Metrologia aplicada ao desenvolvimento de sistemas de medição

Abstract

Metrologia, também conhecida como a “ciência das medições” é uma área transversal a quase todos os campos da ciência e engenharia. Este tema foi objecto de estudo neste trabalho. No decorrer deste trabalho, foi desenvolvido, a partir de uma versão anterior, um sistema de medição que contempla um dispositivo de diluição de gases, um dispositivo para preparação de misturas gasosas contendo vapores e um sistema de análise de misturas gasosas, assentes numa tecnologia de controlo e aquisição de dados. O sistema de medição desenvolvido encontra-se operacional e foi calibrado de forma a estabelecer uma cadeia de rastreabilidade para cada sensor de medida. Foi aplicada a metodologia de cálculo de incertezas publicada no documento GUM, designada de “lei de propagação de incertezas”, à calibração de um sensor de temperatura, um sensor de pressão barométrica, três medidores de caudal mássico de gás, à calibração dinâmica e calibração simples de um sensor de CO2 (NDIR) e dois sensores de O2 (Electroquímica e Zircónio) e à calibração dinâmica de um medidor de caudal mássico de gás de grande capacidade. A calibração de medidores de caudal mássico de gás foi efectuada para alguns gases puros (Ar, CO2, N2, O2) e misturas (ar seco) com o objectivo de determinar os factores de resposta destes sensores em função de um gás de referência (N2). O modelo matemático de calibração dinâmica de sensores de composição e medidores de caudal mássico de gás, associado ao sistema de medição, foi validado, com recurso à comparação dos resultados obtidos através das metodologias de calibração dinâmica e calibração simples, para tal foram utilizados equipamentos padrão e materiais de referência certificados.

Metrology also known as “measurement science” is a horizontal scientific-technical field which includes almost all subject fields in science and engineering. This subject was studied in this work. A measuring system was developed from a preliminary version. It includes a device for gas dilution, a device for preparation gas mixtures containing vapours and a measuring system for gas mixtures analysis, under the support of an automatic system of control and data acquisition. The measuring system developed is operational and was calibrated to settle a traceability chain for each measuring sensor. For uncertainties evaluation the GUM methodology was applied to the calibration of a temperature sensor, a barometric pressure sensor, three gas mass flow meters, to the simple and dynamic calibration of CO2 sensor (NDIR) and two O2 sensors (electrochemical and zirconium) and to the dynamic calibration of a gas mass flow meter of high capacity. The calibration of gas mass flow meters was made for some pure gases (Ar, CO2, N2, O2) and mixtures (dryed air) with the aim to calculate the response factors of each one in order to a reference gas (N2). The mathematical model of dynamic calibration developed for the measuring system was validated, through the comparison of both dynamic and simple calibration results using certified reference materials and reference equipments.