Mas antes de ver alguns dos principais aspectos de um bom sistema de medição, devemos nos perguntar: o que é medir? Medir é comparar uma grandeza física com outra da mesma espécie. Para tal, lançamos mão de sistemas de unidade, dos quais o mais conhecido no Brasil e na maior parte do mundo é o Sistema Internacional de Unidades (SI). Esse sistema possui sete unidades de base, como podemos ver abaixo.
O que fazemos quando medimos uma grandeza, desse modo, é compará-la com uma ou mais unidades, junto a um número para quantificar o resultado. Isso se aplica a qualquer grandeza física, como velocidade, aceleração, pressão, deformação, vazão, temperatura, entre outras. Parece simples, não? Mas existem diversos desafios associados ao ato de medir, que se ampliam conforme a grandeza se torna mais complexa ou queremos um resultado mais preciso, por exemplo. Por esses motivos, existe uma ciência que trata apenas de medição, chamada metrologia.
A grande maioria dos sensores apresenta o mesmo princípio de funcionamento e etapas para informar as grandezas monitoradas. Esses estágios são os de:
Sensor-transdutor, quando alguma propriedade física do sensor converte um tipo de grandeza em outra possível de medir. Um bom exemplo desse processo é o sensor LDR, que varia sua resistência elétrica de acordo com a luminosidade incidente sobre ele;
Condicionamento de Sinal, quando esse passa por etapas para facilitar sua leitura, como amplificação, atenuação e filtragem, adequando a sensibilidade da medição e tratando flutuações provenientes de erros;
Controle da realimentação, quando o resultado é utilizado para corrigir o processo. Essa etapa é fundamental na automação. Ocorre, por exemplo, quando detecta-se que a temperatura de um forno industrial está muito alta, fazendo com que o sistema de aquecimento reduza sua atividade.
O primeiro fato que devemos reconhecer quando escolhemos um sensor é que não existe instrumento de medição perfeito. Todos eles têm suas limitações e apresentam aplicações específicas. Por isso, devemos observar algumas características para saber se o sensor atende nossas necessidades, como:
Sensibilidade – É a razão entre a variação da leitura e a variação do sinal de entrada. Quando medimos um processo muito delicado, a sensibilidade deve ser considerável para podermos detectar variações, sejam essas desejadas ou indesejadas.
Resolução – É a menor variação do sinal de entrada que resultará em uma variação mensurável na saída. Se quisermos controlar uma temperatura na casa dos décimos e graus, um termômetro cuja menor divisão é um grau é insuficiente para nossa necessidade.
Intervalo nominal – É o intervalo entre duas medidas no qual o sensor trabalha. Um manômetro, por exemplo, pode ter um intervalo nominal entre 0 bar e 20 bar. Esse é um dos critérios mais importantes na seleção de um instrumento.
Amplitude da faixa nominal – É a diferença entre os limites do intervalo nominal. No caso acima, é de 20 bar.
Repetitividade – É a capacidade do instrumento de medição de fornecer valores próximos em medições repetidas nas mesmas condições.
Histerese – É um erro de medição que ocorre quando há diferença de medida quando uma mesma grandeza é atingida por valores crescentes ou decrescentes.
Deve-se ressaltar que quanto mais preciso um sensor, mais caro e sofisticado ele é. Por isso, talvez o sensor mais avançado no mercado não seja o mais apropriado para alguma aplicação. Assim, deve-se sempre balancear o investimento feito no equipamento de medição e o resultado esperado.
Imagine que fosse necessário medir uma mesa. Para tal, uma pessoa poderia medi-la com uma régua várias vezes e provavelmente os seus resultados variariam. Outra pessoa poderia repetir o mesmo processo, e suas medições seriam diferentes da primeira. Talvez um instrumento mais preciso, como um paquímetro, poderia ser usado, mas mesmo assim não seria possível medir o valor exato da mesa.
Essas diferenças ocorrem porque não é possível fazer uma medição perfeita, já que sempre estaremos limitados por alguns fatores. Essas limitações são os erros inerentes à medição e apresentam os seguintes tipos:
Erro instrumental – Está associado às limitações de um instrumento. Uma régua simples nunca poderia informar os centésimos de milímetro, por exemplo.
Erro aleatório – Resulta de variações aleatórias e imprevisíveis. Embora possa ser reduzido, nunca será eliminado. Devido a esse tipo de erro, a estatística é muito importante para realizar medições complexas.
Erro sistemático – É causado por métodos equivocados, operação indevida de instrumentos ou danos no sistema e medição.
Calibração – É o ato de correlacionar os valores indicados pelo sensor à grandeza que está sendo medida. Isso é feito utilizando-se de equipamentos padrão para garantir que as medições de saída estejam corretas. Por isso diz-se que medir é comparar.
Sinal analógico x Sinal digital – Quando medimos uma grandeza da natureza, ela é analógica. Isso significa que, por exemplo, entre 1mm e 2mm existem infinitos valores. No entanto, é computacionalmente impossível ler todos esses valores, tornando necessária uma discretização, ou seja, dividir um intervalo em um número finito de valores. Essa necessidade introduz erros na nossa medição.
Precisão x Acurácia – Esses dois termos podem ser facilmente trocados mas significam coisas diferentes na metrologia. A acurácia é a proximidade entre o valor medido (médio) e o real. A precisão, por sua vez, é a proximidade entre os valores medidos entre si.
A temperatura é uma das variáveis da engenharia mais relevantes e medidas, como em processos químicos. Para medi-la, usam-se alguns tipos principais de aparelhos e técnicas. Dentre as principais maneiras de se medir temperatura, destacam-se os termômetros por resistência elétrica, termômetros bimetálicos, termômetros de bulbo e termistores. É importante atentar-se também para a escolha da escala, que pode ou não ser absoluta (Celsius, Kelvin…).
As medições de vazão estão intimamente ligadas à economia, pois são nelas que muitos erros e análises de corte são baseadas. As principais vazões medidas são a volumétrica e a mássica, e as aplicações são diversas: indústria química, alimentícia, cosmética, etc. Alguns aparelhos operando através de medidores de Venturi, medidores de orifício, medidores de restrição, bocais de vazão e bocais sônicos são encontrados no mercado.
Por fim, os medidores de deformação nos fornecem dados importantes sobre aspectos estruturais, mássicos, elásticos e mecânicos, principalmente. A partir de extensômetros, principal meio de medição dessa grandeza, conseguimos avaliar esses diversos aspectos sob a ação de alguma força de tração ou compressão.
Não são poucas as aplicações de sensores em processos industriais atualmente. Eles trazem grandes benefícios de barateamento, produtividade e segurança. Além disso, são importantíssimos para manter processos dentro de normas reguladoras estipuladas no Brasil e Internacionalmente.
Os instrumentos de medição podem parecer aplicáveis apenas em grandes indústrias, mas o barateamento dessas tecnologias torna-as cada vez mais acessíveis. Além disso, tecnologias abertas como o Arduino democratizaram o uso de sensores para as mais diversas finalidades.
Desse modo, você também pode usar todos esses recursos no seu processo. Também podemos ajudá-lo, por meio de sistemas web, a armazenar e monitorar em tempo real os dados coletados. Com isso, você poderá poupar recursos, ficar mais tranquilo em relação à sua fábrica, faturar mais, entre muitos outros benefícios.