MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS

DE

MEDIÇÃO

ÍNDICE 1. EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO

1.1. Bloco Padrão 1.1.1. Introdução 1.1.2. Tipos 1.1.3. Classificação 1.1.4. Materiais de fabricação 1.1.5. Processo de fabricação 1.1.6. Normas e fabricantes 1.1.7. Apresentação (jogos) 1.1.8. Recomendação de utilização 1.1.9. Comprimento de um bloco padrão 1.1.10. Blocos - padrão de cerâmica 1.1.11. Aplicações

1.2. Níveis

1.2.1. Introdução 1.2.2. Classificação e tipo de medidores 1.2.3. Medidores de nível por medição direta 1.2.4. Medidores de nível por medição indireta 1.2.5. Medição de nível descontínua

1.3. Fita Métrica 1.4. Trena

1.4.1. Sistema de medição a laser 1.5. Paquímetro 1.6. Micrômetro 1.7. Relógio Comparador 1.8. Rugosímetro

1.8.1. Classificação 1.8.2. Componentes

2. MÁQUINAS DE MEDIÇÃO

2.1. Definição 2.2. Tipos

2.2.1. Máquina abbé 2.2.2. Microscópio de medição 2.2.3. Projetores de perfil 2.2.4. Máquinas dedicadas 2.2.5. Mesas divisoras 2.2.6. Máquinas de medição por coordenadas

1 1 1 1 3 3 4 4 5 6 6 7 8 10 10 10 10 21 28 30 30 32 35 40 45 48 48 49 50 50 50 50 51 52 54 55 56

3. BIBLIOGRÁFIA

61

1

1. EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO 1.1 Blocos-padrão 1.1.1 Introdução

Blocos padrão são padrões de comprimento ou ângulo, corporificados através de

duas faces específicas de um bloco, chamadas de faces de medição. Estas faces apresentam uma planicidade (ótimo acabamento superficial) tal, que podem aderir à outra superfície de mesma qualidade, por atração molecular.

A principal característica destes padrões está associada aos pequenos erros de

comprimento, em geral de décimos ou até centésimos de micrometros (µm), que são obtidos no processo de fabricação dos mesmos. Em função disto, pode-se afirmar que os Blocos Padrão exercem papel importante como padrões de comprimento em todos os níveis da Metrologia Dimensional.

Os blocos-padrão são muito utilizados como padrão de referência na indústria

moderna, desde o laboratório até a oficina, são de grande utilidade nos dispositivos de medição, na traçagem de peças e nas próprias máquinas operatrizes.

Existem jogos de blocos padrão com diferentes quantidades de peças (figura 1). Não

devemos, porém, adotá-los apenas por sua quantidade de peças, mas pela variação de valores existentes em seus blocos fracionários.

Figura 1 – Caixa de blocos-padrão

1.1.2 Tipos

Quanto à forma da seção transversal do bloco, esta pode ser quadrada (figura 2),

retangular (figura 3) ou circular (figura 4). Os blocos de secção quadrada ou circular podem ou não ser furados no centro.

2

Figura 2 – Bloco-padrão de seção quadrada

Figura 3 – Bloco-padrão de seção retangular

Figura 4 – Bloco-padrão de seção circular

As dimensões dos blocos-padrão de seção quadrada são normalizadas pela norma

americana GGGG-15. A vantagem desse tipo de blocos- padrão é a estabilidade proporcionada pela forma da seção quando utilizado na posição vertical. No Brasil, quase não se utiliza este tipo de bloco. As dimensões dos blocos de seção retangular são normalizadas pela norma ISSO 3650. Os blocos maiores de 100 mm apresentam furos em cada extremidade (figura 5), cuja finalidade é permitir a montagem de um dispositivo que garanta a união de uma composição formada por dois ou mais blocos.

Figura 5 – Blocos-padrão de seção retangular com comprimentos superiores a 100mm apresentam furos.

25±0,5

2,0010−−−−

L>100m

3

1.1.3 Classificação

De acordo com o trabalho, os blocos padrão são encontrados em quatro classes (tabela 1). DIN/ISO/JIS BS FS APLICAÇÃO

00 00 2 Para aplicação científica ou calibração de blocos padrão. 0 0 2 Para calibração de blocos padrão de inspeção e calibração de

instrumentos. 1 I 3 Para inspeção e ajuste de instrumentos de medição nas áreas

de inspeção. 2 II B Para uso em oficinas e ferramentarias.

Tabela 1

1.1.4 Materiais de fabricação Os materiais mais utilizados na fabricação de blocos-padrão são: aço liga, metal

duro, cerâmica.

� Aço Atualmente é o mais utilizado nas indústrias. O aço é tratado termicamente para garantir a estabilidade dimensional, além de assegurar dureza acima de 800HV. Como o aço tem a tendência de alterar o seu volume, a estabilidade dimensional dos blocos padrão, no decorrer do tempo, pode ser significativamente afetada. Para minimizar este efeito, usa-se aço liga que tenha uma boa estabilidade dimensional. � Metal duro São blocos geralmente fabricados em carbureto de tungstênio. Hoje, este tipo de bloco- padrão é mais utilizado como bloco protetor. A dureza deste tipo de bloco padrão é superior a 1500HV.

� Cerâmica O material básico utilizado é o zircônio. A utilização deste material ainda é recente, e suas principais vantagens são a excepcional estabilidade dimensional e a resistência à corrosão. A dureza obtida nos blocos padrão de cerâmica é superior a 1400HV.

4

Propriedades Cerâmica Aço Metal duro Dureza 1350 800 1650 Coeficiente de expansão térmica (nm/K)

10±1 11,5±1 5

Módulo de Elasticidade (105N/mm2)

2,1 2,1 2,1

Fator de Condutividade Térmica (J/mm.s.K)

0,00293 0,0544 0,0795

Tabela 2 Para os blocos feitos de aço, quando for exigida uma alta resistência ao desgaste, é recomendável que as superfícies de medição sejam protegidas por dois blocos protetores, fabricados em metal duro (carbonetos sinterizados). Os blocos protetores são mais resistentes, e têm a finalidade de impedir que os blocos padrão entrem em contato direto com instrumentos ou ferramentas.

As variações de comprimento permitidas para cada bloco a cada ano, são em geral

especificadas nas normas técnicas, como por exemplo a norma DIN 861. É importante que se tenha conhecimento do coeficiente de expansão térmica do material e do módulo de elasticidade a fim de que, quando usado em medições criteriosas, os correspondentes erros possam ser compensados.

1.1.5 Processo de fabricação Blocos de aço com comprimentos até cerca de 100 mm, são inteiramente temperados. Nos comprimentos maiores apenas os extremos são endurecidos. Para realizar o alívio de tensões, aplicam-se diversos processos de envelhecimento artificial de acordo com a composição química do aço utilizado. O refinado acabamento das superfícies de medição é obtido através de lapidação fina, que assegura grau de planicidade e ao mesmo tempo, um controle sobre a rugosidade.

1.1.6 Normas e fabricantes

Abaixo estão relacionadas algumas normas e recomendações técnicas referentes a definição, tipos e uso de blocos padrão.

� Alemã : DIN 861, DIN 2260 ; VDE/VDI 2605 (Blocos Padrão angulares); � Francesa : NF E 11-010; � Inglesa : BS 4311 (Blocos Padrão de seção retangular); BS 5317 (Blocos Padrão de

seção circular, “barras”) e NPL SPECIFICATION MOY/SCMI/1B (Blocos Padrão angulares);

5

� Suíça : VSM 57100 � Japonesa : JIS B 7506

� Americana : GGG-G-15 � Internacional : ISO 3650

As normas internacionais estabelecem os erros dimensionais e de planeza nas

superfícies dos blocos padrão.

1.1.7 Apresentação (jogos)

Para alcançar um bom aproveitamento dos blocos-padrão, estes são reunidos em jogos que diferem entre si pelos seguintes fatores: mínimo escalonamento, faixa que o escalonamento abrange número de peças que os constituem.

Estes jogos consistem de várias séries dimensionais (sub-grupos de dimensões).

Partindo de base 1,000 mm, existem séries dimensionais em milésimos de mm (1,001 até 1,009), centésimos (1,01 até 1,09), décimos, etc. Os jogos mais usuais são padronizados pela DIN 2260. Um jogo de blocos padrão bastante usado é o chamado jogo normal, denominado jogo “N”. Compõe-se de 45 peças que formam 5 séries dimensionais. O jogo permite compor qualquer dimensão entre 3 103 mm com escalonamento de 0,001 mm.

Figura 6 – Exemplo de jogo retirado do catálogo da Mitutoyo.

Fora dos limites mencionados, o jogo permite a realização de algumas medidas (porém, não todas) com o escalonamento indicado. Não se pode compor, por exemplo, as medidas 1,011, ..., 1,019. Outra limitação é que para a composição de medidas fora dos limites é necessário juntar maior número de blocos padrão, do que o previsto pela norma, o que resulta na introdução de maiores erros.

6

1.1.8 Recomendações de utilização

Enorme cuidado é tomado pelo fabricante de um jogo de blocos padrão: na seleção do material, na retificação, no tratamento térmico, nos processos de lapidação, na inspeção, na gravação das inscrições e números, na calibração e na embalagem dos mesmos.

Mesmo os Blocos Padrão de grau 2 (DIN 861), usados nas oficinas, devem ser

manuseados por pessoal experiente a fim de os blocos não se desgastem em pouco tempo. Alem disto, o operador deve:

� Evitar o aparecimento de oxidações nas superfícies de medição resultante de

umidade, agentes corrosivos, etc. Para isto é necessário que após cada dia de trabalho os blocos sejam limpos com benzina ou similar e untados com uma camada de vaselina. Este material de limpeza deve ser de preferência de uso exclusivo dos blocos padrão.

� Usar pinças de madeira ou plástico para manipular blocos pequenos.

� Evitar usar os blocos em superfícies oxidadas, ásperas ou sujas.

� Evitar a todo custo um coque mecânico (queda, batida com outro sólido). Mas

ocorrendo, deve-se examinar ambas as faces de medição, usando um plano ótico, a fim de verificar se há deformações permanentes que prejudicarão a aderência e a própria planicidade de outros colocados em contato.

� Evitar a atuação de radiação térmica, campos magnéticos e elétricos. � Manter em suas respectivas embalagens quando não usados.

� Evitar deixar os blocos padrão aderidos por muito tempo. Todas as recomendações citadas devem ser mais rigorosas quanto melhor for a

classe de erro do Bloco Padrão.

1.1.9 Comprimento de um bloco-padrão

O comprimento de um bloco padrão de superfícies plano-paralelas é igual ao afastamento entre duas superfícies planas de medição das quais uma é a superfície de um corpo auxiliar na qual o bloco padrão está inteiramente ligado por uma das suas faces e a outra é a face livre do bloco padrão. As premissas são:

� o bloco padrão não está solicitado mecanicamente de maneira a provocar variação de comprimento;

� o corpo auxiliar é do mesmo material e com a qualidade da superfície igual a do bloco padrão;

7

� a ligação entre o bloco padrão e o corpo auxiliar é feita da mesma maneira como descrito para ligação de blocos padrão entre si, sendo excluídos expressamente quaisquer meios que poderiam favorecer a adesão.

Por outro lado, conta-se com um filme “infinitesimal” de lubrificante entre as superfícies de medição, como ocorre no uso normal de blocos padrão justapostos. Os blocos padrão são executados e medidos quanto ao comprimento que corporificam, bem como quanto a sua forma geométrica: planicidade, paralelismo e o grau de acabamento das suas superfícies de medição.

1.1.10 Blocos - padrão de cerâmica Estes blocos padrão são fabricados com um tipo de cerâmica cujo componente base é o Zircônio, que é um dos materiais mais duráveis encontrados até hoje. A seguir serão apresentadas as características mais importantes destes padrões, sempre fazendo-se um paralelo com os blocos fabricados em aço e em metal duro. (a) Resistência a Corrosão Os blocos padrão cerâmicos são totalmente imunes ao ataque de agentes corrosivos. É uma grande vantagem, principalmente em função do contato constante destes padrões com o suor humano. Em função disto, estes blocos dispensam tratamento anti-corrosivos ou outros cuidados de armazenamento. (b) Resistência à Abrasão

A resistência à abrasão dos blocos cerâmicos é de cinco a dez vezes maior do que os fabricados em aço e de quatro a cinco vezes maior de que os fabricados em metal duro. Esta superioridade dos blocos cerâmicos é devido ao seu baixo coeficiente de atrito e também à sua densa e homogênea estrutura granular.

(c) Estabilidade Dimensional

Diferente dos blocos fabricados em aço, os blocos não apresentam variação dimensional significativa no decorrer do tempo.

(d) Coeficiente de Expansão Térmica, Módulo de Elasticidade, Dureza e

Condutibilidade Térmica

Em função da proximidade entre os coeficientes de expansão térmica da cerâmica a base de zircônio e o aço, os blocos padrão de cerâmica podem ser usados normalmente como padrão de comprimento para medir peças em aço, o que constitui mais uma vantagem para o uso destes últimos.

O fator de condutibilidade térmica da cerâmica é relativamente baixa comparada ao

do aço, o que significa dizer que o bloco cerâmico necessita o dobro do tempo, comparativamente ao aço, para alcançar a temperatura ambiente (equilíbrio térmico). No

8

entanto, em algumas situações isto poderá se tornar tão rápido quanto o de aço devido às mudanças da temperatura ambiente.

O tempo necessário para a estabilização térmica dos blocos de cerâmica depende

das condições ambientais, do comprimento do bloco, bem como da diferença inicial de temperatura entre o bloco e o ambiente.

(e) Aderência das Superfícies

Devido ao alto grau de uniformidade e densidade de sua estrutura granular, a superfície dos blocos cerâmicos se auto aderem com a mesma facilidade dos blocos padrão de aço em estado de novo. A força requerida para desmontagem de blocos cerâmicos é aproximadamente 30% superior àquela necessária para desmontagem de blocos de aço.

(f) Resistência Mecânica a Impactos

São altamente resistentes a quedas ou impactos em uso normal. Os erros devidos às deformações superficiais provocadas por impactos ou rebarbas são totalmente desprezíveis e facilmente removíveis.

1.1.11 Aplicações

A seleção da classe de erro depende da finalidade para a qual o bloco padrão se destina. Seguem-se normalmente as seguintes recomendações:

� Classe 00: especialmente indicado como padrão de referência em laboratórios de

metrologia. É usado na calibração de blocos padrão de classe 0; � Classe K: apresenta a mesma tolerância de constância de afastamento da classe 00,

porém sua tolerância no comprimento é igual aos de classe 1. A principal vantagem em relação a classe 00 é o custo mais baixo com a mesma qualidade metrológica.

� Classe 0: usado para altas exigências, em medições criteriosas no ajuste de

máquinas de medição, em medições diferenciais criteriosas durante a qualificação de padrões e calibradores. É a classe de erro utilizada como referência para calibração de blocos de classe 1 e 2. O uso é restrito, quase que exclusivamente aos laboratórios de metrologia dimensional;

� Classe 1: usa-se para as mesmas finalidades acima, porém, onde as tolerâncias não

são tão rígidas, por exemplo, no posto central de controle da qualidade da fábrica;

� Classe 2: para uso geral, ajuste de instrumentos convencionais onde o nível de tolerância não é apertado.

9

Quanto a sua aplicação os blocos padrão classificam-se em:

� blocos de trabalho; � blocos de verificação; � blocos de comparação; � blocos de referência.

Os blocos de trabalho são usados no nível de oficina, entram em contato com

superfícies relativamente ásperas e sofrem por isso uma forte solicitação de desgaste. É indispensável uma verificação dos blocos em intervalos de tempo definidos, dependendo da intensidade de uso.

Os blocos de referência são pouco usados, limitados aos casos de grande

importância, sofrem apenas um desgaste mínimo e conservam suas características metrológicas por períodos prolongados de tempo;

Os principais fabricantes de blocos-padrão são: CARL ZEISS, KOBA,

MITUTOYO, KURODA, MATRIX, STARRETT-WEBBER, CEJ, MAHR, TESA, etc.

10

1.2 Níveis

1.2.1 Introdução A medição de nível, embora tenha conceituação simples, requer por vezes artifícios e técnicas apuradas. O nível é uma variável importante na indústria não somente para a operação do próprio processo, mas também para fins de cálculo de custo e de inventário. Os sistemas de medição de nível variam em complexidade desde simples visores para leituras locais até indicação remota, registro ou controle automático. Na indústria se requer medições tanto de nível de líquidos como de sólidos. Para facilitar a compreensão costuma-se definir nível, como sendo a altura do conteúdo de um reservatório, que poderá ser um líquido ou um sólido.

1.2.2 Classificação e tipo de medidores

A medida do nível de um reservatório contendo líquido ou sólido, é efetuada a fim

de manter esta variável em um valor fixo ou entre dois valores determinados, ou ainda para determinar a quantidade (volume ou massa) do fluido em questão.

Existem dois métodos de medição que são usados nos processos em geral.

(a) Método de Medição Direta

É a medição que se faz tendo como referência a posição do plano superior da substância medida. Exemplo de instrumentos usados na medição direta: réguas ou gabaritos, visores de nível, bóia ou Flutuador.

(b) Método da Medição Indireta

É o tipo de medição que se faz para determinar o nível em função de uma segunda variável. Exemplo de instrumentos usados na medição indireta: displace (empuxo), pressão diferencial (diafragma), borbulhador, capacitância eletrostática, ultra-sônico, por pesagem, por raio gama.

(c) Método Descontínuo

1.2.3 Medidores de nível por medição direta

A. Medidor de Nível Tipo Régua ou Gabarito.

Consiste em uma régua graduada que tem o comprimento conveniente, para ser introduzido dentro do reservatório onde vai ser medido o nível (figura 7). A determinação do nível se efetuará através da leitura direta do comprimento marcado na régua, pelo líquido. São instrumentos simples e de baixo custo permitindo medidas instantâneas. A graduação da régua deve ser feita a uma temperatura de referência, podendo estar graduada em unidades de comprimento, volume ou Massa.

11

Figura 7 – Régua ou gabarito

B. Visores de Nível

Aplica-se nestes instrumentos o princípio dos vasos comunicantes. Um tubo

transparente é colocado a partir da base do reservatório até o seu ponto mais alto, permitindo a leitura precisa do nível do líquido, mesmo para altas pressões.

Os visores de nível se destinam exclusivamente à monitoração do nível de líquido

ou da interface entre dois líquidos imiscíveis, em vasos, colunas, reatores, tanques, etc., submetidos ou não à pressão.

Os visores são aplicados quase na totalidade dos casos de monitoração local do

nível, devido ao seu baixo custo em comparação com outros tipos de instrumentos, a não ser em casos onde a pressão e temperatura sejam excessivas e impeçam a sua utilização.

Devido às suas características construtivas, os visores de nível são de fácil

manutenção e construídos de maneira a oferecer segurança na operação. Para atender as mais variadas aplicações em diversos processos existem atualmente os visores do tipo tubular, de vidros planos, magnéticos e os especiais para uso em caldeiras.

B.1 Visores de Vidro Tubular Estes visores são normalmente fabricados com tubos de vidro retos com paredes de espessura adequada a cada aplicação. Estes tubos são fixados entre duas válvulas de bloqueio de desenho especial através de união e juntas de vedação apropriadas a cada especificação de projeto (figura 8).

O comprimento e o diâmetro do tubo irão depender das condições a que estará submetido o visor, porém convêm observar que os mesmos não suportam altas pressões e temperaturas. Para proteção do tubo de vidro contra eventuais choques externos, são fornecidas hastes protetoras metálicas colocadas em torno do tubo de vidro ou com tubos ou chapas plásticas envolvendo o mesmo.

12

Figura 8 – Visores tubulares

Os tubos de vidro têm diâmetros normalizados onde para cada dimensão estão

relacionados valores de pressão e temperatura máximas permissíveis. Devido às características construtivas, os visores de vidro tubular não suportam altas pressões e temperaturas, bem como apresentam alta probabilidade de quebra acidental do vidro por choque externo.

Devido às limitações quanto a sua resistência a segurança, os visores de vidro

tubular são recomendados para uso em processos que não apresentam pressões superiores a cerca de 2,0 bar e em temperaturas que não excedam a 100 graus Celsius. Não se recomenda o seu uso com líquidos tóxicos, inflamáveis ou corrosivos, visto que a fragilidade destes instrumentos aumenta a possibilidade de perda de produto contido no equipamento. Recomenda-se que o comprimento do tubo não exceda os 750 mm. Caso seja necessário cobrir faixas de variação de nível maiores, recomenda-se usar dois ou mais visores com sobreposição (figura 8) de faixas visíveis.

13

Figura 9 – Esquema de visor com sobreposição das faixas visíveis

B.2 Visores de Vidro Plano Os vidros planos substituíram, ao longo dos anos, quase a totalidade dos visores tubulares. Esse fato decorre da inerente falta de segurança apresentada pelos visores tubulares em aplicações com pressões elevadas. Atualmente, os visores planos representam cerca de 90% das aplicações de visores de nível em plantas industriais.

Os visores de vidro plano têm o aspecto mostrado na figura 10.a. São compostos de um ou vários módulos onde se fixam barras planas de vidro. Estes módulos são conhecidos como seções dos visores.

Apesar da diversidade de modelos e fabricantes, cada seção apresenta uma altura

variando de 100 a 350 mm e, dependendo do desnível a ser medido, os visores podem ser compostos de várias seções (visor multiseção). Contudo, recomenda-se que cada visor tenha, no máximo, quatro seções. Ultrapassando esse limite, o peso da unidade torna-se excessivo e o visor pode deixar de ser auto-sustentável, necessitando de suportes adicionais.

Caso sejam previstas variações amplas na temperatura do fluido, o visor deverá ser

provido com loops de expansão para possibilitar a dilatação ou contrações resultantes. Quando o desnível a ser medido exigir um número de seções adicionais serão sobrepostos como mostra a figura 10.b.

14

Figura 10: a)Visor de vidro plano em três seções b)Visores sobrepostos

A principal desvantagem dos visores multiseções são as regiões de não visibilidade

entre seções adjacentes que medem tipicamente 38 mm. A especificação dos materiais das diversas partes depende da aplicação

(temperatura, pressão, tipo de fluido, etc.). Porém, a configuração mais comum deste tipo de visor está apresentada na figura abaixo (figura 11):

15

Figura 11 – Visor de vidro plano

A seguir faz-se uma descrição sucinta de alguns dos seus componentes.

� Vidro

É de Borossilicato temperado capaz de suportar choques térmicos e mecânicos. Devido à sua própria natureza, não deverá ser aplicado qualquer esforço que resulte em flexão.

� Corpo de Visor

A câmara por onde passa o fluido é geralmente em aço carbono usinado. Para fluidos corrosivos ou alta pressão deverá ser utilizado aço inoxidável (AISI 304 ou 316).

� Espelho

A tampa frontal, que deve suportar altas tensões, é fabricada em ferro modular ou aço carbono/inoxidável (para pressões médias e elevadas).

� Juntas As juntas de vedação são em papelão hidráulico e as juntas almofadas de amianto (grafitado).

16

B.3 Tipos de visores planos

I. Visor plano Reflex

O visor plano reflex possui um vidro com ranhuras prismáticas na face de contato com o líquido cujo nível se deseja medir. Seu funcionamento baseia-se na lei ótica da reflexão total da luz (figura 12).

A superfície interna do vidro é composta de prismas normais no sentido longitudinal do

visor. Os raios de luz normais à face do visor atingem a superfície do prisma com um ângulo de 45º, sofrendo reflexão total, pois o ângulo crítico é ultrapassado (para a superfície vidro-ar o ângulo crítico é de 42º). Nesta condição, o visor apresenta-se para um observador com uma cor prata brilhante. Na região do visor onde existe líquido, não ocorre a reflexão total, pois o ângulo não é ultrapassado (para a superfície vidro-água é de 62º). Conseqüentemente, é possível ver a superfície que se apresenta na cor negra.

Figura 12 – Visor de nível tipo reflex

Contudo, os visores reflex não devem ser utilizados nas seguintes aplicações:

� Fluidos corrosivos ao Vidro Neste caso inclui-se também o vapor d’água saturado a pressões superiores a 30 bar. Tais aplicações requerem que a superfície interna do vidro seja protegida contra o ataque do agente corrosivo (geralmente mica) prejudicando a ação dos prismas.

� Fluidos viscosos pois um agarramento do fluido sobre o vidro torna ineficaz a ação

dos prismas. � Iluminação insuficiente no local de instalação.

17

� Detecção da interface de dois líquidos não miscíveis, caso em que o visor ficaria escurecido por igual na região onde qualquer dos dois líquidos não miscíveis estivesse presente.

II. Visor plano transparente

II.1 Definição Utiliza dois vidros localizados um na parte posterior do visor e outro na parte anterior. Os dois vidros vão permitir a transparência do visor à luz. O raio luminoso entrará por um dos vidros e será absorvido parcial ou totalmente pelo fluido no interior do visor. A parte com vapor absorverá menos luz que a com líquido, proporcionando assim um contraste ao observador. Para melhorar a visibilidade, pode-se dotar o visor de lâmpadas, localizadas na parte posterior. (figura 13)

Figura 13 – Visor transparente

II.2 Aplicações Este tipo de visor é utilizado em aplicações com fluidos coloridos, viscosos ou corrosivos ao vidro. É aplicável, também, à supervisão da interface entre dois líquidos. São usados ainda quando o fluido no interior do visor for corrosivo ao vidro (como por exemplo a água de caldeira a pressões superiores a 30 bar), nesse caso é necessário instalar um material transparente protetor (geralmente mica) entre o vidro e a junta de vedação. A seleção desse material deverá ser criteriosa para não

18

prejudicar a visibilidade do instrumento (por exemplo, alguns plásticos tornam-se translúcidos com a ação da luz solar e devem ser evitados).

II.3 Recomendações para instalação e operação eficiente

Geralmente a instalação de um visor de vidro requer os seguintes acessórios adicionais (figura 14):

• Válvulas de isolação das tomadas de amostra (válvula 1 e 2). • Válvula de bloqueio junto ao visor, normalmente, são válvulas de três vias (3 e 4)

que permitem conectar o visor à tubulação de tomada no equipamento ou à saída de dreno ou respiro.

• Válvula de dreno (5) instalada na extremidade inferior do visor. Eventualmente

poderá ser instalada também uma válvula para respiro em lugar do plug mostrado na figura 14.

• A especificação da classe de pressão, material e outras características das válvulas,

tubo e do próprio visor devem seguir a especificação do equipamento a ele relacionado. Várias opções para instalação de instrumentos de nível podem ser usadas. O API-RP550 (Manual of Instrumentation of Refinery Instruments and Control System - Parte 1 - Seção 2), mostra várias alternativas para instalação de visores, bem como recomendações quanto à dimensão e tipos de válvulas, conexões e tubulações.

Figura 14 – Instalação típica de um visor

19

Por segurança, as válvulas de bloqueio do visor podem ser dotadas de uma esfera de retenção que previna a descarga de fluido para atmosfera se, porventura, ocorrer a quebra do vidro ou vazamento excessivo no visor.

Quando se deseja maximizar a viabilidade, as válvulas de bloqueio deverão ser

instaladas lateralmente. Por outro lado, para facilitar o posicionamento do visor em relação ao observador poderão ser instaladas válvulas “off-set” que permitem a comunicação sem obstruções entre a conexão ao visor e a saída de dreno ou respiro, já que a haste da válvula é deslocada lateralmente em relação ao canal de comunicação visor-dreno/respiro.

Quando instalados em vasos onde também se encontram instrumentos de medição

contínua de nível recomenda-se que os visores cubram uma faixa maior que a destes, de forma a facilitar o ajuste ou verificação de funcionamento dos medidores. Os visores de vidro devem ser instalados em posição que permita ao operador uma boa visibilidade e fácil acesso para manutenção do tubo de vidro, das válvulas e juntas. O vidro deve ser mantido sempre limpo e verificar sempre as condições das juntas de vedação e válvulas de bloqueio.

C. Medidor de Nível tipo Flutuador

C.1 Medidor de Nível com flutuador interno

Neste medidor de nível, o dispositivo esférico é colocado a flutuar no tanque, (figura 15) e seu movimento vertical é convertido pela alavanca em movimento rotativo para um indicador externo. A rotação da alavanca produz uma indicação direta ou acima um contato magnético. O flutuador tipo esférico é normalmente usado quando grande resistência à pressão é desejada.

O flutuador é desenhado de modo que a linha de centro da esfera coincida com o

nível da superfície do líquido, proporcionando uma máxima sensibilidade na mudança de nível. O medidor de níveis com flutuador interno é usualmente utilizado em tanques abertos. Deve-se ter o cuidado para assegurar que não ocorra vazamentos quando estes são usados em compressão ou em tanque de vácuo.

Figura 15 – Medidor de nível com flutuador interno

20

C.2 - Medidor de nível com flutuador externo

Neste medidor o flutuador é colocado em uma câmara montada do lado de fora do tanque (figura 16). Conforme varia o nível do flutuador movimenta-se verticalmente. Este por sua vez transmite esta variação ao elemento indicador através de um sistema de alavancas.

Sua vantagem sobre o sistema com flutuador interno está no fato deste ser menos

afetado por oscilações na superfície do líquido contido no tanque ou por sua vaporização. Com este medidor pode-se obter o nível em tanques sob pressão ou vácuo, medir nível de interface entre dois líquidos de densidade diferentes e medir nível de líquido corrosivo. É indicado especialmente para os casos em que a instalação de um flutuador tipo bóia dentro do tanque de medição não for recomendado.

Figura 16 – Medidor de nível com flutuador externo

C.3 - Medidor de nível tipo flutuador livre

Medidor de nível tipo flutuador livre indica a variação do nível do líquido através do movimento ascendente e descendente do flutuador ligado por meio de uma fita metálica ou corrente a um peso. O deslocamento do flutuador de utilização deste medidor é de aproximadamente de 0 a 30m.

21

Figura 17 – Medidor de nível com flutuador externo

1.2.4 Medidores de Nível por medição indireta

A. Medidor de nível tipo deslocador (displacer) Este medidor de nível é provido de um detector que utiliza o princípio de Arquimedes

que diz: “Um corpo imerso em um líquido sofre a ação de uma força vertical dirigida de baixo para cima igual ao peso do volume do líquido deslocado.” A esta força exercida pelo fluido no corpo nele submerso é denominado de empuxo, será maior quanto maior for a densidade do líquido.

� Deslocador (DISPLACER)

O deslocador comumente utilizado como sensor de transmissores de nível tem a forma

de um cilindro oco, fabricado de materiais como aço inox 304 ou 316, monel, hastelloy, teflon sólido, etc. A escolha do material adequado é determinada principalmente pela temperatura e poder corrosivo do fluido. No interior do cilindro, se necessário, são depositados contrapesos granulados, a fim de ajustar o peso do deslocador. Uma vez que o empuxo aumenta com o percentual de imersão, segue-se que o peso aparente do deslocador se reduz com o aumento do nível.

Nas figuras 18 e 19, estão representados deslocadores típicos utilizados. O deslocador pode trabalhar diretamente no interior do equipamento (figura 20) ou dentro de um compartimento denominado câmara, dependendo das características dinâmicas do processo, propriedades físicas do líquido e facilidade de manutenção desejada (figura. 21). Na realidade, a câmara é constituída de duas partes. A câmara inferior abriga o deslocador e apresentam nas configurações LL e LB duas conexões flangeadas ou rosqueadas para sua fixação no equipamento. A câmara superior encerra o braço de torque e, nos casos em que as duas conexões estão localizadas na câmara inferior, permite a remoção do deslocador sem que seja necessário desmontá-la do equipamento.

22

Além disso, desacoplando os flanges de interface, pode-se girar as câmaras superior e

inferior de modo a reorientar as conexões com relação ao transmissor. Quando o deslocador é especificado para ser fornecido com câmara, devem ser previstas duas conexões laterais do equipamento principal, as quais serão interligadas às correspondentes conexões da câmara através das tomadas de equalização (figura 21). Cria-se assim um sistema de vasos comunicantes que garante, sob condições de estabilidade no líquido, igualdade entre os níveis no equipamento e na câmara. Além de padronizar o comprimento, alguns fabricantes adotam um volume de referência (figura 19) para seus deslocadores; Isto porque, fixadas a elasticidade do elemento de sustentação e a densidade do líquido de processo, o alcance do sinal de entrada no transmissor é completamente determinado pelo volume do deslocador.

Figura 18

Figura 19

23

Figura 20

Figura 21

B. Medição por capacitância A medição de nível por meio de capacitância é um sistema de medição com larga aplicação.Com esse sistema é possível efetuar a medição contínua do nível de líquidos e sólidos, tendo seu princípio de funcionamento baseado no funcionamento de um capacitor cilíndrico. Um capacitor cilíndrico consiste em dois cilindros concêntricos de comprimento L cujo cilindro maior (externo) é uma casca de raio B e o menor (interno), um sólido de raio A. O espaço existente entre os cilindros concêntricos é ocupado por uma substância conhecida como dielétrico, que pode ser o próprio ar ou vácuo, um fluido líquido qualquer ou mesmo um sólido.

a - Para válvula de extração de condensado b - Tomada de equalização c - condensado d - Meio de range v - Vapor

24

Figura 22 – Capacitor cilíndrico

O sensor capacitivo pode ser montado na forma de uma sonda que é montada na

parte superior de um reservatório, voltada para dentro e imersa no fluido que ali esteja estocado, ou ainda uma simples haste cilíndrica metálica de raio A, sendo que o cilindro externo será o próprio tanque metálico de estocagem.

Figura 23 – Capacitores cilíndricos ligados em paralelo

Figura 24 – Sonda capacitiva cilíndrica

Para qualquer nível H de substância armazenada, o recipiente comporta-se como dois capacitores cilíndricos ligados em paralelo; portanto, sua capacidade equivalente será obtida por: Ca = Cb + Cc

25

Figura 25 – Sonda capacitiva cilíndrica. O próprio casco do tanque cumpre o papel de casca cilíndrica, sendo

o fluido e o ar o dielétrico.

À medida que o nível do tanque for aumentando, o valor da capacitância aumenta progressivamente à medida que o dielétrico ar é substituído pelo dielétrico líquido. A medição de nível por capacitância admite ainda uma segunda variante em termos de sonda capacitiva. Pode-se usar também o princípio do capacitor de placas paralelas.

C. Medição por radiação

Os medidores que utilizam radiações nucleares se distinguem pelo fato de serem

completamente isentos do contato com os produtos que estão sendo medidos. Além disso, dispensando sondas ou outras técnicas que mantêm contato com sólidos ou líquidos tornando-se possível, em qualquer momento, realizar a manutenção desses medidores, sem a interferência ou mesmo a paralisação do processo.

Dessa forma os medidores que utilizam radiações podem ser usados para indicação

e controle de materiais de manuseio extremamente difícil e corrosivos, abrasivos, muito quentes, sob pressões elevadas ou de alta viscosidade.

O sistema de medição por raios gamas consiste em uma emissão de raios gama

montado verticalmente na lateral do tanque; do outro lado do tanque teremos uma câmara de ionização que transforma a radiação gama recebida em um sinal elétrico de corrente contínua. Como a transmissão dos raios é inversamente proporcional à altura do líquido do tanque, a radiação captada pelo receptor é inversamente proporcional ao nível do líquido do tanque, já que o material bloquearia parte da energia emitida.

26

Figura 26 – Medição por radiação

� Algumas aplicações de sensor de radiação:

o tanques agitados o autoclaves o reatores de altas e baixas pressões o vaporizadores com vácuo o tanques com produtos quentes o canos o tanques de abastecimento o reatores de leito fluidizado

� Vantagens:

o medição independente da pressão, temperatura, propriedades físicas e químicas do produto;

o medição de nível contínua, e não existe contato com o produto a ser medido; o uso de fontes de radiação em forma laminar, que permitem a linearização do

sinal de medida; o compensação imediata quando a radiação se desintegra; o elevada exatidão em situações em que outros medidores de nível falham; o pode ser usado para medições em condições mais adversas, por exemplo, com

produtos altamente viscosos e corrosivos, ou altas pressões e temperaturas;

� Desvantagem: Só pode ser usado em último recurso, quando for impossível aplicar outro método de

medição. Este aparelho é extremamente caro

27

D. Medição por empuxo-sensor Strain-gauge

Neste sistema, um elemento (flutuador) com densidade maior que o líquido cujo

nível se deseja medir é suspenso por uma mola, um dinamômetro, ou uma barra de torção.À medida que o nível do líquido aumenta, o peso aparente do flutuador, diminui, fazendo atuar o mecanismo de indicação ou transmissão. Entretanto, para o uso adequado desse medidor, a densidade do líquido deve conhecida e constante.

Este mecanismo pode ser instrumentado com strain-gauge colados sobre um eixo de torção fixo ou uma haste de flexão. Essa concepção permite alta precisão na medida, pois o sinal elétrico enviado pelo strain-gauge devido a microdeformação causada pela força de empuxo, podendo ser convertido eletronicamente já em distância linear equivalente (nível h), sendo apresentada em um indicador com display digital.

Figura 27 – Sistema instrumentado com strain-gauge

E. Medição de nível por ultra-som

O ultra-som é uma onda sonora, cuja freqüência de oscilação é maior que aquela

sensível pelo ouvido humano, isto é, acima de 20 Khz. A geração ocorre quando uma força externa excita as moléculas de um meio elástico, esta excitação é transferida de molécula a molécula do meio, com uma velocidade que depende da elasticidade e inércia das moléculas. A propagação do ultra-som depende portanto, do meio (sólido, líquido ou gasoso). Assim sendo, a velocidade do som é a base para a medição através da técnica de eco, usada nos dispositivos ultra-sônicos. As ondas de ultra-som são geradas e captadas pela excitação elétrica de materiais piezoelétricos.

A característica marcante dos materiais piezoelétricos é produção de um freqüência

quando aplicamos uma tensão elétrica. Assim sendo, eles podem ser usados como gerador de ultra-som, compondo, portanto, os transmissores. Inversamente, quando se aplica uma força em uma material piezoelétrico, ou seja quando ele recebe um sinal de freqüência, resulta o aparecimento de uma tensão elétrica no seu terminal. Nesta modalidade, o material piezoelétrico é usado como receptor do ultra-som.

28

Figura 28 – Medidor de nível por ultra-som

Os dispositivos do tipo ultra-sônico podem ser usados tanto na detecção contínua de nível como na descontínua.

Os dispositivos destinados a detecção contínua de nível caracterizam-se, principalmente, pelo tipo de instalação, ou seja, os transdutores podem encontrar-se totalmente submersos no produto, ou instalados no topo do equipamento sem contato com o produto.

F. Medição de nível por radar

Possuem uma antena cônica que emite impulsos eletromagnéticos de alta frequência à superfície a ser detectada. A distância entre a antena e a superfície a ser medida será então calculada em função do tempo de atraso entre a emissão e a recepção do sinal. Essa técnica pode ser aplicada com sucesso na medição de nível de líquidos e sólidos em geral. A grande vantagem deste tipo de medidor em relação ao ultrassônico é a imunidade a efeitos provocados por gases, pó, e espuma entre a superfície e o detector, porém possuem um custo relativo alto.

1.2.5 Medição de nível descontínua

Estes medidores são empregados para fornecer indicação apenas quando o nível atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemas de alarme e segurança de nível alto ou baixo. Nos líquidos que conduzem eletricidade, podemos mergulhar eletrodos metálicos de comprimento diferente. Quando houver condução entre os eletrodos teremos a indicação de que o nível atingiu a altura do último eletrodo alcançado pelo líquido.

29

Figura 29 – Medição de nível descontínua por condutividade

Figura 30 – Medição de nivel descontínua por bóia

Diversas técnicas podem ser utilizadas para medição descontínua, desde simples

bóia acoplada a contatos elétricos a sensores eletrônicos do tipo capacitivo ou ultra-sônico, onde diferenciam-se entre si pela sensibilidade, tipo de fluido, características operacionais instalação e custo.

30

1.3 Fita métrica Tira estreita de pano plastificado, dividida em centímetros e milímetros, que serve para tomar medidas em costura ou outras atividades.

Figura 31 – Fita Métrica de Plástico.

1.4 Trena

Tipo de fita métrica feita de material plástico ou metálico com mecanismo retrátil. A fita é enrolada num mecanismo semelhante a um carretel e quando se deseja utilizá-la basta puxar. Utilizada para medir distâncias curtas de comprimento de 20, 50 ou 100 metros.

Figura 32 – Trena de Plástico. Figura 33 – Trena de Metal.

Figura 34 – Trena de Aço de 30 metros.

31

Ela também pode ser usada para topografia. Essas são de aço e devem ser periodicamente calibradas segundo a norma ABNT 10123. Existem trenas de outros tipos de materiais de linha ou plástico com fibra de vidro, de menor precisão, usadas para outro tipo de serviço.

Figura 35 – Trena de Aço de 50 metros para uso em topografia.

Figura 36 – Trena de Fibra de Vidro Figura 37 – Trena de Fibra de Vidro com caixa fechada com caixa aberta As trenas (trenas de invar) de 100 metros são ditas especiais utilizadas normalmente para distâncias verticais. E as mais modernas com sistema a laser, que projeta um ponto visível sobre uma superfície e através de um sistema eletrônico permite saber a qual distância está a superfície que desejar.

Figura 38 – Trena com prumo para medições verticais.

32

Figura 39 – Trena com sistema de medição de comprimento a laser. ( fabricado por IRWIN)

1.4.1 Sistema de medição a laser

O laser a sólido surgiu em 1960, utilizava rubi e emitia luz vermelha. O aparelho que opera o fenômeno laser consegue emitir uma luz monocromática visível. Hoje, ele é utilizado nos campos da telecomunicação, do armamento, da indústria, da física fundamental, da medicina, da metrologia, etc.

No caso da metrologia, que no momento é nosso campo de estudo, foi desenvolvido o laser interferométrico capaz de medir com exatidão as distâncias desejadas. Os sistemas lasers de medição linear podem medir distâncias até dezenas de metros com uma resolução de um milionésimo de milímetro. O sistema laser de medição linear foi desenvolvido a partir do interferômetro de Michelson. Dependendo do arranjo óptico, o sistema é capaz de realizar medições lineares, angulares e de retitude, sendo necessário apenas três tipos de arranjos.

Figura 40 – Interferômetro de Michelson

Em geral, os sistemas laser de medição utilizados na medição de comprimento, emitem radiação em duas freqüências muito próximas entre si (f1 e f2) com polarizações circulares opostas. Isto é conseguido por meio da aplicação de um campo magnético

33

externo durante a emissão, o que provoca um desdobramento nas linhas espectrais pelo efeito do alinhamento do momento magnético associado ao átomo. Este efeito chamado de Zeeman foi primeiramente pesquisado pelo físico holandês Pieter Zeeman, em 1902. O feixe proveniente da cavidade óptica contendo ambas as freqüências passa através de placas polarizadoras do tipo λ/4 e λ/2, que tem o objetivo de transformar a polarização circular das freqüências em polarização linear, uma na vertical e a outra na horizontal. O feixe polarizado linearmente é expandido em um telescópio colimador, que a seguir atinge o divisor de feixe, que tem característica polarizadora, dividindo assim em dois componentes. Um componente passa pelo divisor, por exemplo, f1 e o outro é refletido perpendicularmente (f2). A reflexão dos dois componentes é feita nos espelhos, em forma de triedros e chamados retrorefletores (prismas), para permitir o retorno paralelo do feixe. Um dos retrorefletores (prisma de referência) é fixado ao divisor de feixe e o outro se move independente do divisor.

Figura 41 – Princípio de Funcionamento do Divisor de Feixe de Laser.

Os dois componentes, após a reflexão em seus respectivos retrorefletores, se recombinam no divisor de feixe resultando na composição do feixe contendo f 1 e f2. Havendo qualquer deslocamento do retrorefletor móvel, haverá uma variação ∆f na freqüência do componente do feixe nele refletido, devido ao efeito Doppler - Fizeau. O sinal de retorno, agora composto por f1 ± ∆f 1, volta ao cabeçote onde é captado por um fotodetector, que converterá o sinal luminoso em sinais eletrônicos. A contagem de pulsos defasados é realizada por batimento de freqüência, sendo os sinais convertidos em números de λ/4. O número de λ/4 é estocado em contadores que, após as compensações devidas a influências no comprimento de onda e efeitos térmicos sobre o padrão em calibração, é convertido em milímetros.

34

Os sistemas de medição de posicionamento por interferômetro a laser oferecem informações muito precisas de posicionamento ou distância para medições dimensionais ou controles de movimento. Quando incorporado a um equipamento de fabricação e inspeção, o sistema de interferômetro a laser informa a posição ou controla o movimento de uma plataforma de produto com uma precisão maior do que a de qualquer outro método.

35

1.5 Paquímetro

Figura 42 – Paquímetro universal.

O paquímetro é um instrumento usado para medir as dimensões lineares

internas, externas e de profundidade de uma peça. Consiste em uma associação de:

• uma escala, como mensurando; • dois bicos de medição, como meio de transporte do mensurando, sendo

um ligado à escala e outro ao cursor; • um nônio, como interpolador para a indicação entre traços.

O cursor ajusta-se à régua e permite sua livre movimentação, com um mínimo de folga. Ele é dotado de uma escala auxiliar, chamada nônio ou vernier. Essa escala permite a leitura de frações da menor divisão da escala fixa. Alguns paquímetros podem ter, na parte traseira, uma lingueta que se move junto com o cursor e serve para medir profundidades.

Além do paquímetro universal, já apresentado, outros tipos de paquímetros com

diferentes formas e uso específicos podem ser citados:

• paquímetro com ajuste fino → Permite uma maior precisão na medida em relação ao paquímetro universal, exatamente pelo fato de não haver o risco de pressionar-se demasiadamente os bicos de medição contra a peça a ser medida e causar erros de medição devido à deformação do material;

36

Figura 43 – Paquímetro com ajuste fino.

• paquímetro de profundidade → Serve para medir a profundidade de furos

não vazados, rasgos, rebaixos, etc. Esse tipo de paquímetro pode apresentar haste simples ou haste com gancho.

Figura 44 – Paquímetro de profundidade.

• calibrador de espessura de dentes de engrenagens → Projetado para

medir a espeessura dos dentes de engrenagensna linha do passo, usando a distância do topo do dente á corda. Para o mesmo propósito ele pode ser usado para medir fresas, ferramentas para formar e para roscar;

37

Figura 45 – Calibrador de espessura de dentes de engrenagens.

• paquímetro de altura (ou traçador de altura) → Todos os traçadores

possuem uma coluna vertical à qual está afixada uma peça que pode ser movimentada para cima e para baixo. Um braço sai do traçador, travando contato direto com o material medido. Cada traçador tem uma base sólida, que dá à coluna vertical estabilidade suficiente para que se mantenha no ângulo correto com relação à superfície sobre a qual se encontra. Um uso básico para um traçador de altura seria uma amostragem de medição de peças produzidas a fim de garantir que elas estejam dentro da tolerância estabelecida. Um uso um pouco mais complexo do que essa simples medição de altura seria riscar o material para cortá-lo no ponto exato desejado;

38

Figura 46 – Paquímetro de altura ou traçador de altura (digital).

Em todos esses diferentes tipos de paquímetros, a indicação da escala pode ser

feita de três maneiras diferentes:

• mecânica com indicação via nônio; • cremalheira com indicação via sistema relógio comparador; • magnética ou eletroóptica, com indicação eletrônica e indicação digital.

A incerteza de medição de um paquímetro depende:

• dos erros da divisão da escala principal (no caso de leitura via nônio); • dos erros da divisão do nônio (no caso de leitura via nônio); • da retilineidade dos bicos de medição; • da perpendicularidade dos bicos de medição em relação à haste e

paralelismo entre si;

39

• dos erros da guia do cursor.

Figura 47 – Aplicações usuais de paquímetros

40

1.6 Micrômetro

Figura 48 – Micrômetros variados.

O micrômetro possui como porta-medida um fuso roscado, cujo passo deve

corresponder em precisão e grandeza aos objetivos da medição. Os micrômetros têm em geral um passo de 0,5 mm. O deslocamento longitudinal para uma rotação completa do parafuso é portanto 0,5 mm. Existem micrômetros cujo parafuso possui uma rosca com passo de 1 mm. O tambor graduado está fixado ao fuso micrométrico executando assim o mesmo movimento como aquele. A fim de determinar o deslocamento longitudinal do fuso de medição, na parte dianteira do tambor acha-se gravada uma escala que subdivide uma rotação ( deslocamento de 0,5 mm ) em 50 partes. O deslocamento de uma divisão de escala no tambor corresponde a um deslocamento longitudinal de 0,01 mm.

Figura 49 – Partes do micrômetro.

O tubo graduado possui duas outras escalas lineares que indicam os milímetros e

os meios milímetros. Estando o micrômetro ajustado, isto é, quando o traço do limite inferior da Faixa de Medição ( FM ) coincidir com o traço zero no tambor graduado, com os sensores de medição se tocando ( FM até 25 mm ), ou em contato com uma haste padrão de comprimento ( FM maior que 25 mm ) então o mesmo pode ser empregado para realizar medição, dentro de sua faixa de medição, com divisão de

41

escala de 0,01 mm. O tubo graduado pode apresentar ainda outra escala auxiliar, geralmente com 10 divisões que é o nônio. Neste caso a resolução de leitura para o micrômetro é dada pelo próprio nônio e vale 1 µm.

A trava do parafuso micrométrico permite fixar a haste de medição em qualquer

posição arbitrária. Ela deve impedir o deslocamento do fuso quando acionada, sem porém, deslocá-lo do seu eixo. A catraca é ligada ao parafuso micrométrico possibilitando força de medição constante. Se a força for superior à resistência da catraca, a mesma gira em falso sobre o parafuso (a catraca limita o torque transmissível ao fuso ).

Assim como o paquímetro, existem diferentes tipos de micrômetros ( além do

que acabou de ser apresentado) específicos para um tipo de medida ou uso. Entre eles, pode-se citar:

• micrômetro de profundidade → Como o próprio nome já sugere, este

tipo de micrômetro tem como objetivo fazer medidas de profundidades e ressaltos. Para isso são equipados com um conjunto de hastes de vários comprimentos.

Figura 50 - Micrômetro de profundidade.

• micrômetro de arco profundo → Este micrômetro alcança pontos

distantes da borda da chapa metálica em direção ao centro, além de medir espessuras de bordas e partes salientes das peças.

Figura 51 - Micrômetro de arco profundo.

42

• micrômetro com discos nas hastes → O disco aumenta a área de contato, possibilitando a medição de papel, cartolina, borracha, etc. Também é utilizado para medir o módulo dos dentes da engrenagem.

Figura 52 – Micrômetro com discos nas hastes.

• micrômetro para medição de rosca → Projetados para medir o diâmetro

primitivo das roscas, esses micrômetros acompanham diversos tipos sensores (dependendo do tipo de rosca) que são acoplados nas hastes, um com formato cônico e outro em forma de v.

Figura 53 - Micrômetro para medição de rosca.

• micrômetro com contato em forma de v → Utilizado para medir

ferramentas de corte com número ímpar de arestas de cortes (fresas de topo, machos, alargadores, etc). Os ângulos e v do micrômetro variam com o número de arestas de corte da ferramenta. Além disso servem também para detectar problemas de ovalização proveniente de retificação.

43

Figura 54 - Micrômetro com contato em forma de V.

• micrômetro para medir parede de tubos → Dotada de uma haste fixa

perpendicular à haste móvel, com o objetivo de medir paredes de tubos e outras peças com paredes cilíndricas.

Figura 55 – Micrômetro para medir parede de tubos.

• micrômetro para canais → Projetado pra medir rápida e facilmente larguras de canais e ressaltos internos ou externos.

Figura 56 - Micrômetro para canais.

• micrômetro interno → Altamente úteis para medições internas lineares,

tais como: medições de cilindros e anéis, ajustes de compassos, ajustes de calibradores e medição de superfícies paralelas.

44

Figura 57 - Micrômetro interno.

Os três tipos de indicação da escala no paquímetro, também servem para o micrômetro.

45

1.7 Relógio Comparador

Figura 58 – Relógio comparadores variados.

O relógio comparador é um instrumento de medição por comparação, dotado de uma escala e um ponteiro, ligados por mecanismos diversos a uma ponta de contato.

O comparador centesimal é um instrumento comum de medição por

comparação. As diferenças percebidas nele pela ponta de contato são amplificadas mecanicamente e irão movimentar o ponteiro rotativo diante da escala. Quando a ponta de contato sofre uma pressão e o ponteiro gira em sentido horário, a diferença é positiva. Isso significa que a peça apresenta maior dimensão que a estabelecida. Se o ponteiro girar em sentido anti-horário, a diferença será negativa, ou seja, a peça apresenta menor dimensão que a estabelecida.

Figura 59 – sistema de amplificação por engrenagem.

46

Os instrumentos mais comuns para medição por comparação possuem sistema de amplificação por engrenagens. As diferenças de grandeza que acionam o ponto de contato são amplificadas mecanicamente.

A ponta de contato move o fuso que possui uma cremalheira, que aciona um

trem de engrenagens que, por sua vez, aciona um ponteiro indicador no mostrador.

Aplicações usuais dos relógios comparadores

Figura 60 – Verificação do paralelismo.

Figura 61 – Verificação de excentricidade de peça montada na placa do torno.

47

Figura 62 - Verificação de concentricidade.

Figura 63 - Verificação de Superfícies Planas.

48

1.8 Rugosímetro Instrumento de medição bastante empregado na indústria para verificar a qualidade superficial as peças produzidas e das ferramentas utilizadas na fabricação destas. As ferramentas são responsáveis pelo acabamento superficial do produto. Este aparelho eletrônico é utilizado em toda indústria que deseja verificar a qualidade das peças produzidas, podendo assim, garantir ao seu cliente um produto de qualidade. O rugosímetro, antigamente, era usado apenas para avaliar a rugosidade superficial do objeto. Entretanto, estes aparelhos foram melhorados tecnologicamente para que fosse possível avaliar as rugosidades e as ondulações dos materiais.

1.8.1 Classificação

� Aparelhos de leitura: é possível visualizar os seus valores através de um visor analógico ou digital. Este tipo é bastante empregado na linha de produção que necessita de agilidade no serviço;

Figura 64 – Rugosímetro digital portátil, modelo TR – 100.

Figura 65 – Rugosímetro digital portátil, modelo TR – 210.

49

� Aparelhos de leitura e de registro: capazes de registrar em um papel o perfil da superfície do material que desejar. Este tipo é mais usado em laboratório que precisa de registro para fazer análises da textura superficial.

Figura 66 – Rugosímetro de registro.

1.8.2 Componentes

� Apalpador (pick-up): mecanismo utilizado para verificar a textura da superfície. Ele desliza sobre a superfície e manda sinais para o amplificador. Seu formato é de uma agulha e normalmente é feita de diamante;

� Acionador: responsável pelo deslocamento da agulha (apalpador), em uma

velocidade constante e na mesma direção;

� Amplificador: Receptor eletrônico que converte os sinais provenientes da agulha, para valores de uma função escolhida em seu visor de LCD;

� Registrador: responsável por gravar os perfis de rugosidade superficial em um

papel. Este aparelho é usado somente em Aparelhos de leitura e de registro.

Figura 67 – Esquema do funcionamento do rugosímetro.

50

2. MÁQUINAS DE MEDIÇÃO 2.1 Definição

Máquinas de medição são sistemas de medição geométrica de porte razoável e que

se assemelham às máquinas-ferramenta no que se refere à estrutura.

As máquinas de medição, na sua concepção tradicional, estão perdendo importância pelo fato:

� de serem de aplicação dirigida, pois foram concebidas especialmente para

medir certos grupos de peças; � das máquinas de medir por coordenadas (também mencionadas neste

trabalho) serem totalmente universais em suas aplicações e assumirem com vantagens os trabalhos realizados pelas máquinas dedicadas;

� de representarem um elevado investimento financeiro.

2.2 Tipos

2.2.1 Máquina Abbé Assim denominada pelo fato de atender plenamente o princípio operacional

formulado por Ernest Abbé, isto é, a escala que constitui o padrão de comprimento está alinhada à dimensão a controlar no objeto a medir (figura 68). Desta forma as causas de erros ficam restritas à medição na escala, influências térmicas e da força de medição. As máquinas tradicionais utilizam escalas ópticas graduadas, enquanto que as mais modernas servem-se de escalas eletro-ópticas, o que favorece a automatização da medição (figura 69). A incerteza de medição para comprimentos é da ordem de ±(0,5+L/1000 ) µm.

Estas máquinas encontram grande aplicações nos laboratórios de metrologia, em

trabalhos como calibração de calibradores e medição de peças em geral.

51

Figura 68 – Máquina de medir comprimentos (segundo Abbé).

Figura 69 – Automatização da medição em uma máquina Abbé-digital.

2.2.2 Microscópios de medição

Assim denominado em função de utilizar um sistema óptico idêntico ao de um microscópio, para localizar ponto (aresta) de medição sobre a peça que está sendo medida.

Estes sistemas de medição destinam-se, principalmente para peças pequenas e

dispõe de medidores de deslocamentos linear e angular. Uma aplicação bastante rotineira para microscópio é a medição de ângulos de rosca de peças em geral, inclusive de calibradores de rosca. Para facilitar a interpretação da imagem e a medição por sobre a mesma, os microscópios possuem junto à sua ocular uma máscara com os perfis de rosca normalizados (figura 70).

52

Figura 70 – Oculares para microscópios de medição.

Os microscópios, assim como os projetores de perfil podem operar pelos métodos

de projeção episcópica e diascópica, conforme estejam a fonte de luz e imagem projetada do mesmo lado ou em lados opostos em relação à peça, respectivamente.

Figura 71: Exemplo de microscópio de medição - Microscópio de Medição “TM–500”, catálogo

Mitutoyo

2.2.3 Projetores de perfil

O problema de medição de peças pequenas reside, muitas vezes, no acaso do

instrumento de medir até o ponto desejado. Uma forma de solucionar o problema é medir sobre ou com auxílio de uma imagem ampliada (figura 72). Existem duas formas:

� medição na imagem ampliada; � medição na peça, posicionada via imagem ampliada (neste caso, distorções

da imagem não irão gerar erros).

53

Figura 72 – Métodos básicos de medição com um projetor de perfis.

Os projetores de perfil podem operar com diferentes graus de ampliação da imagem (figura 73), sendo comumente adotados os fatores 10x, 20x e 50x. As principais fontes de erro nos projetores de perfil são: ampliação, posicionamento da mesa/feixe luminoso, retilineidade e ortogonalidade dos movimentos.

Figura 73 – Projetor de perfil – segundo Mitutoyo

Exemplos de projetores de perfil, retirados do catálogo da Mitutoyo:

54

Figura 74: a) PH–3515 F b) PJ–A3000

2.2.4 Máquinas dedicadas

Para facilitar a medição de determinadas peças de geometria complexa, foram desenvolvidas ao longo de muitos anos, algumas máquinas especiais, de forma que o processo de medição simplifica-se grandemente, evitando a realização de intensivos e complexos cálculos. Dentre estas máquinas destacam-se:

(a) Máquina de medir cames

São máquinas previstas para medições em coordenadas polares, onde

angulares são obtidas em um cabeçote divisor e a posição linear por um computador óptico ou mecânico (figura 37). Além de cames, são adequadas ainda para a medição de rodas dentadas e eixos ranhurados.

(b) Máquina de medir engrenagens

Sua forma construtiva e princípios de medição permitem obter grandezas

como: perfil da envolvente, inclinação da hélice, diâmetros, passo, espessura de dente, concentricidade, e outros. Atualmente, com a associação de comando numérico e computador, foi ampliada ainda mais o potencial destas máquinas.

55

Figura 75 – Projetor de perfil (segundo Mitutoyo).

2.2.5 Mesas divisoras Como medidor de ângulos, aplicando o método absoluto ou diferencial, pode-se

utilizar com uma série de vantagens operacionais uma mesa divisora semelhante à utilizada em máquinas ferramentas, que no entanto, deverá apresentar melhores características de desempenho metrológico.

Figura 38: Máquina de medir cames

56

2.2.6 Máquinas de medição por coordenadas (MMC)

Figura 76 – Dois tipos de MMC.

Através de uma máquina de medir por coordenadas determinam-se, de forma universal, com um mínimo de dispositivos e instrumentos específicos, as coordenadas de certos pontos sobre a peça a controlar. Tais pontos convenientemente processados pelo computador associado, resultam os parâmetros geométricos da peça.

A definição dimensional de uma peça é feita geometricamente no espaço

tridimensional. Esse espaço é caracterizado pelos três eixos de coordenadas, X,Y e Z. A máquina de medição por coordenada consiste de uma base de referência

rigorosamente plana, sobre a qual desliza horizontalmente um corpo guiado no sentido Y. Esse corpo possui, por sua vez, outro corpo que desliza horizontalmente, e é perpendicular ao anterior, no sentido X. Finalmente, há um terceiro corpo que se movimenta verticalmente, e é perpendicular aos anteriores, no sentido Z. No lado externo inferior do eixo vertical Z é acoplado um sensor especial (mecânico, eletrônico ou óptico) que entrará em contato com a peça que será medida, movimentando-se de acordo com a capacidade da máquina.

O movimento de cada eixo é registrado por um sistema de leitura eletrônico

mostrado digitalmente. Esse sistema de leitura oferece a possibilidade de zeragem em qualquer posição; introdução de cota pré-selecionada no indicador de qualquer eixo; e, geralmente, é possível o acoplamento de um sistema de processamento de dados. Os fabricantes em geral equipam suas máquinas com mancais pneumáticos, embora sejam encontradas algumas máquinas guarnecidas com guias de roletes ou esferas recirculantes. Os mancais pneumáticos permitem um movimento com mínimo de atrito, favorecendo

57

alcançar elevado nível de precisão para a MMC. Quanto aos medidores de deslocamento (posição), tem-se o uso generalizado de escalas eletro-ópticas incrementais, operando com resoluções de 0,1 a 2 µm.

Os sensores, ou apalpadores, são acoplados ao extremo inferior do eixo vertical (Z)

e são de vital importância na determinação das coordenadas dos pontos, podendo operar com ou sem contato com a peça a medir. São de vários tipos, e sua seleção deve estar de acordo com a geometria, o tamanho e o grau de exatidão da peça.

• Sensores Mecânicos ou Rígidos → São sensores rígidos, geralmente

fabricados de aço temperado, com diversas formas geométricas em sua extremidade de contato, para permitir fácil acesso ao detalhe da peça que será verificada. Uma vez realizado o contato na peça, os sensores devem se manter fixos para se fazer a leitura no sistema de contagem digital. Os mais comuns são cônicos, cilíndricos, com esfera na ponta e tipo disco que podem ser visualizados na figura abaixo.

Figura 77 – Sensores Mecânicos.

58

• Sensores Eletrônicos ou Comutadores → São unidades de apalpamento muito sensíveis, ligadas eletronicamente aos contadores digitais. Ao fazer contato com a peça que será medida, a ponta de medição, por efeito de uma pequena pressão, desloca-se angularmente e produz um sinal elétrico (e acústico) que congela a indicação digital, mostrando o valor da coordenada de posição do sensor. Através de uma calibração inicial do sensor, determina-se o diâmetro virtual da esfera, que considera o raio e a deflexão para emissão do sinal. As coordenadas e os parâmetros geométricos do elemento medido são corrigidos com aquele raio. Quando se utilizam sistemas de

Figura 78 – Sensores Eletrônicos. processamento de dados, esse sinal permite que o valor indicado no contador digital seja analisado pelo computador.

• Sensores ópticos → Quando a peça ou um detalhe dela é muito pequeno, impossibilitando a utilização de sensores normais, o ponto de medição pode ser determinado com o auxílio de microscópio ou projetor de centrar, acoplado do mesmo modo que os outros sensores.

59

Figura 79 – Sensores ópticos.

A figura acima mostra sensores ópticos mais modernos, baseados em um feixe laser

e método de medição por triangulação, permitindo a medição, sem contato, de superfícies com forma irregular.

Principais benefícios em relação ao processo de medição com instrumentos

convencionais:

• Maior exatidão final, devido à substituição de diversos instrumentos de medição convencional, o que diminui o erro acumulado.

• Redução considerável do tempo de medição e manipulação da peça.

60

• Simplicidade de operação e leitura.

A figura abaixo mostra algumas técnicas utilizadas para determinação de uma determinada geometria com um medidor tridimensional.

Figura 80 – Técnicas para determinação da geometria de um corpo.