Todo instrumento de medição tem por função de ler o valor de uma variável do processo que se encontra instalado tratar esse sinal e apresentar o resultado do sinal tratado através de um dispositivo que pode ser um ponteiro em um indicador e ou apresentar um sinal de saída elétrico-eletrônico. Para um indicador de loop do sistema de medição por exemplo em um transmissor de temperatura sente a temperatura conforme o tipo de sensor em sua entrada e apresentando um sinal de saída de corrente de 4- 20mA e um indicador que seja de fácil entendimento por nos humanos. Um outro exemplo uma motor apresenta uma entrada de sinal eletrônico e a saída correta de corrente elétrica para motor.
Calibração e variação são duas tarefas associadas ao estabelecimento de uma correspondência precisa entre o sinal de entrada de qualquer instrumento e seu sinal de saída. Simplesmente definida, a calibração garante que o instrumento detecte com precisão a variável do "mundo real" que deve medir ou controlar. Simplesmente definido, o intervalo estabelece o relacionamento desejado entre a entrada de um instrumento e sua saída.
Calibração versus Re-variação
Calibrar um instrumento significa verificar e ajustar (se necessário) sua resposta, para que a saída corresponda com precisão à sua entrada em um intervalo especificado. Para fazer isso, é preciso expor o instrumento a um estímulo de entrada real de quantidade precisamente conhecida. Para um manômetro, indicador ou transmissor, isso significaria sujeitar o instrumento de pressão a pressões de fluido conhecidas e comparar a resposta do instrumento com as quantidades de pressão conhecidas. Não se pode realizar uma calibração verdadeira sem comparar a resposta de um instrumento a estímulos físicos conhecidos.
O Range de um instrumento significa definir os valores de intervalo inferior e superior para que ele responda com a sensibilidade desejada às alterações na entrada. Por exemplo, um transmissor de pressão definido para uma faixa de 0 a 200 Kgf/cm² (0 Kgf/cm² = saída de 4 mA; saída de 200 Kgf/cm² = 20 mA) pode ser alterado novamente para responder em uma escala de 0 a 150 Kgf/cm² (0 PSI = 4 mA; 150 Kgf/cm² = 20 mA).
Em instrumentos analógicos, a redimensionagem só poderia (geralmente) ser realizada por recalibração, uma vez que os mesmos ajustes foram usados para alcançar os dois propósitos. Em instrumentos digitais, calibração e variação são geralmente ajustes separados (ou seja, é possível redimensionar um transmissor digital sem ter que executar uma recalibração completa), por isso é importante entender a diferença.
Ajustes de zero e span
O objetivo da calibração é garantir que a entrada e a saída de um instrumento correspondam de maneira confiável em toda a faixa de operação. Podemos expressar essa expectativa na forma de um gráfico, mostrando como a entrada e a saída de um instrumento devem se relacionar. Para a grande maioria dos instrumentos industriais, este gráfico será linear:
Este gráfico mostra como qualquer porcentagem de entrada deve corresponder à mesma porcentagem de saída, de 0% a 100%.
As coisas ficam mais complicadas quando os eixos de entrada e saída são representados por unidades de medida diferentes de "porcentagem". Tomemos, por exemplo, um transmissor de pressão, um dispositivo projetado para detectar uma pressão de fluido e emitir um sinal eletrônico correspondente a essa pressão. Aqui está um gráfico para um transmissor de pressão com uma faixa de entrada de 0 a 100 libras por polegada quadrada (PSI) e uma faixa de sinal de saída eletrônica de corrente elétrica de 4 a 20 miliamperes (mA):
Embora o gráfico ainda seja linear, a pressão zero não equivale a corrente zero. Isso é chamado de "zero ativo", porque o ponto de medição de 0% (pressão do fluido 0 PSI) corresponde a um sinal eletrônico diferente de zero ("ativo"). A pressão de 0 PSI pode ser o LRV (valor inferior da faixa) da entrada do transmissor, mas o LRV da saída do transmissor é 4 mA, não 0 mA. Qualquer função matemática linear pode ser expressa na forma da equação de "interceptação de inclinação":
Y = mX + b
Onde,
Y = Posição vertical no gráfico
X = posição horizontal no gráfico
m = inclinação da linha
b = Ponto de interseção entre a linha e o eixo vertical (y)
A calibração deste instrumento não é diferente. Se deixarmos "X" representar a pressão de entrada em unidades de PSI e "Y" representar a corrente de saída em unidades de miliamperes, podemos escrever uma equação para este instrumento da seguinte maneira:
Y = 0,16X + 4
No instrumento real (o transmissor de pressão), existem dois ajustes que permitem combinar o comportamento do instrumento com a equação ideal. Um ajuste é chamado de zero, enquanto o outro é chamado de extensão. Esses dois ajustes correspondem exatamente aos termos da função linear, respectivamente: o ajuste "zero" muda a função do instrumento verticalmente no gráfico (b), enquanto o ajuste "span" altera a inclinação da função no gráfico m) Ao ajustar o zero e a amplitude, podemos definir o instrumento para qualquer faixa de medição dentro dos limites do fabricante.
A relação da equação da linha de inclinação-interceptação com os ajustes de zero e span de um instrumento revela algo sobre como esses ajustes são realmente alcançados em qualquer instrumento. Um ajuste "zero" é sempre obtido adicionando ou subtraindo alguma quantidade, assim como o termo de interceptação Y em b adiciona ou subtrai ao produto mX. Um ajuste de “span” é sempre obtido multiplicando ou dividindo alguma quantidade, assim como a inclinação m forma um produto com nossa variável de entrada X.
Os ajustes de zero normalmente assumem uma ou mais das seguintes formas em um instrumento:
Força de polarização (força de mola ou massa aplicada a um mecanismo)
Deslocamento mecânico (adição ou subtração de uma certa quantidade de movimento)
Tensão de polarização (adição ou subtração de uma certa quantidade de potencial)
Os ajustes de amplitude geralmente assumem uma destas formas:
Posição de ponto de apoio para uma alavanca (alterando a multiplicação de força ou movimento)
Ganho do amplificador (multiplicando ou dividindo um sinal de tensão)
Taxa de mola (alteração da força por unidade de distância do alongamento)
Note-se que para a maioria dos instrumentos analógicos, os ajustes de zero e span são interativos. Ou seja, o ajuste de um afeta o outro. Especificamente, as alterações feitas no ajuste da amplitude quase sempre alteram o ponto zero do instrumento.
Um instrumento com ajustes interativos de zero e amplitude requer muito mais esforço para calibrar com precisão, pois é necessário alternar entre os pontos de faixa inferior e superior repetidamente para ajustar a precisão.
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