seguintes blocos: 41 ; 27 ; 9 ; 3 ; 1 ; 27'; 9'; 3'; 1'; 30"; 18"; 6"; 3";.

- A colecção tipo B é constituída pelos seguintes blocos: 45 ; 30 ; 15 ; 5 ; 3 ; 1 ; 30'; 20'; 10'; 5'; 3'; 1'; 30"; 10";.

Fig. III.59 - Coordenação de blocos angulares

Réguas de senos

Para as medições angulares de elevada exactidão, utiliza-se, geralmente, a régua de senos - aparelho mecânico baseado na medição do seno do ângulo considerado (fig. III.59).

(58)

Ut.03

M.T.04

Fig. III.60 - Régua de senos, de 100 mm

É constituída por uma régua robusta, cuidadosamente rectificada que, em cada um dos seus extremos, tem acoplado dois cilindros com o mesmo diâmetro, de maneira que os seus centros correspondam aos extremos da régua de senos.

A medição pode ser efectuada, considerando um ou outro lado da régua, isto é, de maneira a que um dos cilindros possa apoiar-se directamente sobre o plano, colocando-se debaixo do outro cilindro os blocos-padrão.

A distância entre os centros dos cilindros L é uma distância fixa e determinada com elevada exactidão.

Normalmente, o comprimento L é de 100 mm, a fim de simplificar os cálculos; porém, existem também com comprimentos maiores: 200, 300, etc.

As réguas de senos utilizam-se, normalmente:

•

para medir ou verificar ângulos;

•

para traçar um dado ângulo sobre a peça a maquinar;

•

para posicionar uma peça inclinada segundo um determinado ângulo. Para se medir ou verificar um ângulo, apoia-se um cilindro sobre uma ou duas combinações de blocos-padrão, convenientemente dispostas sobre um plano de referência. Por vezes, também é utilizado um esquadro de suporte da régua de senos (fig. III.60).

O ângulo gerado é determinado segundo a fórmula

L h 1 h Sen= − (III.2) Processo de medição

(59)

III . 32 III . 32 III . 32 III . 32

Fig. III.61 - Esquadro suporte com régua de senos

Esquadros

São instrumentos caracterizados por terem pelo menos duas arestas, formando um ângulo de 90º entre si.

Utilizam-se para traçar perpendicularidades e para a verificação da perpendicularidade de linhas ou superfícies.

São constituídos genericamente por duas réguas solidárias de secção rectangular, em que os lados são desiguais e as arestas internas e externas devem ser rigorosamente perpendiculares (fig. III.62).

(60)

Ut.03

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 33III . 33III . 33III . 33III . 33 Existem vários tipos de esquadros, dos quais se passam a citar os mais

correntes:

• Esquadro recto de arestas biseladas

É um esquadro que se emprega na construção de calibres e ferramentas de precisão (fig. III.63). É construído em chapa de aço, em que o lado menor tem a mesma espessura do lado mais longo, apresentando, este, contudo, as superfícies biseladas, constituindo uma aresta.

Fig. III.63 - Esquadro plano recto de arestas biseladas

•

Esquadro de cepo

Possui um dos lados, geralmente o menor, com uma espessura bastante maior que o outro, de modo a poder ficar de pé sobre este lado (fig. III.64). É usado principalmente para verificar a esquadria entre dois planos.

Fig. III.64 - Esquadro de cepo

(61)

Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 34 III . 34 III . 34 III . 34 III . 34 • Esquadro-cilindro ou esquadro-padrão

É um cilindro de aço especial e rectificado, em que o ângulo de referência é materializado pela geratriz em relação à base (fig. III.64).

Fig. III.65 - Esquadro cilindro

Como variante dos esquadros anteriores, existe o esquadro de centros essencialmente utilizado para determinar o centro de secções circulares (fig.III.66).

(62)

Ut.03

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 35III . 35III . 35III . 35III . 35 O esquadro de cantoneira tem a forma de cantoneira com as arestas das

abas rectilíneas e paralelas à aresta do vértice. É usado na traçagem de paralelas sobre superfícies cilíndricas (fig. III.67).

Fig. III.67 - Esquadro de cantoneira

Exemplos de utilização

Fig. III.68 - Traçagem de linha em geratriz cilíndrica

(63)

III . 36 III . 36 III . 36 III . 36

Fig. III.70 - Verificação de erro de forma (perpendicularidade)

Fig. III.71 - Verificação de esquadria

(64)

Ut.03

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetrMetrolooloolooloologia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 37III . 37III . 37III . 37III . 37 Goniómetro

Quando se procede à medição em graus de vários ângulos, para os quais se requerem uma boa exactidão, podem empregar-se com relativa facilidade, para os trabalhos de oficina e controlo, os goniómetros providos de nónios (fig. III.73).

Fig. III.73 - Goniómetro ou suta universal

As sutas ou goniómetros são formadas essencialmente por uma peça em forma de esquadro ou régua fixa, ligada a um limbo graduado em graus com quatro quadrantes de 0 a 90. Sobre este, gira um outro disco que tem gravado um nónio duplo e possui um braço, no qual está fixada uma régua deslizante (fig. III.74).

Constituição do goniómetro

Fig. III.74 - Descrição do goniómetro

Nónio Duplo Disco Limbo graduado Régua deslizante Lupa Braço

(65)

III . 38 III . 38 III . 38 III . 38

Para medir com estes aparelhos, encosta-se a face maior da peça ao esquadro ou régua fixa e assenta-se a régua deslizante na face cujo ângulo se pretende medir. Normalmente, a resolução destes aparelhos é de 5' (fig. III.75).

Fig. III.75 - Nónio duplo, resolução 5'

Para medições de maior exactidão, utilizam-se goniómetros ópticos (fig. III.76). São constituídos por duas réguas e uma caixa circular, sendo uma delas solidária com a caixa.

Esta caixa contém um disco de vidro graduado, 4 x 90, e cada grau está dividido em 12 x 5'. O resultado da medição lê-se directamente com o auxílio de uma marca fixa, junto ao vidro graduado, através de uma ocular com aumentos de 30 a 40 vezes que, por meio de uma anilha, se ajusta à vista.

A resolução destes goniómetros é de 2,5'. Processo de medição

Fig. III.76 - Goniómetro óptico

(66)

Ut.03

M.T.04

Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetroloMetroloolooloologia e Norgia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização IIIIIIIIIIIIIII . 39 . 39 . 39 . 39 . 39 Exemplos de utilização

Fig. III.77 - Príncipio básico de utilização e medição de ângulos. α - ângulo agudo

Fig. III.78 - Medição de um ângulo agudo

(67)

III . 40 III . 40 III . 40 III . 40

Fig. III.80 - Medição de um ângulo obtuso

Fig. III.81 - Medição do ângulo de hexágono