Linearidade de instrumento

Linearidade mostra o quanto a resposta do instrumento se afasta de uma reta. Veja como calcular a não linearidade com exemplo de transmissor.

Linearidade de instrumento é a proximidade entre a curva de resposta do instrumento (indicação em função do valor de referência) e uma reta, ao longo da faixa de medição. Na prática ela é quantificada pelo contrário: a não linearidade, o maior desvio entre a curva real e a reta de referência, normalmente em porcentagem da amplitude. O VIM 2012 não define linearidade como verbete; o conceito vem das especificações de instrumentos e da MSA, em que linearidade é a variação da tendência ao longo da faixa de operação.

Qual reta usar

O número muda conforme a reta escolhida, e é por isso que duas especificações de “linearidade 0,2 %” podem não ser comparáveis:

  • Reta terminal: passa pelos pontos de zero e de fim de escala. Dá o maior valor e é a mais fácil de conferir com um certificado.
  • Melhor reta (mínimos quadrados): ajustada a todos os pontos. Distribui o desvio para os dois lados e costuma dar perto da metade do valor terminal.
  • Reta com origem no zero: passa pelo zero e minimiza o desvio no resto da faixa.

Ao comparar fornecedores, pergunte qual reta foi usada.

Exemplo: transmissor de pressão de 0 a 10 bar

Um transmissor de 0 a 10 bar com saída de 4 a 20 mA, instalado na linha de vapor de uma fábrica de bebidas, é calibrado em cinco pontos (valores de exemplo):

Pressão (bar) Saída ideal (mA) Saída medida (mA) Desvio da reta terminal (mA)
0,0 4,00 4,00 0,00
2,5 8,00 8,03 +0,03
5,0 12,00 12,05 +0,05
7,5 16,00 16,04 +0,04
10,0 20,00 20,00 0,00

Pela reta terminal, a não linearidade é 0,05 mA sobre uma amplitude de 16 mA: 0,05/16 ≈ 0,31 % da amplitude. Pela melhor reta de mínimos quadrados, o maior resíduo cai para cerca de 0,026 mA, ou 0,16 %. Mesmo instrumento, dois números.

Repare no que isso significa na manutenção: zero e fim de escala estão perfeitos. Um ajuste de zero e span não muda nada no ponto de 5 bar, onde o processo realmente opera. Se 0,05 mA (cerca de 0,03 bar) for demais para a aplicação, a saída é corrigir no sistema de controle ou trocar o instrumento.

Erros comuns

Calibrar só zero e fim de escala. Com dois pontos, qualquer instrumento parece linear. Para enxergar a curvatura, os pontos de calibração precisam cobrir a faixa, com pelo menos três pontos internos, e de preferência incluir o ponto de trabalho.

Confundir não linearidade com histerese. Se as leituras subindo e descendo não coincidem, isso é histerese. A não linearidade aparece mesmo medindo num sentido só. Muitos fabricantes juntam as duas, mais a repetibilidade, numa especificação única de exatidão.

Usar uma correção única para a faixa toda. Se a tendência muda ponto a ponto, quem precisa corrigir leituras deve usar a curva de calibração ou interpolar entre os pontos do certificado, não um valor médio.

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