p Para que os laboratórios da indústria e do governo garantam que suas máquinas de medição de pressão estejam funcionando corretamente, eles precisam de uma fonte confiável de pressão. Muitas vezes, essa fonte é um medidor de pistão - um cilindro de metal que passa por um cilindro oco ou "manga" a uma taxa previsível. A equipe do Laboratório de Medição Física (PML) do NIST realiza calibrações precisas de medidores de pistão para clientes, incluindo a Marinha, o Exército, companhias aéreas, e empresas de energia elétrica. p Por décadas, essas calibrações foram feitas meticulosamente à mão. Mas a equipe desenvolveu e lançou recentemente um novo sistema automatizado que reduz drasticamente o tempo necessário para cada teste.
p Pressão é uma medida da quantidade de força aplicada a uma unidade de área. Para um medidor de pistão, essa força vem de uma massa que é colocada no topo do pistão, empurrando-o para baixo. A área, neste caso, é a área da seção transversal do pistão, corrigido para distorções e defeitos e referido como a "área efetiva". Então, para medidores de pistão, a pressão depende da área efetiva do pistão e de quanta massa é colocada nele.
p Os clientes do serviço de calibração de medidor de pistão do NIST incluem companhias aéreas, empresas de energia elétrica, e os militares.
p Para calibrar o medidor de um cliente, os pesquisadores precisam equilibrar as pressões geradas por dois medidores diferentes. De um lado dessa balança está o medidor do pistão do cliente. Do outro lado está um dos medidores de pistão padrão do NIST, cujas dimensões foram medidas com precisão para que sua área efetiva seja extremamente bem conhecida. A mesma massa nominal - também medida no NIST com alta precisão - é colocada em cada medidor.
p Os pesquisadores conhecem a área efetiva do medidor de pistão padrão, e eles sabem o valor das massas colocadas nos medidores. O que eles não sabem, mas precisa descobrir para completar a calibração, é a área efetiva do medidor do cliente.
p No antigo, método manual, os medidores foram conectados a uma célula de pressão diferencial, que tem um mostrador que indica a diferença entre uma pressão e outra. Para alcançar o equilíbrio, um pesquisador adicionaria ou removeria massas de todos os tamanhos diferentes, alguns tão pequenos quanto 5 miligramas (mg), de e para o topo dos medidores de pistão. Uma vez que as pressões foram equilibradas, os pesquisadores observariam quanta massa foi usada para o medidor do cliente e a usariam para calcular a área efetiva. Isso seria então repetido várias vezes - geralmente um total de 10 - em diferentes pressões dentro da faixa do medidor do pistão. No fim, Os pesquisadores do NIST seriam capazes de fornecer ao cliente um relatório com as correções que eles poderiam aplicar a quaisquer medições feitas com seu medidor de pistão.
p Isso pode parecer simples. Mas na prática, era extremamente demorado, porque os pesquisadores tiveram que essencialmente fazer uma condição de equilíbrio quase perfeita entre os dois medidores. "Foi muito tedioso, "diz Greg Driver, o membro da equipe do NIST PML que realizou essas calibrações por mais de quarenta anos até sua aposentadoria no início deste ano.
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p "À moda antiga, você veria o pesquisador com uma pinça, pegar essas pequenas massas para fora da caixa e colocá-las nesta coisa uma e outra vez, "diz Julia Scherschligt do NIST PML. Além disso, ela continua, o técnico teria que configurar adequadamente para um equilíbrio cada vez que as massas fossem alteradas, cobrindo e descobrindo os medidores de pistão para evitar que as correntes de ar afetem seu desempenho, adicionar jatos de gás nitrogênio aos medidores para evitar que caiam para o fundo das mangas, e girar os medidores à mão para evitar que quaisquer imperfeições leves em sua construção distorçam os resultados. (Veja o vídeo para uma demonstração do antigo método manual.)
p Cerca de um ano atrás, a equipe começou a investigar uma maneira de automatizar essa comparação para evitar a criação de um equilíbrio perfeito. No novo método, as pressões são comparadas usando um transdutor, que primeiro testa a pressão criada por um e então, dentro de alguns segundos, amostra a pressão criada pelo outro. Chega de adicionar e remover pequenas massas:os pesquisadores simplesmente colocam a mesma massa nominal no topo de cada medidor e, em seguida, adicionam um pouco de gás nitrogênio em cada lado quando necessário. Breve, eles esperam, eles nem mesmo terão que ligar o nitrogênio manualmente - o computador cuidará de toda a calibração automaticamente.
p A beleza do novo sistema, Scherschligt diz, é que o próprio transdutor não precisa ser calibrado. "Pode ser pensado como um dispositivo que transfere quase instantaneamente a calibração do medidor de pistão do NIST para o medidor do cliente, "ela diz." A precisão do transdutor não importa - ele pode estar errado em ordens de magnitude - desde que responda linearmente às mudanças na pressão. "
p Eles estimam que estão economizando um tempo significativo dessa forma. "Podemos fazer uma calibração de dez pontos em cerca de uma hora, "O motorista diz." Antes, levaria quase um dia inteiro. "Além disso, eles alcançaram uma precisão da ordem de algumas partes por milhão, comparável ao método manual.
p A criação do sistema automatizado foi um esforço de equipe. Yuanchao Yang, que era um associado do NIST na época, projetou e construiu o sistema com a entrada de Driver e Scherschligt, bem como Dawn Cross do NIST PML, que vem realizando as calibrações do medidor de pistão desde a aposentadoria do motorista. Do NIST Office of Information Systems Management, Katie Schlatter foi a engenheira de processo e John Quintavalle projetou e escreveu o software.
p Agora mesmo, as faixas de pressão cobertas pelo sistema automatizado só vão até 7 MPa (megapascais, cerca de 1000 psi), o que significa que qualquer medidor de pistão com uma faixa de pressão superior a 7 MPa ainda deve ser calibrado manualmente. A equipe do NIST planeja atualizar este sistema parcialmente automatizado para 14 MPa (cerca de 2.000 psi), e gostaria de fazer outro sistema com automação total.
