2 - Análise e interpretação do Certificado de Calibração

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A Comprovação Metrológica geralmente inclui calibração ou verificação, qualquer ajuste ou reparo necessário, recalibração, comparação com os requisitos metrológicos para o uso pretendido do equipamento, assim como qualquer etiqueta ou lacre necessários. Para alcançarmos ela, necessitamos que a adequação do equipamento de medição para seu uso tenha sido demonstrada e documentada. Em resumo, definimos a comprovação metrológica como sendo o conjunto de operações necessária para assegurar que um equipamento de medição atenda aos requisitos do seu uso pretendido.  Esta seção foi elaborada com base na norma ABNT NBR ISO 10012:2004.

Os requisitos para o uso pretendido incluem:

  • Amplitude;
  • Resolução;
  • Erro Máximo Permissível.

Apresentamos um diagrama dos processo envolvidos na comprovação metrológica na Figura 2.1

 

Figura 2.1: Processo de Comprovação Metrológica para equipamentos de medição.

Requisitos metrológicos são derivados de requisitos para o produto. Estes requisitos são necessários tanto para o equipamento de medição, quanto para os processos de medição. Estes também podem ser expressos como erros máximos permissíveis, incerteza permissível, faixa, estabilidade, resolução, condições ambientais ou habilidades do operador.

A orientação é que temos que especificar os processos de medição e o equipamento de medição que estão sujeitos às provisões da Norma ABNT NBR ISO 10012:2004. Com a decisão sobre o escopo e a extensão do sistema de gestão da medição, devemos levar em consideração os riscos e as consequências de falhas do cumprimento dos requisitos metrológicos.

Nota: o sistema de gestão de medição consiste em:

  • no controle de processos de medições indicados;
  • comprovação metrológica de equipamento de medição e dos processos de suporte necessários (conforme Figura 2.1).

A recalibração de um equipamento de medição não é necessária se o equipamento já estiver em uma situação de calibração válida. O procedimento de comprovação metrológica pode incluir métodos para verificarmos que a incerteza de medição e/ou erros de equipamento de medição estão dentro dos limites permissíveis especificados nos requisitos metrológicos. As informações pertinentes à ela deve estar prontamente disponível para o operador, incluindo quaisquer limitações ou requisitos especiais.

 

Função Metrológica

 

A função metrológica deve ser definida pela organização. A Alta Direção da organização deve assegurar a disponibilidade dos recursos necessários para estabelecer e manter a função metrológica. A função metrológica pode ser um departamento único ou estar distribuída em toda a organização.

A gestão da função metrológica deve estabelecer, documentar e manter o sistema de gestão de medição e continuamente melhorar a sua eficiência.

 

Intervalos de Comprovação Metrológica

 

A orientação para os métodos usados para a determinação ou mudança dos intervalos entre comprovações metrológicas é de que devemos descrever em procedimentos documentados. Devemos analisar criticamente e ajustarmos quando necessário para assegurar a contínua conformidade dos requisitos metrológicos especificados. Para determinação dos intervalos de comprovação metrológicas podemos usar dados obtidos de histórias de calibração, comprovação metrológica e avanços de tecnologia e conhecimento. Ao usarmos registros utilizando técnicas como Controle Estatístico de Processo (CEP), elas podem ser úteis para a determinação da necessidade ou não de alterar os intervalos de comprovação metrológica.

Segundo (OIML D10), o intervalo de calibração pode ser igual ao intervalo de comprovação metrológica.

Outro ponto importante é que cada vez que reparamos, ajustamos ou modificamos um equipamento de medição não conforme o intervalo de comprovação metrológica deve ser analisado criticamente.

 

Controle de ajustes de equipamento

 

Para o controle de ajustes de equipamento devemos ter alguns cuidados como:

  • Acessos aos meios de ajustes e dispositivos sobre equipamentos de medição comprovados, cuja posição afeta o desempenho, devemos selá-los ou de alguma forma protegê-los afim de prevenir mudanças não autorizadas;
  • Devemos projetar ou implementar selos ou proteções de tal forma que mudanças não autorizadas sejam detectadas;
  • Devemos incluir ações a serem tomadas quando selos ou proteções são violados, danificados, contornados ou faltando.

Um ponto importante é que não aplicamos o requisito para a selagem para meios ou dispositivos de ajustes que são intencionalmente posicionadas pelo usuário sem a necessidade de referências externas, por exemplo os ajustes de zero. É importante também previnirmos de alterações não autorizadas em programas de computadores e nos procedimentos da organização.

As decisões sobre o selamento, os controles ou ajustes dos materiais de selagem e dos selos, tais como etiquetas, soldas, fios, tinta, normalmente são deixadas para a função metrológica e que a implementação de um programa de selagem sejam documentadas pela mesma. Mas vale lembrar que, nem todos os equipamentos de medição têm a possibilidade de serem selados.

 

Registros do processo de comprovação metrológica

 

Um processo importante dentro da comprovação metrológica são os registros do processo de comprovação metrológica, eles devem ser datados e aprovados por uma pessoa autorizada para atestar a correção dos resultados, como apropriado e os mesmos devem ser mantidos e estar disponíveis.

O tempo mínimo de registros depende de muitos fatores, incluindo os requisitos do cliente, requisitos estatutários ou regulamentares e responsabilidade do fabricante. Os registros relacionados com padrões de medição podem precisar ser mantidos indefinidamente. Devemos demonstrar nos registros de comprovação metrológica se cada item do equipamento satisfaz os requisitos metrológicos especificados e neles devemos incluir, quando necessário a:

  • Descrição e identificação única do fabricante do equipamento, tipo, número de série etc;
  • Data na qual a comprovação metrológica foi completada;
  • Resultado da comprovação metrológica;
  • Intervalo fixado para a comprovação metrológica;
  • Identificação do procedimento de comprovação metrológica;
  • Erros máximos permissíveis definidos;
  • Condições ambientais pertinentes e declaração sobre quaisquer correções necessárias;
  • Incertezas envolvidas na calibração do equipamento;
  • Detalhes de qualquer manutenção, tais como ajustes, reparos ou modificações realizadas;
  • Quaisquer limitações de uso;
  • Identificação das pessoas que realizam a comprovação metrológica;
  • Identificação das pessoas responsáveis pela correção da informação registrada;
  • Identificação única (como número da série) de qualquer relatório ou certificado de calibração e outros documentos pertinentes;
  • Evidência da rastreabilidade dos resultados de calibração;
  • Requisitos metrológicos para o uso pretendido;
  • Resultado da calibração após e onde requerido antes de qualquer ajuste, modificação ou reparo.

A orientação segundo ABNT NBR 10012:2004 é que os resultados de calibração sejam registrados de forma que a rastreabilidade de todas medições possa ser demonstrada e de forma que os resultados das calibrações possam ser reproduzidos sob condições próximas das condições originais. Algumas vezes, o resultado da verificação é incluído no relatório ou certificado de calibração onde é declarado se o equipamento está em conformidade (ou falha de conformidade) com os requisitos especificados. Os requisitos podem ser manuscritos, ou datilografados, ou microfilmados, ou meio eletrônico, ou meio magnético, ou em outro meio de informação.

O erro máximo permissível pode ser determinado pela função metrológica ou por referência às especificações publicadas do fabricante do equipamento de medição. É importante saber que a função metrológica deve assegurar que somente pessoas autorizadas sejam permitidos para gerar, emendar, emitir ou apagar registros.

 

Análise do Certificado de Calibração

 

Como dissemos, a função metrológica deve definir uma estratégia para avaliar cada equipamento de medição, que é um requisito obrigatório, segundo item 5.5.2 da norma ISO/IEC 17025 [9]. Uma das formas mais utilizadas consiste em definir o erro máximo permissível (EMP), através da tolerância de produto ou especificações do fabricante, e compará-la com o resultado da calibração do equipamento. Para isto, tomamos

$$EMP=\frac{\text{Menor tolerância medida}}{J},~~~~~~ \text{com}~~~J = (5; 15].$$

O mais utilizado é $ J=10 $. Assim

$$EMP=\frac{\text{Tolerância}}{10}.$$

 

Critério:

$$\max_i\left\{\mid T_i \mid + U(i) \right\} \leq EMP,\quad i=1,\dots,n$$

para todo ponto de calibração ($ i $ representa o ponto de calibração e $ n $ o número de pontos de calibração).

A comprovação metrológica no caso em que o EMP é função das leituras é discutido abaixo.

$$ EMP=\pm~(a + b\times leitura)$$

$$a=0,01$$

$$b=0,01$$

Critério:

$ |T_i| + U(i) \leq EMP(i) $, para todo ponto de calibração ($ i $ representa o ponto de calibração).

 

Exemplo 2.1.1

Suponha que temos uma tolerância de 1 g para as massas padrão. Após a calibração das massas, obtivemos as seguintes informações do certificado de calibração. Essas informações estão apresentadas na Tabela 2.1.1

Ponto (g) Tendência (g) U (g) k
1000 0,009 0,015 2
1000 0,01 0,015 2
1000 0,016 0,015 2
1000 0,01 0,015 2
5000 -0,014 0,075 2
5000 -0,069 0,075 2
5000 -0,043 0,075 2
5000 0,025 0,075 2

Tabela 2.1.1: Certificado de Calibração.

Considerando J=10, temos que

$$EMP=\frac{\text{Tolerância}}{10}=0,1~g.$$

A Tabela 2.1.2 apresenta o critério de aprovação $ (|T|+U \leq EMP) $ para as oito massas padrão. Como podemos ver, duas massas de 5 kg foram reprovadas. Com isso, o certificado de calibração cujo os valores foram apresentados na Tabela 2.1.1, não está aprovado.

 

Ponto (g) |T|+U Critério
1000 0,024 Aprovado
1000 0,025 Aprovado
1000 0,031 Aprovado
1000 0,025 Aprovado
5000 0,089 Aprovado
5000 0,144 Reprovado
5000 0,118 Reprovado
5000 0,1 Aprovado

Tabela 2.1.2: Critério de Aprovação.

 

Exemplo 2.1.2

Vamos aplicar a comprovação metrológica em uma bureta graduada. Suponha que a bureta controla um processo de tolerância de 2 mL para as medidas de volume. Na Figura 2.1.3 apresentamos o certificado de calibração da bureta graduada.

Valor nominal Média Correção |C| Incerteza Expandida Fator de abrangência (k) Graus de liberdade efetivo (veff)
5 4,9077 0,0923 0,002 2,37 10
15 14,8280 0,1720 0,003 2,20 15
25 24,9328 0,0678 0,003 2,06 44

Tabela 2.1.3: Tabela resumida do certificado de calibração.

Considerando J=10, temos que

$$EMP=\frac{\text{Tolerância}}{10}=\frac{2}{10}=0,2.$$

A Tabela 2.1.3 apresenta o critério de aprovação $ (|C|+U \leq EMP) $ para as três medições padrões de volume. Como podemos ver, todas as faixas de volume estão aprovadas.

 

Ponto (mL) |C|+U Critério
5 0,0943 Aprovado
15 0,175 Aprovado
25 0,0708 Aprovado

Tabela 2.1.3: Critério de Aprovação.

 

TUR (Test Uncertainty Ratio)

 

O processo de calibração envolve uma comparação entre o Equipamento de Medição e um padrão, tendo  melhores requisitos metrológicos. A comparação entre a exatidão da unidade sob teste e a exatidão do padrão é conhecia como razão entre as exatidões de teste (TAR). No entanto, esta razão não considera outras fontes potenciais de erro do processo de calibração. A comparação entre a exatidão da unidade sob teste e a incerteza de calibração estimada é conhecida como uma relação entre as incertezas de teste (TUR). Esta relação é mais confiável, porque considera as fontes de erro envolvidas no processo de calibração que o TAR não considera.

A relação entre as incertezas de teste (TUR) é uma medida da capacidade de um determinado instrumento e/ou processo de medição atender uma especificação de produto (ou processo). Desta forma, TUR é a razão entre a tolerância e/ou especificação do produto e a incerteza presente no teste desta especificação ou tolerância. Historicamente, uma regra muito utilizada é a de que o TUR deve ser de pelo menos 10:1.  Quanto maior a razão, melhor o desempenho do teste. Atualmente, uma proporção de 4:1 ou mesmo 3:1 são considerados aceitáveis em alguns casos. Isto é devido principalmente ao melhor desempenho dos equipamentos de fabricação. Em muitos casos, não temos um equipamento com uma incerteza pequena  suficiente para um TUR 10:1, ou é muito caro para a aplicação.

Há duas principais aplicações para o TUR:

  • O primeiro é na calibração de instrumentos de medição e equipamentos;
  • O segundo é na inspeção de componentes fabricados.

De forma geral, temos a seguinte equação para o TUR:

$$\mbox{TUR}=\frac{\mbox{Tolerância ou EMP}}{\mbox{Incerteza Expandida}}$$

À partir disto, notamos que a razão TUR compara a variação admissível para o mensurando (o numerador) com a variabilidade associada com a medição do mensurando (o denominador).

Figura 2.1.3: Relação entre a zona de especificação e a zona de conformidade.

A figura (2.1.3), nos mostra a relação entre a zona de especificação e a zona de conformidade. Se o "verdadeiro valor" do mensurando está dentro da zona de especificação, temos que a especificação é satisfeita, caso contrário, o mensurando está fora de especificação. No entanto, nunca podemos conhecer o "verdadeiro valor" do mensurando conforme citamos no módulo 2. Afim de indicar se o mensurando está ou não fora da especificação, temos que conhecer a incerteza no processo de medição. Isso é mostrado na parte inferior da linha horizontal da figura. Se o mensurando está na zona de conformidade, temos confiança de que o verdadeiro valor está dentro da especificação. Da mesma forma, se o mensurando está na zona de não conformidade, temos confiança de que o verdadeiro valor está fora de especificação. Para a região de incerteza mostrado entre conformidade e não conformidade, não temos confiança suficiente para determinar se a peça ou produto está conforme ou não.     

Figura 2.1.4: Influência do TUR no resultado final de uma calibração.

Como visto anteriormente, devido ao melhor desempenho dos equipamentos, consideramos TUR ≥ 5 como uma relação aceitável na escolha de um equipamento, e um TUR ≥ 3 na escolha do padrão de calibração, o que assegura e permite que a incerteza do padrão não interfira significativamente na comprovação metrológica. A Figura (2.1.4) ilustra o comprometimento da incerteza do padrão em relação ao erro máximo permissível, em função de diferentes TUR adotados.

 

 

 

Incerteza de Medição

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