Simplificação do procedimento de calibração de pesos-padrão em
comparador de massa automático
Anderson Beatrici 1, Fábio L Cacais 1, Victor M Loayza 1
1
Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia - Inmetro
E-mail: [email protected]
Resumo: O uso de discos de suporte de 100 g para contornar as limitações
dimensionais impostas pelo prato de pesagem do sistema automático de pesagem do
comparador de massa Mettler Toledo AT1006 apresenta como desvantagens o tempo
duplicado para execução das comparações (método da transposição), o possível
desgaste dos padrões e o aumento da frequência de calibração e verificação dos
padrões. Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de discos de suporte de 2 g
confeccionadas de uma liga de latão possibilitando a extensão do intervalo de pesagem
do comparador e a redução do tempo de execução das pesagens.
Palavras-chave: calibração, discos de suporte, tara, comparadores de massa.
Abstract: The use of 100 g support disks to bypass the dimensional limitations
imposed by the weighing plate in the automatic mass comparator Mettler Toledo
AT1006, has the disadvantages of doubling the time to run comparisons (transposition
method), the resulting possible wear of standards and the increased need for
intermediate verifications and calibration of the reference standards. This paper
presents the development of 2 g brass support discs (tares) enabling the extent the
lower range of the comparator weighing and reducing the weighing time of execution.
Keywords: calibration, support disks, tare, mass comparator.
1. INTRODUÇÃO
Comparadores de massa [1], que funcionam
associados a um sistema de pesagem automático
[2], são utilizados para realização de pesagens
comparativas de alta exatidão [3] e apresentam a
vantagem de melhoria da precisão dos resultados
de pesagem devido à eliminação de efeitos
sistemáticos que, no caso de pesagens manuais,
decorrem da intervenção do operador, tais como
irregularidade dos intervalos de tempo entre
pesagens consecutivas, a inconstância da força
aplica pelos padrões de massa no prato de
pesagem e a excentricidade na aplicação da carga
[4].
Para realização de pesagens, no intervalo de
valores nominais de 10 g a 1 kg diversos tipos de
comparadores automáticos comerciais estão em
uso [5-7] como o comparador de massa Mettler
Toledo AT1006 [8] que é utilizado para execução
de pesagens com alta exatidão [9-10].
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Este comparador, que funciona pelo princípio de
compensação eletromagnética de força (EMFC,
em inglês [11]), fornece diferenças de indicação
de no máximo 11 g para comparações entre
padrões de massa nominalmente iguais, no
intervalo de 10 g a 1 kg, e é recomendado por seu
fabricante para realização de pesagens
comparativas de padrões da classe de exatidão
mais alta [12].
O sistema de pesagem automática do comparador
AT1006, figura 1, é projetado para o uso com
padrões com diâmetros de no mínimo 12 mm,
que correspondente ao diâmetro aproximado de
um padrão de 10 g.
Figura 1. Receptor de carga, discos de suporte e
padrão de 10 g.
Desta forma, a fim de realizar pesagens de
padrões de 10 g com diâmetros menores, (ou de
padrões com valores nominais menores) mas que
cumpram com os requisitos de fabricação de
padrões [13], um par de discos de suporte (tara)
de 100 g fabricados em aço inox podem ser
utilizados nas comparações. Este par de discos
de tara, devido ao seu uso acessório, não é
ajustado em massa para apresentar diferença de
massa nula, embora seja ajustado em volume
[14], assim quando o par de discos é utilizado, a
diferença de indicação obtida é corrompida com a
diferença de massa entre os discos, mas não é
afetada pelo efeito de empuxo entre os discos.
Assim, para eliminar o efeito da diferença de
massa dos discos (neste caso 240 g), as
comparações são realizadas aplicando o método
da transposição [15] e, desta forma, o tempo de
realização das comparações é dobrado.
Embora não sejam ajustados em massa, os discos
devem cumprir os mesmos requisitos quanto a
propriedades magnéticas e de rugosidade que
padrões de massa, a fim de evitar que efeitos
magnéticos [16] e efeitos superficiais de adsorção
-dessorção [17], afetem os resultados de
pesagem.
O uso de taras requer o monitoramento a longo
prazo da estabilidade da massa dos discos, a qual
pode ser afetada por desgaste, uma vez que os
padrões que são utilizados sobre as taras são
fabricados também em aço inox. Assim, faz-se
necessário aumentar a frequência da verificação
intermediária da estabilidade destes padrões
(diferença de massa constante).
Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento
de um par de discos de tara de uma liga de latão,
com valor nominal de 2 g, para ser usado com o
comparador de massa AT1006, permitindo a
realização de comparação direta de padrões (sem
a necessidade do uso do método da transposição)
nas classes de exatidão E2 e F1, mesmo para
padrões menores que 10 g que. Por ter menor
dureza do que o aço inox ainda diminui o
desgaste dos padrões.
A validação do método de comparação de
padrões será realizada tomando como referências
a comparação entre dois padrões de massa de 5 g
com o uso dos discos de 100 g e a comparação
direta destes padrões no comparador de massa
Sartorius CCE6, que tem capacidade máxima de
6 g e com resolução de 0,1 µg. A constatação da
manutenção da diferença de massa desprezível
será realizada pelo monitoramento da diferença
de massa entre os discos.
2. METODOLOGIA
O processo de confecção das taras de 2 g consta
de quatro etapas: planejamento, corte, polimento
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e ajuste de massa. Na etapa de planejamento
foram definidos a liga do material para
confecção, a forma e o valor nominal ao final do
processo de confecção. A liga de latão foi
escolhida como material para as taras devido à
menor dureza que o aço-inox que adicionalmente
proporciona facilidade de corte e polimento, e
devido à ausência de elementos ferromagnéticos
cumpre os requisitos de propriedades magnéticas
de padrões de massa. A definição do formato de
discos com 19 mm de diâmetro e 1 mm de
espessura e valor nominal de 2 g, foi realizada
considerando-se: a menor massa, a facilidade de
manipulação e a segurança na sua aplicação
repetida sobre o receptor de carga do sistema de
pesagem automático do comparador AT1006
durante as séries de comparações.
Os discos brutos foram fabricados por
estampagem por corte de uma chapa de latão. O
ajuste de massa final foi realizado, tendo como
meta a diferença “nula” de massa entre os discos,
pelo polimento com uma série de lixas de
granulometrias 1200, 2000, 2400, 2500 e pasta
diamantada de 1 m a 0,25 m. Após obter o
acabamento espelhado foi realizado o ajuste fino
pela execução da sequência de operações
pesagem – polimento – lavagem – estabilização,
de maneira iterativa, até atingir uma diferença de
massa entre os discos m < 1 g.
3. RESULTADOS
c) Comparação direta entre os padrões de 5 g
no comparador CCE6.
As séries de pesagens realizadas consistiam de
seis ciclos ABBA [18] com 35 s de tempo de
estabilização da indicação. Os resultados das
comparações m e o desvio padrão das séries de
pesagem , são apresentados na tabela 1.
Tabela 1. Resultados das comparações da
validação de padrões de 5 g.
Identificação da
Comparação
com taras de 2 g
m
(mg)
0,027 0
(mg)
0,000 5
com taras de 100 g
0,026 8
0,000 7
CCE6
0,026 9
0,000 1

Os erros normalizados En [19], entre os três
métodos de comparação, utilizando como
parâmetro de incerteza o desvio padrão são
apresentados na tabela 2.
Tabela 2. En entre os métodos de comparação.
Identificação da
Comparação
taras
de 2 g
taras de
100 g
CCE6
taras de 2 g
0
0,23
0,12
0
-0,20
taras de 100 g
CCE6
0
Os testes de estabilidade de longo prazo das taras,
desde a sua confecção, foram realizados durante
dois anos, de 2013 a 2015, figura 2.
Para validar o método de comparação utilizando
as taras de 2 g foram executadas séries de
pesagens, entre dois padrões de 5 g, com as
seguintes configurações:
a) Comparação direta entre os padrões de 5 g
sobre as taras de 2 g no comparador
AT1006;
b) Comparação, com a aplicação do método da
transposição, entre os padrões de 5 g sobre
as taras de 100 g no comparador AT1006;
Figura 2. Estabilidade de longo prazo das taras
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Esta figura mostra que a diferença de massa das
taras ficou contida no intervalo de ± 1,0 µg que é
a resolução do comparador.
A figura 3 mostra a repetibilidade das medições
do comparador de massa sem carga aplicada no
prato de pesagem (m = 0), cuja média dos
resultados obtidos é 0,1 µg.
5. REFERÊNCIAS
[1] M. Kochsiek, M. Gläser, “Comprehensive
Mass Metrology”, Ch. 4, WILEY-VCH, Berlin,
2000.
[2] M. Borys, R. Schwartz, A. Reichmuth, R.
Nater, “Fundamentals of Mass Determination”,
Ch. 5 , Springer-Verlag, Berlin, 2012.
[3] V. M. Loayza, F.L. Cacais, V.R. Corrêa,
“First realization of the mass scale in Brazil”, I
CIMMEC - I Congresso Internacional de
Metrologia Mecânica, Brazil, October 2008.
[4] EURAMET, “Guidelines on the Calibration
of Non-Automatic Weighing Instruments”,
calibration guide cg-18, version 3.0, (03/2011).
Figura 3. Repetibilidade da
comparador AT1006, sem carga.
indicação
do
[5] Sartorius Data Sheet Disponível em:
https://www.sartorius.com/en/product/productdetail/cce1000s-l/. Acesso em: 28.08.2015.
4. CONCLUSÃO
[6] Mettler Toledo Data Sheet Disponível em:
Neste
trabalho,
foi
apresentado
o
desenvolvimento de taras de 2 g de latão para ser
em utilizadas com o comparador AT1006 na
realização de comparações de padrões de massa.
O resultado da aplicação deste método foi
comparado aos de dois métodos de referência e,
como pode ser observado na tabela 2, os erros
normalizados foram menores que um, portanto
pode-se considerar que este método é compatível
com os demais.
http://us.mt.com/dam/P5/labtec/08_Mass_Compa
rators/07_Miscellaneous/BR_Comparator_Balan
ces_EN.pdf Acesso em: 28.08.2015.
A figura 2 confirma, a partir do monitoramento
da diferença de massa entre as taras, que esta
diferença de massa se mantém estável dentro da
resolução do comparador AT1006 e como é da
ordem da indicação do comparador sem carga,
figura 3, pode-se concluir que a diferença de
massa entre as taras é nula.
Desta forma, as taras de 2 g de latão podem ser
utilizadas para realização de comparação direta
de padrões de massa de 10 g ou menores para
classes de exatidão até E2.
[7] Radwag Data Sheet Disponível em:
http://www.radwag.com/js/pdf_js/web/viewer.ht
ml?file=http://www.radwag.com/pdf/publikacje/e
n/Mass-Comparators-2015-EN.pdf. Acesso em:
28.08.2015.
[8] Mettler Toledo, “Operating instructions
AT1006 comparator/AT106H comparator”,
Switzerland, 1996.
[9] A. M. Abdel Kareem et al, “Improvement of
Mass Determination Using AT-1006 Comparator
in NIS – Egypt”, IMEKO – TC3, Egypt, 2005.
[10] R. S. Davis et al, “Calibration of a 1 kg
Stainless Steel Standard with respect to a 1 kg PtIr Prototype: A Survey of Corrections and Their
Uncertainties”, Proceedings of the APMF, 2007.
[11] Gläser M. and Borys M, “Precision mass
measurements”, Rep. Prog. Phys., vol. 72, 2009.
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[12] V. M. Loayza, F.L. Cacais, V.R. Corrêa,
“Mass values of 1 kilogram stainless steel mass
standards traceable to the brazilian national
prototype of the kilogram”, I CIMMEC - I
Congresso
Internacional
de
Metrologia
Mecânica, Brazil, October 2008.
[13] Weights of classes E1, E2, F1, F2, M1, M12, M2, M2-3 and M3, Part 1: Metrological and
technical requirements, OIML R111-1, 2004.
[14] Mettler Toledo, “Operating instructions
volume comparator”, Switzerland, 2000.
[15] S. V. Gupta, “Mass Metrology”, Ch. 2 ,
Springer-Verlag, Berlin, 2012.
[16] R. S. Davis., “Magnetization of mass
standards as determined by Gaussmeters,
Magnetometers and Susceptometers”, XVII
IMEKO World Congress , 2003
[17] R. Schwartz, “Precision determination of
adsorption layers on stainless steel mass
standards by mass comparison and ellipsometry
Part I: Adsorption isotherms in air”, Metrologia,
vol. 31, pp. 117-128, 1994.
[18] A. Beatrici et al, “Análise da correção da
deriva simulada em diferentes esquemas de
pesagem”, III CIMMEC - III Congresso
Internacional de Metrologia Mecânica, Brazil,
October 2014.
[19] Steele A. G., Douglas R. J, “Extending En
for measurement science”, Metrologia, vol. 43,
pp. 235-243, 2006.
AGRADECIMENTOS
PRONAMETRO.
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