SEMINÁRIO
INSTRUMENTAÇÃO PARA
CALIBRAÇÃO DE PRESSÃO
F d
Fundamentos
t Teóricos
T ói
e Soluções
S l õ
Oeiras / Porto, 25 e 26 de Maio de 2011
PROGRAMA
1. Fundamentos Teóricos
2. Equipamentos necessários à Calibração Soluções Wika e GE Druck
1
PRESSÃO
A definição
ç mecânica de Pressão é a Força
ç
exercida por unidade de Superfície:
F
P=
A
PRESSÃO - UNIDADES
A unidade de pressão do Sistema Internacional (S.I.)
é o Pascal (Pa):
A pressão gerada por uma força de um newton actuando
perpendicularmente numa superfície de um metro
quadrado.
m
1 N 1 Kg ⋅1 s2
1 Kg
g
1Pa
P =
=
=
1 m2
1 m2
1 m ⋅1 s2
2
PRESSÃO – TIPOS
Pressão Relativa, Absoluta e Diferencial
P atm variável
(Região barométrica)
P rel +
P dif
P dif
P abs
0 rel
P barométrica
P rel P dif
TIPOS DE SENSORES
1. Colunas de líquido.
Consistem num tubo em forma de “U”, cheio
parcialmente de líquido e com uma escala graduada.
graduada A
variação de pressão num dos seus ramos produz uma
variação na altura alcançada pelo líquido em ambos os
ramos. O valor da pressão é directamente proporcional à
diferença de altura entre os ramos.
P1 = ρgÌh + P2
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TIPOS DE SENSORES
2. Instrumentos de deformação mecânica.
Tipos se sensores básicos:
- Bourdon
- Diafragmas
- Capacitivos
- LVDTs
- Piezoeléctricos
- Piezorresistivos
TIPOS DE SENSORES
2. 1. Instrumentos de deformação mecânica.
Bourdon
Desenvolvido p
por Eugene
g
Bourdon em
1849, consiste num tubo metálico de
secção transversal não circular, obtido
com base em aplanar um tubo de secção
circular, que tende a recuperar a forma
quando se aplica uma diferença de
pressão entre o interior e o exterior.
SSe se dobra
d b o tubo
b por um extremo e
se fixa rigidamente o outro, essa
tendência a recuperar a secção
transversal provoca um deslocamento
do extremo livre.
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TIPOS DE SENSORES
2. 2. Instrumentos de deformação mecânica.
Diafragmas
Um diafragma é uma placa circular flexível
consistente numa membrana tensa ou
uma lâmina fixa que se deforma devido à
acção da pressão ou diferença de
pressões a medir.
A transdução realiza-se detectando o
deslocamento do ponto central do
diafragma a sua deformação global ou a
diafragma,
deformação local, neste caso mediante
extensómetros.
Os materiais elásticos empregados são:
cobre ao berílio, aços inoxidáveis, ligas NiCu e inclusive silício.
TIPOS DE SENSORES
2. 3. Instrumentos de deformação mecânica.
Capacitivos
(B i
(Baixas
G
Gamas))
O elemento elástico sensivel é
normalmente um diafragma
f
metálico que
actua como a placa de um condensador.
Se se aplica uma P, o diafragma move-se
em relação a uma placa fixa, variando a
espesssura de um dieléctrico entre as 2
placas.
Vantagens:
estabilidade
e
reprodutibilidade muito elevadas, alta
resolução, não produzem campos
magnéticos grandes, as varações de
temperatura não os afectam e não
sofrem envelhecimentos nem derivas
temporais.
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TIPOS DE SENSORES
2. 4. Instrumentos de deformação mecânica.
LVDTs (Transformador diferencial de variação linear)
Baseam-se na variação da inductancia mútua
entre um primário e cada um dos
secundários ao deslocar-se ao longo do seu
interior
um
núcleo
de
material
ferromagnético, arrastado por um êmbolo
não ferromagnético, unido à peça cujo
movimento se deseja medir.
medir Ao alimentar o
primário com uma tensão alterna, na posição
central as tensões induzidas em cada
secundário são iguais e, ao afastar-se da
posição, o núcleo, uma das duas cresce e a
outra reduz-se na mesma proporção.
TIPOS DE SENSORES
2. 4. Instrumentos de deformação mecânica.
LVDTs (Transformador diferencial de variação linear)
Vantagens:
• Resolução teórica é infinita
• Baixo atrito dá vida quase ilimitada (o
seu tempo médio antes de falhar pode
ser de até 228 anos) e alta fiabilidade
• Alta
Al repetibilidade,
b l d d alta
l linearidade
l
d d e
alta sensibilidade
• Muito adequados para medir em
atmosferas perigosas ao ter bons
isolamentos
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TIPOS DE SENSORES
2.5. Sensores Piezoeléctricos.
O efeito piezoeléctrico consiste na aparição de uma polarização
eléctrica num material (quartzo e turmalina, p.e.) ao deformar-se
devido à acção de um esforço.
É um efeito reversível, de modo que ao aplicar uma diferença de
potencial eléctrico entre duas caras de um material piezoeléctrico,
aparece uma deformação.
Ambos os efeitos foram descobertos por Jacques e Pierre Curie em
1880-1881.
Vantagens: alta sensibilidade, pelo que se utilizam para a captação de
picos
i
d pressão,
de
ã alta
lt rigidez
i id
mecânica,
â i
pois
i as deformações
d f
õ
experimentadas são inferiores a 1Ìm, e pequeno tamanho.
Limitações: não oferecem resposta em continuo e são sensíveis à
temperatura.
TIPOS DE SENSORES
2. 6. Instrumentos de deformação mecânica.
Piezorresistivos
Os extensómetros baseiam-se na variação da resistência de um condutor ou
um semicondutor quando é submetido a um esforço mecânico: R = ρ · ( l / A )
A variação que experimenta a resistividade como resultado de um esforço
mecânico é o que se conhece como efeito piezorresistivo.
Existe uma relação entre a mudança de resistência de um material e a
deformação que este experimenta. Se se conhece a relação entre esta
deformação e o esforço que lhe provoca, a partir da medida das variações de
resistência ppoder-se-ão conhecer os esforços
ç aplicados.
p
Uma ponte de resistências disposta de forma que seja sensível à deformação
constitui um extensómetro.
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TIPOS DE SENSORES
2. 6. Instrumentos de deformação mecânica.
Piezorresistivos
Limitacões:
• O esforço aplicado não deve levar o extensómetro além do
limite elástico (não excede 1% do comprimento).
• A medida de um esforço só será correcta se é transmitida
totalmente ao extensómetro.
Pressão
Aplicada
Diafragma
TIPOS DE SENSORES
2. 6. Instrumentos de deformação mecânica.
Piezorresistivos
A forma habitual de obter um sinal eléctrica como resultado de
uma medida empregando uma ponte de Wheatstone, é mediante
o método de deflexão. Neste, mede-se a diferença de tensão
entre ambos os ramos ou a corrente através de um detector
disposto no braço central.
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PROGRAMA
1. Fundamentos Teóricos
2. Equipamentos necessários à Calibração Soluções Wika e GE Druck
Equipamentos Necessários
Calibração por Comparação
BOMBA
GERAÇÃO PRESSÃO
+
INDICADOR
PADRÃO CALIBRADO
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SOLUÇÕES INDUSTRIAIS
WIKA E GE DRUCK
BOMBAS PORTÁTEIS
PV210
-0,900 a 3 bar
Pneumática
CPP30
-0,950 a 30 bar
Pneumática
CPP1000-H
CPP1000-L
0 a 700 ou 1000bar
0 a 1000bar
Hidráulica
Hidráulica
SOLUÇÕES INDUSTRIAIS
GE DRUCK
BOMBAS PORTÁTEIS
Vácuo até -0,950 mbar
Pneumática
PV411 4 em 1
0,1 a 0,3bar
Pneumática
0 a 60bar
Pneumática
0 a 700bar
Hidráulica
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SOLUÇÕES INDUSTRIAIS / LABORATÓRIOS
WIKA
BOMBAS ALTA PRESSÃO / VOLUME
CPP 1600-X
0 a 1600 bar
Hidráulica
CPP 3000-X / 5000-X/7000-X
0 a 3000 / 5000 / 7000 bar
Hidráulica
SOLUÇÕES INDUSTRIAIS
WIKA
INDICADORES PORTÁTEIS
CPH 6210 Ex
CPH 6200
0 a1000bar
0 a 1000 bar
Exact. 0,2%FS Exact. até 0,1%FS
CPG1000
CPH 6400
0 a 700 bar
0 a 6000bar
Exact.0,05%FS Exact. até 0,025%FS
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SOLUÇÕES INDUSTRIAIS
WIKA
CALIBRADOR PORTÁTIL
CPH 6000
0 a 1000 bar
Exact. 0,025%FS
1000 a 6000bar
Exact. 0,1%FS
SOLUÇÕES INDUSTRIAIS
WIKA E GE DRUCK
CALIBRADORES PORTÁTEIS BOMBA INCORPORADA
CPH 6600
CPH 6600
DPI 610 / 615
-0,8 a 10 bar
-0,8 a 20 bar
0 a20bar + ext. 0 a 400bar + ext.
Exact. 0,025%FS Exact. 0,025%FS Exact. 0,25%FS
Exact. 0,025%FS
Bomba Eléctrica Bomba Manual Pneu. B.Man. Pneu.
B.Man.Hidraul.
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SOLUÇÕES INDUSTRIAIS
GE DRUCK - CALIBRADOR PORTÁTIL
MODULAR
DPI 620
Bombas Pressão -0,8 a 20 bar
Sensores Pressão
Multifunção
0 a 400bar
-0,95 a 20 / 100 bar Pneu.
Exact. até 0,005%FS
0 a 1000 bar Hid.
Calibrador
Mede e Simula:
V, mV, mA, RTD, TC, etc.
SOLUÇÕES INDUSTRIAIS
MODELOS COM SENSORES DIGITAIS
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SOLUÇÕES DE LABORATÓRIO
WIKA
INDICADORES
CPG 2500
CPG 8000
0 a 700 bar
0 a 2500bar
até 2 canais
até 4 canais
Ref. Bar. Opcional
Exact. até 0,01%IS-50
Exact. até 0,008%IS-33
0.005% of full scale (FS) from 0% to 50% of FS and
0.01% of reading from 50% to 100% of FS
0.008 % of Reading in the upper 2/3 of the span and
0.008 % of 1/3 FS in the lower one-third of the span.
SOLUÇÕES DE LABORATÓRIO
WIKA
CONTROLADORES
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SOLUÇÕES DE LABORATÓRIO
WIKA
CONTROLADORES
CPC 3000
-1 a 70 bar – opção Ref. Barométrica
Estabilidade de Controlo: 0,004% FS
Exactidão: 0,025%FS
SOLUÇÕES DE LABORATÓRIO
WIKA
CONTROLADOR MODULAR
CPC 6000
-1 a 100 bar – opção Ref. Barométrica
Bomba interna 0 a 1 bar opcional
Estabilidade de Controlo: até 0,003% FS
Exactidão: 0,01%IS-50
0.01% of reading from 50% to 100% of the full scale value of the sensor and
0.005% of full scale from 0% to 50%
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SOLUÇÕES DE LABORATÓRIO
WIKA
CONTROLADORES
Gama CPC 8000
0 a 1600 bar – opção Ref. Barométrica
Estabilidade de Controlo: 0,001% FS
Exactidão: até 0,008%IS-33
0.008% of reading from 100% FS to 33% FS and
0.008% of 33% FS from 0% to 33% FS
SOLUÇÕES INDUSTRIAIS / LABORATÓRIO
WIKA
CONTROLADORES – BAIXA PRESSÃO
CPC 2000
Bomba Eléctrica Incorporada: Vácuo e até 1 bar
Exactidão: 0,1%FS
Ideal para Sensores Diferenciais
Bateria Incorporada
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CALIBRAÇÃO PRIMÁRIA
A definição
ç mecânica de ppressão é a Força
ç
exercida por unidade de Superfície:
F
P=
A
CALIBRAÇÃO PRIMÁRIA
Calibradores primarios
Balanças Manométricas:
Constituídas por um
conjunto pistão-cilindro de
área conhecida e um jogo de
massas calibradas
FORCE
PRESSÃO = FORÇA
AREA
AREA
PRESSURE
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CALIBRAÇÃO PRIMÁRIA
FORCE
AREA
PRESSURE
PRESSURE =
FORCE
AREA
CALIBRAÇÃO PRIMÁRIA
SOLUÇÕES DE LABORATÓRIO / INDUSTRIAIS
WIKA
CPB 5000
0 a 1000 bar (5000 bar HP)
0 a 100 bar (pneumático)
Exactidão até 0,015%RD (0,020%RD HP)
CPB 3000
0 a 1000bar
Exactidão até 0,025%RD
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CALIBRAÇÃO PRIMÁRIA
PRIMARIOS
Balanças
ç
Manométricas
Vantagens
SECUNDARIOS
Calibradores electrónicos
Exactidão
Portabilidade
Estabilidade
Economia
Maior intervalo de
calibração
Directamente rastreável a
standards internacionais
de pressão
Intrínsecamente seguro
Memoria interna
Comunicação con PC
(RS232)
Alimentação e leitura de
transductores
Multiplas unidades de pressão
OUTRAS SOLUÇÕES
CALIBRADORES DE PROCESSOS WIKA
INDUSTRIAIS E LABORATÓRIO
Medição e Simulação: mA, V, mV, RTD, Termopares, Ohm, etc.
19
20