Glossário Essencial de Instrumentação e Sistemas de Controle
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INSTRUMENTAÇÃO
VARIÁVEL
Qualquer elemento que possua características dinâmicas, estáticas, físico-químicas e que, sob certas condições, possa ser medido constantemente.
VARIÁVEL CONTROLADA
A variável de regulação direta, que monitoramos constantemente, pois afeta diretamente o sistema de processo. É aquela que, dentro da malha de controle, é detectada pelo transmissor para gerar um sinal de feedback (realimentação).
VARIÁVEL MANIPULADA
É a variável que é modificada para afetar diretamente a variável controlada. É a ferramenta utilizada para modificar a variável diretamente no processo. É o valor que está a cargo da alteração dos instrumentos de controle final. É a mensagem transmitida pelo controlador para alcançar as mudanças esperadas na variável controlada.
PROCESSO
É um desenvolvimento realizado por um conjunto de elementos, cada um com funções determinadas, que gradual e progressivamente produzem um resultado final.
SISTEMA
Uma combinação de componentes que trabalham juntos e cumprem uma meta.
Exemplo: Sistema onde as válvulas são utilizadas para manipular o fluxo, a fim de controlar o nível nos tanques.
PERTURBAÇÃO
Sinal que afeta a resposta real do sistema, produzindo um erro de medição, tais como campos magnéticos, indutância, etc., dependendo da sensibilidade individual do instrumento.
CONTROLE POR REALIMENTAÇÃO (FEEDBACK)
É a autocorreção de distúrbios, eliminando os erros para obter o resultado ideal. Exemplo: Uma placa que possui um dispositivo que mantém a temperatura desejada. Se a temperatura sobe, o circuito de alimentação da resistência é aberto; se desce, ele se fecha para aquecer. Os sistemas servo também são exemplos, onde a saída é composta apenas por elementos mecânicos, como um braço robótico ou uma válvula regulada ou um piloto automático.
SISTEMAS DE CONTROLE DE PROCESSO
Um sistema de controle automático que determina a resposta das variáveis em função dos parâmetros programados para o sistema.
SISTEMAS DE CONTROLE EM MALHA FECHADA
Este é o sistema de controle por realimentação, onde o sinal que passa pelo condutor é acompanhado e encaminhado para ajustar a referência ou o parâmetro esperado.
SISTEMAS DE CONTROLE EM MALHA ABERTA
Este é o sistema onde a saída não tem efeito sobre a ação de controle; não há comparação entre o valor medido e o valor de entrada. É o caminho do sinal sem realimentação. Exemplo: Instalações de lâmpadas de Natal que se iluminam enquanto outras estão apagadas. Tudo isto é controlado com base no tempo, independentemente do brilho das lâmpadas.
A virtude da malha fechada é a utilização de um sinal de realimentação que permite o ajuste constante, evitando a instabilidade relativa a choques externos. Para este sistema, a gestão dos desvios é de grande importância, enquanto que para a malha aberta o impacto não é tão grande. Recomenda-se que todo o sistema onde as entradas são conhecidas e não há perturbações utilize o circuito aberto.
SISTEMAS DE CONTROLE ADAPTATIVOS
É a habilidade intuitiva de um sistema de realizar o autoajuste de parâmetros devido a erros aleatórios e sistemáticos que ocorrem.
SISTEMAS DE CONTROLE DE APRENDIZAGEM
Sistemas nos quais o operador atua como um condutor a cada dia, e onde a experiência adquirida é utilizada na gestão dos parâmetros modificáveis do sistema.
INSTRUMENTO
Um dispositivo que é responsável por interpretar os sinais proporcionais à magnitude da variável.
INSTRUMENTOS CEGOS
Não possuem indicação visível. São aqueles que geralmente atuam como interruptores, termostatos, pressostatos, transmissores, válvulas, etc. Apenas realizam seu trabalho sem a necessidade de expressar as mudanças graduais do sinal.
INSTRUMENTOS INDICADORES
Possuem uma escala para expressar a equivalência dos dados ao operador. Podem ser manômetros, medidores de pressão arterial, entre outros. Podem ser concêntricos, excêntricos e digitais.
INSTRUMENTOS REGISTRADORES
Expressam o sinal com traços contínuos ou pontos.
ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE
O instrumento que recebe sinais do sistema, tomados pelo controlador, e executa a ação diretamente sobre a variável controlada.
ELEMENTO PRIMÁRIO DE MEDIÇÃO
É aquele que está em contato direto com a variável e pronto para transmitir qualquer transformação de energia no ambiente de medição.
- Medidor de Vazão: É um elemento sensor primário.
- Sensores Ópticos, Instrumentos Registradores, Calibres: Permitem a monitoração.
- Transmissores: Existem dois tipos: cegos e indicadores.
- Monitoramento e Painel de Controle: Instrumentação virtual, onde os instrumentos são simulados no computador.
Painel onde se pode encontrar instrumentação virtual e controladores.
FAIXA DE MEDIÇÃO (INTERVALO)
O intervalo de medição para qualquer número de valores que devem estar sempre entre o limite inferior e superior, conforme especificado pelo instrumento.
AMPLITUDE (EXTENSÃO)
É a diferença entre os limites inferior e superior da faixa, sendo equivalente à área de operação.
ELEVAÇÃO DE ZERO
O valor pelo qual o zero da variável excede o valor mais baixo da escala de medição.
SUPRESSÃO DE ZERO
O valor do déficit que está abaixo da faixa inferior.
SENSIBILIDADE
É a alteração mínima que o sensor e o instrumento podem expressar.
ZONA MORTA (DEAD ZONE)
São as áreas onde não há sensibilidade do instrumento, o que faz com que sua visualização e sinal de saída não se alterem.
ERRO
A diferença entre a leitura do instrumento e o valor real da variável.
REPRODUTIBILIDADE
Grau de reprodutibilidade das medições.
EXATIDÃO
Grau de proximidade da leitura em relação ao valor real da variável.
Exemplo de aplicação: No valor zero da variável, a marca é 3 psi, e no valor 100% da variável, a marca é 15 psi. A supressão de zero está entre 0 e 3 psi, e a elevação de zero está entre 3 e 4 psi. A zona morta é 7 psi, equivalente a -1%.
HISTERESE
Alguns instrumentos possuem um fenômeno de desequilíbrio que existe quando é feita uma comparação entre a variação da mesma grandeza, tanto ascendente quanto descendente, que na verdade deveria ter o mesmo percurso. É expressa em percentagem. Por exemplo, se em um medidor de 0-100% a pressão efetiva é de 18 psig e a leitura na marca é de 18,2 psig quando o indicador vai de zero a 100% da variável, e quando a variável passa de 100% para 0%, o valor indicado é 17,7 psig. A histerese é calculada como:
(18,2 - 17,7) / (100 - 0) * 100 = ± 0,5%CONFIABILIDADE
A probabilidade de que o instrumento permaneça dentro de certos limites de erro.
RASTREABILIDADE
Propriedade do resultado das medições feitas com um instrumento ou um padrão, de modo que possa interagir com os padrões específicos, através de uma cadeia ininterrupta de comparações, com todas as incertezas determinadas.
RUÍDO (NOISE)
Sinais impuros que afetam os diversos sinais do sistema de medição.
RESOLUÇÃO
A menor variação que pode ser exibida no instrumento.
LINEARIDADE
A proporcionalidade direta e livre de erros de calibração com alta equivalência.
ESTABILIDADE
Característica de instrumentos de alta qualidade que têm uma probabilidade de ter uma vida útil longa.
TEMPERATURA DE SERVIÇO
A temperatura de funcionamento do instrumento.
REPRODUTIBILIDADE
Reprodução de uma medida, caso a variável seja um parâmetro constante.
REPETIBILIDADE
Especifica a capacidade da ferramenta de fornecer a mesma leitura em aplicações repetidas do mesmo valor da variável medida. Por exemplo, se na mesma pressão de 25 psig, um calibre de precisão de 1 psi proporciona leituras de 25,5, 26, 24,3 e 24 psig, seu funcionamento é repetitivo. Uma leitura de 27 psig indicaria um problema de repetibilidade do instrumento (salvo se for provado que foi um problema de histerese).
TRANSMISSOR
Captura o sinal primário e o transmite à distância de medição (elétrica, pneumática, hidráulica, mecânica e ultrassônica).
TRANSDUTOR
Um dispositivo que recebe sinais de uma ou mais das variáveis estudadas e pode alterá-los ou não em outro sinal.
CONVERSOR
É o responsável por modificar o sinal de entrada e fornecer um sinal de saída padrão.
SINAL
Saída proveniente do instrumento. Informação representativa de um valor quantificado.
SINAIS ANALÓGICOS
É uma função contínua das variáveis estudadas.
SINAL DIGITAL
Representa a magnitude das variáveis medidas na forma de um conjunto de códigos de quantidades discretas em um sistema de notação.
SET POINT (PONTO DE AJUSTE)
O ponto no qual um sinal é estabelecido sob certos parâmetros desejados. É um ponto de referência para o valor do sinal da variável.
MODOS DE CONTROLE
NOTA: Todos os sinais lidam com determinadas normas para o máximo e o mínimo.
Controle On-Off (Liga/Desliga)
Tomemos por exemplo o caso de um forno elétrico. A temperatura sobe ao ativar as resistências de aquecimento por um contator, governado por sua vez por um relé dentro do controlador.
O modo de controle ON/OFF é o mais básico. O comando é ativar o sistema de aquecimento quando a temperatura está abaixo do Set Point (SP) desejado e desativar quando a temperatura está acima do SP.
Controle Proporcional
O controlador proporcional fornece uma saída que varia na proporção do erro (SP - PV, onde PV é a Variável de Processo).
Para iniciar um controlador proporcional, devem-se definir os seguintes parâmetros:
- SP (Set Point): Temperatura desejada (exemplo: SP = 200 °C).
- Pb (Banda Proporcional): Exemplo: Pb = 10%.
- TC (Tempo de Ciclo): Exemplo: tc = 4 seg.
Não há necessidade de definir o tempo de ciclo se for utilizado um mecanismo de controle de válvulas motorizadas.
A Banda Proporcional (Pb) é programada no controlador como uma porcentagem do SP. Isso corresponde a uma faixa de temperatura abaixo do SP, ao longo da qual a saída irá variar proporcionalmente ao erro (SP - PV), diminuindo à medida que a temperatura se aproxima do SP.
DEFINIÇÕES DE ERRO
- Erro Aleatório: O menor erro sistemático total.
- Erro Absoluto: Diferença entre o resultado da medição e o valor verdadeiro.
- Erro Verdadeiro: A composição entre o erro e o erro absoluto.
- Erro Sistemático: Aquele que, ao realizar a medição nas mesmas condições, apresenta sempre o mesmo valor.
- Relação de Alcance (RAC): O quociente entre os valores superior e inferior das medições de um instrumento.
- Precisão Próxima: Usada para comparar diferentes sensores pertencentes à mesma precisão.