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COBEF 2023
12th Brazilian Congress on Manufacturing Engineering
QUANTIFICAÇÃO DE INCERTEZA E CALIBRAÇÃO DE CÉLULAS DE CARGA COM SISTEMA DE AQUISIÇÃO POR ARDUINO
Submission Author:
Thiago de Oliveira Santos , MG
Co-Authors:
Pedro Souza, Thiago de Oliveira Santos, Kauã Ferreira de Almeida, Pedro Henrique Veiga Oliveira, Kenji Fabiano Ávila Okada, Eder Silva Costa
Presenter: Thiago de Oliveira Santos
doi://10.26678/ABCM.COBEF2023.COF23-0031
Abstract
Em laboratórios e indústrias é comum encontrar processos que realizam a medição de massa ou carga para verificar a padronização da produção ou acompanhar experimentos. Entretanto, ao empregar tais métodos com sistemas de aquisição de dados para monitoramento contínuo, o custo se torna elevado, principalmente quando se necessita alta precisão e confiabilidade. A fim de contornar essa dificuldade, podem ser utilizadas células de carga, sensores de baixo custo que funcionam através da conversão da deformação de uma barra, medida por strain gages, em tensão que pode ser lida e interpretada por um sistema Arduino™. Para que esse sistema possa ser utilizado de forma confiável é necessário avaliar as incertezas de medição através de testes controlados, fazendo a calibração do sistema com base em instrumentos certificadas pelo INMETRO e desenvolvendo modelos que corrijam os erros sistemáticos. As equações para o cálculo da incerteza nas medições de massa com célula de carga e sistema de aquisição baseado em Arduino™ foram inteiramente desenvolvidas com base no método GUM, e os procedimentos descritos servem como referência para determinar as incertezas para sistemas de aquisição similares. Essa metodologia é aplicável em diversos ramos da engenharia como na padronização de processos de manufatura e construção de equipamentos mais complexos que dependem da medição de carga estática, como máquinas para ensaio de tração, compressão, flexão, ou em tribômetros. Ao utilizar uma célula de carga com carga máxima de 5 kg conectada a um módulo HX711 e Arduino Uno, foi constatado que a estabilidade do sistema de medição foi a principal limitação, pois embora o sistema tenha resolução de 0,01 g, foram verificados desvios padrão próximos a 0,5 g e uma variação absoluta da indicação da balança de até 3 g quando a amostra era mantida na bandeja por vários minutos. No entanto, estes erros estão de acordo com os limites máximos especificados pelo fabricante de 0,1 % da carga nominal máxima. A principal vantagem foi o custo-benefício, dado que o sistema tem um custo total de aproximadamente R$50. Dessa maneira, a estratégia utilizada configura uma alternativa interessante para medições e registro de dados de carga e massa em dispositivos laboratoriais ou industriais cujos requisitos de tolerância sejam mais esparsos. Além disso, a medição da incerteza foi transformada em rotina computacional, que permite estimar com facilidade a precisão e confiabilidade da medição, em acordo com as recomendações metrológicas do Comitê Internacional de Pesos e Medidas.
Keywords
Célula de carga, incerteza de medição, Arduino, Calibração, curva de erro
