Introdução a Sistemas de Medição

“ O primeiro passo é medir o que pode ser medido. Isso é aceitável. O segundo passo é desconsiderar o que não pode ser medido ou, então atribuir-lhe um valor quantitativo arbitrário. Isso é artificial e enganoso. O terceiro passo é imaginar que aquilo que não pode ser facilmente médio não é muito importante. Isso é cegueira. O quarto passo é dizer que aquilo que não pode ser facilmente medido, na realidade, não existe. Isso é suicídio.”

Daniel Yankelowvich, 1973

Citado em Gooday (2010)

1.1.   Objetivos dos sistemas de medição

Um sistema de medição é um conjunto de dispositivos (sensores, circuitos, cabos, visores, equações, programas de computador e etc.) cujo objetivo é fornecer informação sobre o valor da grandeza física que se deseja medir, o mensurado.

Antes de prosseguir faremos algumas considerações relevantes para abordar o assunto. Por transdutor entende-se um dispositivo capas de transformar uma forma de energia em outra. Por exemplo, um cristal de quartzo transforma deformação em tensão elétrica e vice-versa. Assim um dispositivo é feito de quartzo para medição de frequência de vibração de um elemento é um transdutor. Sensores são uma classe de transdutores. Eles “sentem” variáveis físicas, como um movimento, temperatura e pressão, e transformam tais grandezas em sinais elétricos. Portanto, o dispositivo feito de quartzo é, também um sensor. Por outro, atuadores, que transformam sinais elétricos em outras grandezas físicas, são transdutores, mas não são sensores. Vejamos: um dispositivo de quartzo que é utilizado como microatuador, que atual pela sua deformação decorrente de um comando elétrico, é um transdutor. Por fim chamaremos de instrumento um sistema que além do sensor, inclui algum processamento da saída do sensor.

Sistemas de medição podem ter as mais diversas aplicações, cumprindo, assim, vários objetivos.

Primeiro, sistema de medição para verificação de grandezas. Nesses casos, os sistemas de instrumentação medem certas variáveis com a finalidade de verificar seus valores. A variável a ser medida é o mensurando. A obtenção de uma estimativa é importante em condições como a de monitoração, análise e projeto de sistemas: um médico que deseja medir a temperatura ou pressão arterial de seu paciente; o engenheiro que mede a dureza e a espessura de uma peça de aço com o intuito de verificar se as especificações de projeto foram satisfeitas; o projetista de máquinas que mede o conjugado e a velocidade angular do eixo, para verificar se é necessário alterar o projeto, são demonstrações disso. Podemos dizer, nesses contextos, que instrumentos são utilizados em malha aberta, ou seja, sem a realimentação de saída, como ilustrado na figura 1.1 (a).

Figura 1.1 (a) – Controle em malha aberta

Figura 1.1 (b) – Exemplo de malha aberta

Figura 1.1 (c) - Controle em malha fechada

Figura 1.1 (d) – Exemplo de malha fechada

FIGURA 1.1 Operação de instrumentos. Em (a) mostra-se operação em malha aberta. A medida não é automaticamente utilizada para influenciar o meio que se encontra o mesurando, como em (c), que o bloco denominado regulador indica equipamentos responsáveis por tomada de decisão e pela sua implementação.

Segundo, sistemas de medição para aplicações em malha fechada. Nesse grupo, os sinais de saída são realimentados e utilizados em malha fechada, com mostra a figura 1.1 (c). Alguns sistemas tomam decisões automaticamente e atuam baseados na medição feita. Por exemplo a temperatura do vapor produzido por uma caldeira é transmitido para um sistema de controle que verificará se a temperatura está adequada e, caso não esteja, atuará instantaneamente no sentido de efetuar a correção.

Um mesmo instrumento pode pertencer tanto a um grupo quanto ao outro, dependendo da forma como é utilizado. Não há, necessariamente, diferenças construtivas entre o sensor utilizado de um grupo para outro. Alguns, que pertencem ao primeiro grupo, não poderiam ser utilizados no segundo. Por exemplo, o termômetro usado pelo médico não poderia, em tese, ser aproveitado em aplicações em malha fechada, uma vez que a leitura desse instrumento é visual, que dificultaria sua conversão em sinal que pudesse ser realimentado de forma automática.

Entretanto, há uma diferença significativa entre os sistemas de medição desses dois grupos. Pelo fato de os instrumentos do primeiro destinarem-se à medição de grandezas per se, tais instrumentos devem ter boas características estáticas. 

Referências

Fundamentos de Instrumentação
Luis Antonio Aguirre