automação do processo de medidas de tensão dc

METROSUL IV – IV Congresso Latino-Americano de Metrologia
“A METROLOGIA E A COMPETITIVIDADE NO MERCADO GLOBALIZADO”
09 a 12 de Novembro, 2004, Foz do Iguaçu, Paraná – BRASIL
Rede Paranaense de Metrologia e Ensaios
AUTOMAÇÃO DO PROCESSO DE MEDIDAS DE TENSÃO DC
Minoru Ikeda 1, Celso Fabrício de Melo 2, Wilson Radi El Maftoum 3, Fernando Cesar de
Oliveira4, Leonardo Costa de Paula5
1, 2, 3, 4
Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento, LACTEC, Curitiba, Brasil;
5
Automa Consultoria & Informática, Curitiba, Brasil.
Resumo: A medição de tensões DC de precisão
realizada com equipamentos convencionais exigem
atenção e demandam um tempo considerável de um
técnico de elevada especialização.Para contornar
essas dificuldades foi implementado um sistema de
automação capaz de realizar múltiplas medidas em
padrões de referências DC ou a calibração automática
de calibradores de tensão DC e multímetros de
precisão com o mínimo de intervenção externa
durante o processo.
Palavras chave: medidas DC, automação, metrologia.
1. INTRODUÇÃO
O Lactec, Instituto de Tecnologia para o
Desenvolvimento, conta com seu Laboratório de
Metrologia que atua nas áreas de eletricidade, tempo,
freqüência, temperatura, pressão e umidade,
atendendo
a
diversas
empresas
em
suas
necessidades de ensaios e calibrações de
instrumentos.
O Laboratório de Metrologia realiza calibrações de
instrumentação de precisão de tensão DC tais como
padrões de referência DC, calibradores de tensão e
multímetros de precisão, atingindo incertezas da
ordem de 1 ppm. Este serviço demanda muito tempo e
elevado nível de atenção de um operador altamente
especializado quando executado com instrumentação
convencional, como por exemplo, o potenciômetro
Guildline modelo 9935. Com o intuito de otimizar esse
processo de medição de tensões DC foi desenvolvido
um sistema para se executar essa tarefa de forma
automática com a mínima necessidade de supervisão
e intervenção. Esse sistema é capaz de executar a
calibração de múltiplos padrões de referência DC de
forma seqüencial e de efetuar medidas em
calibradores e multímetros ajustando automaticamente
os instrumentos nas faixas e escalas desejadas. No
final do processo os dados obtidos são analisados,
validados e disponibilizados em formato apropriado
para a emissão de relatório.
2. MÉTODOS
O processo de medições de tensão DC é realizado
através de um sistema de medidas de tensão
associado a um divisor resistivo usando como
referência um padrão de tensão DC calibrado e
rastreado. Esse método, apesar de ser preciso, exige
um conhecimento altamente especializado do
equipamento
devido
aos
inúmeros
ajustes
necessários, o que diretamente implica em uma
supervisão praticamente exclusiva do sistema ao
longo do procedimento de ensaio. Uma alternativa é o
uso de um divisor resistivo denominado potenciômetro
automático que faz os ajustes necessários
automaticamente no equipamento. Esse instrumento
porém não interage com os instrumentos sob ensaio
como calibradores e multímetros, exigindo que isso
seja realizado manualmente. O processo de
automação dos procedimentos de ensaio do
laboratório de metrologia do Lactec se iniciou em 1989
e vem evoluindo desde então. Atualmente o
laboratório conta com a maior parte de seus
procedimentos já automatizados. Baseado nesta
experiência bem sucedida foi desenvolvido um projeto
visando integrar todos os equipamentos envolvidos
com a medição de tensão DC em um sistema
automático, permitindo usar a capacidade de realizar
múltiplas leituras do potenciômetro automático com a
capacidade de controle do software de automação.
Com esse objetivo foi realizado um estudo sobre o
método utilizado pelo potenciômetro automático para a
medição de tensões e os comando utilizados para seu
controle. Para os instrumentos usados na calibração e
sob calibração, como calibradores e multímetros,
foram criadas rotinas de comandos e leituras que se
combinam
em
procedimentos
de
calibração
pertinentes para cada caso.
3. RESULTADOS
Com esse desenvolvimento se conseguiu um
processo robusto, prático, flexível e consistente capaz
de atender o trabalho realizado nas medições de
tensão DC. O sistema tem a característica de poder
comandar e ler dados de qualquer equipamento que
tenha comunicação GPIB ou serial como mostra a
figura 1.
Fig. 2. Tela do procedimento de calibração de calibrador
apresentando os equipamentos e padrões
envolvidos no procedimento.
A calibração de um calibrador consiste em realizar
medidas de tensão em determinados valores em cada
faixa de tensão do instrumento. Com o sistema
desenvolvido o calibrador a ser calibrado é
comandado pelo software, realizando de forma
automática todas as medidas necessárias nas tensões
e faixas especificadas, essa automação auxilia na
otimização de tempo e de recursos. Definidas as
tensões e faixas a serem medidas essas são
programadas no software como mostrado na figura 3
Fig. 1. Tela de configuração dos parâmetros GPIB do
instrumento.
Uma vez criadas as rotinas os instrumentos ficam
disponíveis para serem usados nos procedimentos de
medição desejados. Na etapa seguinte do processo é
criado o procedimento de calibração. Aqui o sistema
permite ao usuário selecionar dentre os instrumentos
cadastrados aqueles envolvidos na calibração. Nesta
fase o sistema se encarrega de verificar o estado da
calibração dos padrões, garantindo a rastreabilidade
do procedimento.
Na figura 2 pode-se ver um
exemplo dos padrões selecionados para a execução
da calibração de um calibrador.
Fig. 3. Tela de definição dos pontos a serem calibrados.
Executado o procedimento, o software realiza
todas as medições sistematicamente de forma
automática e exibe os resultados encontrados
conforme apresentado na figura 4.
Fig. 4. Resultados de medições.
Uma vez determinados os resultados da medição
o software faz a captura destes dados, realiza os
cálculos de incertezas, a análise crítica dos dados,
verificando se os limites de erros cadastrados para o
instrumento sob calibração não foram ultrapassados
como mostra a figura 5 e, finalmente, executa a
montagem da documentação desejada. Naturalmente,
a coleta e tratamento automáticos de dados elimina
possíveis erros advindos de sua manipulação pelos
processos convencionais.
O sistema montado pode ser visualizado na figura
6 onde pode se observar à esquerda o potenciômetro
automático, seu extensor e as referências de tensão
DC usados como padrão e à direita, no rack, os
instrumentos a serem calibrados: um calibrador e um
multímetro de 8½ dígitos.
Os limites operacionais do sistema vão de 100 V
a 1200 V, sendo que tensões até 10 V são medidas
diretamente no potenciômetro automático que possui
um scanner associado e tensões superiores são
medidas no extensor. Esta mudança de faixa exige a
intervenção do operador. Esta intervenção ocorre
principalmente na calibração de instrumentos multifaixas como calibradores e multímetros. Já no caso de
referências de tensão DC, o sistema permite a
calibração de até 18 delas, feita de forma seqüencial,
sem intervenção.
3. CONCLUSÃO
Fig. 5. Janela com os valores das incertezas e seus
desvios.
O objetivo do trabalho apresentado é criar um
sistema capaz de automatizar o processo de medição
de tensões DC. Se comparado com o procedimento
executado com o potenciômetro tradicional, o novo
sistema apresentou um redução no tempo de ensaio
que chega a aproximadamente 50% na calibração das
escalas de tensão DC de um calibrador de precisão.
Esta calibração era executada em 8 h de serviço e
passou para 4 h. Mais importante é que o sistema
simplificou em muito o papel do operador. Como o
potenciômetro automático realiza as operações
inerentes à medição seguindo uma programação, esta
tarefa anteriormente feita de forma manual não é mais
necessária, e as manipulações dos equipamentos sob
calibração como os calibradores e multímetros
passaram a ser realizada pelas rotinas de automação
do sistema. Além disso, a manipulação dos dados
obtidos, cálculos de incertezas e geração da
documentação também automatizada contribuiu com a
diminuição do tempo e possíveis erros de transcrição
de dados e cálculos.
O sistema desenvolvido atende os requisitos de
seu projeto.
AGRADECIMENTO
Os autores agradecem à FINEP – Financiadora de
Estudos e Projetos, cujos recursos tornaram possível
esse desenvolvimento.
Fig. 6. Sistema automático montado para a calibração de um
multímetro 8½ dígitos.
REFERÊNCIAS
[1]
MEASUREMENTS
INTERNATIONAL.
Automatic
Potentiometer Model 8000A/8001A operating manual .
Ontário 1999.
[2]
MEASUREMENTS
INTERNATIONAL.
Automatic
Potentiometer Model 8000A/8001A service manual .
Ontário 1999.
[3]
MEASUREMENTS INTERNATIONAL. Model 8000A
1200 V range extender preliminary service manual.
Ontário 1999.
[4]
INMETRO/ABNT/SBM, Guia para a Expressão da
Incerteza de Medição. Segunda edição brasileira em
língua portuguesa, Rio de Janeiro, Programa RHMetrologia, agosto 1998, 121 p.
[5]
INMETRO/ABNT/SBM, Expressão da Incerteza de
Medição na Calibração. Primeira edição brasileira em
língua portuguesa do EA-4/02, Rio de Janeiro,
Programa RH-Metrologia, janeiro 1999, 34 p.
[6]
LACTEC, PEA 001 - Procedimento de Ensaio e
Análise 001.
[7]
FLUKE CORPORATION, 732B/734A
Manual. USA, rev. 2 4/94, 7 seções.
Instruction