A metrologia e a competitividade no mercado globalizado



Baixar 54.89 Kb.
Encontro18.07.2016
Tamanho54.89 Kb.
METROSUL IV – IV Congresso Latino-Americano de Metrologia

A METROLOGIA E A COMPETITIVIDADE NO MERCADO GLOBALIZADO”



09 a 12 de Novembro, 2004, Foz do Iguaçu, Paraná – BRASIL

Rede Paranaense de Metrologia e Ensaios
A IMPORTÂNCIA DA AVALIAÇÃO DA

MELHOR CAPACIDADE DE MEDIÇÃO
Márcio Antonio Aparecido Santana 1, Patrícia Lúcia de Oliveira Guimarães 1,

Mauro Kakizaki 1
1 INPE / LIT, São José dos Campos, SP, Brasil



Resumo: Há pouco tempo atrás, tínhamos a certeza que não era possível comparar os resultados de uma calibração de um laboratório com outro, pois os métodos para os cálculos de incerteza de medição não eram igualmente aplicados, quando aplicados.

Um grande passo, com certo questionamento de vários metrologistas/metrólogos, foi o “incentivo compulsório” da aplicação da norma EA-4/02 (ISO GUM) para a expressão da incerteza de medição.

Em pouquíssimo tempo conseguimos deixar nossas planilhas eletrônicas com adequada validação e tudo mais (back-up, senhas, macros, utilização de tecnologias de compartilhamento dinâmico de dados, etc.), de acordo com a norma NBR/ISO/IEC-17025:2001. Isso fez com que nosso microcomputador parecesse respeitável devido a essa nobre aplicação.

Hoje, com as comparações interlaboratoriais, corremos o risco de participar de várias comparações de uma mesma grandeza. E se os resultados não convergirem?

Este artigo tem por objetivo abordar academicamente, empiricamente e com bom senso (em conformidade com normas da Qualidade e da Metrologia) a avaliação da MCM em um laboratório de metrologia com diversas áreas.

Adicionalmente, veremos que a atualização da MCM é um caminho onde encontramos novas e velhas questões metrológicas, e no entanto, o bom senso tem uma incerteza que, no momento, estamos pesquisando métodos para avaliá-la.



Palavras chave: Melhor Capacidade de Medição, metrologia, incerteza de medição.

1. Melhor Capacidade de Medição - MCM

A melhor capacidade de medição é definida como a menor incerteza de medição que um laboratório pode atingir, quando efetua calibrações de padrões de medição próximos ao ideal, destinados a definir, realizar, conservar ou reproduzir uma ou mais unidades de uma determinada grandeza [1], como por exemplo o volt.

Apresenta-se neste artigo uma metodologia para avaliar a Melhor Capacidade de Medição, trazendo como exemplo a MCM na calibração de padrões de tensão em corrente contínua em um laboratório de Metrologia, e conseqüente influência nas grandezas dependentes, assim como a avaliação das contribuições de incertezas envolvidas no processo, iniciando pelo estabelecimento dos diagramas de disseminação e rastreabilidade do volt.

2. Avaliação da Melhor Capacidade de Medição em Padrões de Tensão em Corrente Contínua

No Laboratório de Integração e Testes (LIT), do INPE, que tem como objetivo assegurar a confiabilidade metrológica na montagem, integração e testes de satélites e subsistemas da área aeroespacial, conforme demonstrado na Figura 1, o volt representa o início de uma cadeia de rastreabilidade, que dissemina o valor e a incerteza no Laboratório de Metrologia Elétrica em tensão em corrente contínua, tensão em corrente alternada, corrente elétrica contínua, corrente elétrica alternada, capacitância, indutância e posteriormente no Laboratório de Metrologia Física, nas grandezas temperatura, umidade, vácuo e vibração. O volt e as incertezas envolvidas nos processos também são disseminados nos laboratórios de ensaios de EMI/EMC, antenas, vibração, termo-vácuo, entre outros (qualificação de componentes e integração de satélites e subsistemas espaciais) [2]. E a rastreabilidade em breve estará evidenciada no laboratório de ensaios acústicos, que iniciará suas atividades no primeiro semestre de 2005.



Fig. 1. Disseminação do volt em um laboratório de calibração e ensaios em diversas áreas.



A Melhor Capacidade de Medição (MCM) na calibração de padrões de tensão em CC melhorou significativamente nos últimos anos devido à implantação do Efeito Josephson [3,4] no Laboratório Nacional de Metrologia (LNM-INMETRO). O estabelecimento do volt através do Efeito Josephson foi concluído no final de 1999 realizando uma comparação com o NIST [5].

Com o repasse de uma menor incerteza de medição (de 2 para 0,7 ppm – parte por milhão, com fator de abrangência k=2,00 para uma probabilidade de abrangência de 95,45%) para o padrão de transferência do Laboratório de Metrologia Elétrica do INPE, foi possível reavaliar a MCM da grandeza tensão elétrica em corrente contínua e em outras grandezas dependentes.

Para atualização da MCM, foi elaborado um estudo sobre os atuais métodos de medição e de encontro com o acervo de equipamentos de medição e padrões do Laboratório. Como não existe ainda uma metodologia normalizada para a avaliação da MCM, então esta foi submetida à avaliação de auditores técnicos especialistas da RBC (Rede Brasileira de Calibração), através da supervisão gerencial da DICLA (Divisão de Acreditação do INMETRO).

Para a atualização da MCM da relação de serviços do INPE, o estudo foi iniciado com a calibração dos padrões de tensão em CC, que foi submetida durante a auditoria realizada pelo INMETRO no INPE, em 2002. A avaliação foi realizada analisando-se a metodologia empregada para o cálculo da incerteza e o método de medição, assim como a verificação dos padrões e instrumentos de medição utilizados.

Utilizou-se o método de medição série-oposição e o cálculo de incerteza foi baseado na norma EA-4/02 [6,7]. Para determinar a metodologia para a avaliação da MCM, foi realizado estudo de vários casos utilizados em diversos laboratórios de medição.

Para a MCM na calibração dos padrões de tensão em corrente contínua consideramos as incertezas do tipo A = 0, ou seja, desvios-padrão igual a zero [8].

Temos na Tabela 1 as contribuições de incertezas do tipo B, para a melhor capacidade de medição de padrões de tensão em CC, no valor nominal de 1,018 V.


Tabela 1. MCM para a calibração de padrão de tensão CC (1,018 V)

Contribuições de Incerteza

Valor

Distribuição de

Graus de

Divisor

Incerteza

Unidade




[V]

probabilidade

liberdade




uxi



x1 - Certificado de Calibração

do padrão



0,296

normal

-

1

0,296

[V]

x2 - Estabilidade do padrão/temperatura

0,6108

retangular





0,353

[V]

x3 - Estabilidade do padrão (24 horas)

0,0509

retangular





0,0294

[V]

x4 - Estabilidade do DVM

0,0505

retangular





0,0292

[V]

x5 - Estabilidade do DVM/temperatura

0,0607

retangular





0,0351

[V]

x6 - FEM térmica

0,100

retangular





0,0577

[V]



O valor verdadeiro convencional e a incerteza do valor de transferência, através de um padrão de transferência devem ser repassados imediatamente para os demais padrões de tensão em CC do INPE/LIT.

O fator preponderante para que o valor do volt seja repassado em um intervalo de tempo o menor possível é a “deriva” (drift) sofrida pelo padrão de tensão (Zener), conforme a especificação do fabricante, na ordem de 1,5 ppm/mês para os valores nominais de 1 e 1,018 V e de 0,5 ppm/mês para o valor nominal de 10 V [9,10,11].

Conforme a lei de propagação das incertezas [6], a incerteza padrão combinada Uc é a raiz quadrada da soma dos quadrados das incertezas do TIPO A com as do TIPO B.

As incertezas dos certificados são repassadas como uma contribuição de incerteza para os padrões que estão em um nível inferior, e assim sucessivamente.

Com os resultados da MCM revisada do Laboratório de Metrologia Elétrica na calibração de padrões de tensão em corrente contínua, mostrados na Figura 2, vimos que a MCM caiu de 3 ppm para 1 ppm.


Fig 2. Revisão da melhor capacidade de medição na calibração de padrões de tensão em CC.



Com a metodologia empregada para a determinação da melhor capacidade de medição na calibração de padrões de tensão em corrente contínua, a partir de 2004, o INPE/LIT disponibiliza calibração de padrões de tensão em CC com uma incerteza mínima de 1 ppm, proporcionando uma menor incerteza para a área espacial e para os usuários externos (institutos de pesquisa, universidade, setor aeronáutico e eletrônico).

Com o resultado da MCM na calibração dos padrões de tensão em CC, e utilizando-se da mesma metodologia, atualizou-se a MCM nas grandezas diretamente dependentes (fontes/calibradores de tensão em CC, medidores de tensão em CC, calibradores de tensão em CA e medidores de tensão em CA). A lista completa está sendo atualizada no site do INMETRO (www.inmetro.gov.br).

Para cada categoria de instrumento e dependendo da faixa de trabalho, foram utilizados métodos diferentes de medição [12,13].

3. Contribuições de Incertezas para a MCM

Ainda não existe uma padronização para avaliar a MCM, ou seja, quais as contribuições de incerteza devem ser consideradas. Alguns exemplos da EA podem ser tomados como orientação. Vimos que em algumas áreas estão melhores definidas as contribuições de incertezas que em outras.

A avaliação MCM é uma ferramenta muito importante no processo de acreditação, auxiliando na definição do escopo de prestação de bons serviços metrológicos.

Infelizmente a MCM da maioria dos laboratórios acreditados reportam-se historicamente à data de acreditação, com base nas especificações técnicas contidas em manuais dos fabricantes de instrumentos.

Atualmente, a especificação técnica do fabricante é uma das contribuições de incerteza, mas será que realmente é necessário considerá-la? A resposta mais democrática é, sem dúvida: depende do fabricante. Não queremos expressar quais fabricantes têm ou não uma boa metodologia para relatar a sua especificação, porém vimos que em alguns casos a especificação engloba a resolução e em outros a especificação é melhor que a contribuição da resolução. É conveniente informar também que alguns fabricantes utilizam a mesma metodologia para elaborar as especificações técnicas em grandezas bem distintas.

E quando podemos utilizar o certificado de calibração?

E a contribuição devido à repetitividade (tipo A) deve ser considerada na MCM? A norma EA orienta que existem casos onde a repetitividade deve ser considerada e deve ser estimada, conforme a experiência do metrologista.

Então é certo utilizar o pior caso das contribuições de incerteza para avaliar a melhor capacidade de medição? E a pior capacidade de medição?

Outra questão é se a MCM deve ser aquela que avaliamos para calibrar nossos padrões de trabalho ou aquela que disponibilizamos para o usuário final?

A resposta para todas essas novas velhas questões, sem dúvida, é realizarmos um ótimo estudo de correlação, pois assim fluirão quantas contribuições necessitamos (queremos) no nosso processo de medição. Mas como implementar isso no nosso dia-a-dia? Ficamos pensando no novo técnico, durante uma auditoria, no meio de páginas e páginas rubricadas de uma planilha de cálculo de incerteza para calibração de um simples instrumento.

Como exemplo, podemos ter como primeira contribuição de incerteza para ser utilizada em todos os processos, qualquer que seja a grandeza: o campo elétrico magnético. Com certeza haverá caso(s) em que será de extrema importância, mas na maioria dos casos apenas deixará nossas planilhas mais volumosas.

E não tendo limite para o número de contribuições, parecerá que há um concurso entre as diversas áreas de metrologia, ou seja, quantas contribuições têm seu processo de medição? A resposta deve ser: o suficiente. “Mais claro que isso impossível, é obvio!”

Outra resposta para todas essas questões tem sido: o importante mesmo é avaliar a MCM participando de comparações interlaboratoriais.

4. Comparações Interlaboratoriais

É uma ferramenta de extrema importância e que atende os requisitos 5.6 (Rastreabilidade de Medição) e 5.9 (Garantia da qualidade de resultados de ensaio e calibração) da norma NBR ISO/IEC 17025:2001 [14], porém deve-se ter uma grande preocupação com o padrão itinerante. As comparações interlaboratoriais devem ter regras bem definidas e que atendam o maior número de requisitos metrológicos. Uma sugestão é, inicialmente, avaliar a comparação intralaboratorial e analisar, por exemplo, se a metodologia empregada não tende a um possível erro sistemático.

O novo problema de participar de várias comparações interlaboratoriais na mesma grandeza é a probabilidade dos resultados de uma comparação não ser compatível com os resultados de outra comparação. Será que a equação do erro normalizado não é o tratamento estatístico mais adequado para se obter o resultado? Ou será que os laboratórios considerados de referência não foram os melhores escolhidos?

Estas são perguntas que começam a fazer parte das “questões que não querem calar”, ou seria melhor acharmos “respostas bem exatas” para elas?



5. “Perguntas que Não Querem Calar”

Qual a periodicidade para avaliarmos a MCM?

Devemos sempre superestimar as contribuições de incerteza?

Quando podemos utilizar o certificado de calibração sem considerarmos a especificação do fabricante?

Será que há clientes escolhendo o laboratório para calibração de seus instrumentos, com base na lista de MCM?

Todos os usuários utilizam uma correção no seu processo de medição, quando este não está sob as mesmas condições ambientais durante a calibração?

E quando a minha MCM ficar melhor que de todos os laboratórios?

Há laboratórios que têm MCMs com níveis bem melhores, mas que utilizam padrões inferiores? Será que o método de medição utilizado por esse laboratório é tão eficiente assim?

Na realidade essas não são “perguntas que não querem calar”, e sim questões que sempre devem ser consideradas na avaliação da MCM.

6. Conclusão

Com estes resultados podemos concluir que a relação de serviços dos laboratórios de metrologia, baseada na melhor capacidade de medição que o laboratório pode declarar para cada faixa de medição em cada grandeza, deve-se tornar dinâmica, atualizada e expandir rapidamente, pois há uma evolução tecnológica nos instrumentos e sensores de medição, e vários usuários (internos e externos) necessitam atender às novas exigências do mercado globalizado.

Concluímos também que devido não haver um consenso e enquanto os grupos internacionais de trabalhos não finalizam as novas normas contemplando quais contribuições de incerteza devem ser mencionadas em cada processo de medição ou grandeza, a avaliação da MCM deve ser apoiada e confirmada por evidência experimental, e que a incerteza relatada deve ser “segura”, significando que nunca se deve errar para menos. Com isto, no momento, os auditores técnicos continuam com esta árdua tarefa de cada dia somar ao seu caderninho uma nova informação e, quem sabe, utilizá-la na próxima auditoria.

Para garantir os resultados de programas de comparações interlaboratoriais, estes devem ter a participação do LNM.

E finalizando, os resultados da MCM também devem servir como dados de entrada para uma boa Análise Crítica pela Gerência (requisito 4.14 da NBR ISO/IEC 17025:2001).

Um país se faz de Homens, Livros e Metrologia.”



AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem às equipes dos laboratórios MTE , MTF e MTM do LIT pelo apoio técnico. Ao corpo docente do curso de Mestrado de Engenharia e Ciências dos Materiais (Metrologia) da Universidade São Francisco, em especial, às professoras Dra. Queenie Siu Hang Chui e Dra. Vânia Caldas de Sousa, pela orientação acadêmica. Aos profissionais das divisões DICLA/CGCRE e DIELE do INMETRO, em especial, Luiz Carlos Gomes dos Santos e Edson Afonso pelas colaborações técnicas.



REFERÊNCIAS

[1] EA / INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA, NORMALIZAÇÃO E QUALIDADE INDUSTRIAL; PROGRAMA RH-METROLOGIA; SOCIEDADE BRASILEIRA DE METROLOGIA. Expressão da incerteza de medição na calibração. Primeira edição brasileira em língua portuguesa do EA-4/02. Rio de Janeiro: INMETRO, ABNT, SBM, 1999. 34p.

[2] SILVEIRA, Valter Bento da e SUTÉRIO, Ricardo. A importância da Metrologia nas aplicações Espaciais. Anais do II Semetro (Seminário Internacional de Metrologia Elétrica), Curitiba – PR, 1996.

[3] TANG, Y.; BELECKI, N.B. e MAYO-WELLS, J. F. A Practical Josephson Voltage Standard at One Volt. NIST, 2001.

[4] Hamilton, C. A; Kautz R. L., Steiner, R. L. and Lloyd, F. L., A Practical Josephson Voltage Standard at 1V, IEEE Electron Device Lett. EDL-6, 623-625 (1985).

[5] AFONSO, Edson. Entrevista no dia 4 de junho de 2003 no LATCE/LNM/INMETRO - Laboratório de Tensão e Corrente Elétrica da Divisão de Eletricidade do Laboratório Nacional de Metrologia.

[6] Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial, et al. Guia para expressão da incerteza de medição. Segunda edição brasileira do Guide to the expression of uncertainty in measurement. Rio de Janeiro: ABNT, INMETRO, SBM, 1998. 121p.

[7] FLUKE CORPORATION. Calibration: philosophy in practice. 2. ed. Estados Unidos, 1994.

[8] SINGH, Ajeet; SHARMA, Sudhir K. e OJHA, V.N. Calibration and evaluation of uncertainty of National Standard of DC voltage. Proceeedings 3rd International Conference MMGT-2001. NPL - New Delhi, 8-10 February, 2001.

[9] CAMERON, J.M. EICKE, W. G. Designs for surveillance of the volt maintained by a small group of saturated standard cells. National Bureau of Standards, agosto, 1967. 19p. (technical note 430). Washington.

[10] PÖPEL, R. The Josephson Effect and Voltage Standards. Metrologia, 29, 153-174. 1992.

[11] SHAW, Robert M. A Coordinated system of maintaining and disseminating the volt. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. IM-29, no. 04, r, pag. 500 - 502, decembe1980.

[12] SANTANA, Márcio A. A. Avaliação da melhor capacidade de medição na calibração de tensão em corrente contínua. Dissertação de mestrado. Universidade São Francisco. Itatiba-SP, dezembro de 2003.

[13] GUIMARÃES, Patrícia Lúcia de O. SANTANA, Márcio A. A. Melhor Capacidade de Medição do Laboratório de Metrologia Elétrica na Calibração de Grandezas Elétricas. LIT29-LIT06-RG-001 a RG-008. INPE/LIT. São José dos Campos, 2002 a 2004.

[14] ABNT.- Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR ISO/IEC:17025:2001. Requisitos gerais para competência de laboratórios de ensaio e calibração. Rio de Janeiro, 2001.

[15] Figuras 3 e 4. Disponível em <www.coreconsp.com.br>. Acesso em: 23/09/2004.



Autor*: Mestre, Márcio Antonio Aparecido Santana, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Laboratório de Integração e Testes, Av. dos Astronautas, no. 1758, Caixa Postal 515, CEP: 12227-010, São José dos Campos, SP, Brasil, telefone: (12)3945-6274/6318, fax: (12)3941-1884, e-mail: marcio@lit.inpe.br.

Mestre, Patrícia Lúcia de Oliveira Guimarães, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Laboratório de Integração e Testes, Av. dos Astronautas, no. 1758, Caixa Postal 515, CEP: 12227-010, São José dos Campos, SP, Brasil, telefone: (12)3945-6330/6329, fax: (12)3941-1884, e-mail: paty@lit.inpe.br.



Engenheiro Metrologista, Mauro Kakizaki, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Laboratório de Integração e Testes, Av. dos Astronautas, no. 1758, Caixa Postal 515, CEP: 12227-010, São José dos Campos, SP, Brasil, telefone: (12)3945-6263/6316, fax: (12)3941-1884, e-mail: kakizaki@lit.inpe.br.


©principo.org 2016
enviar mensagem

    Página principal