Diferenças entre repetibilidade, linearidade e resolução | Como ler a folha de dados de sensores

Há erros “visíveis” e erros “invisíveis”

A diferença entre o valor medido e o valor verdadeiro é chamada de erro. Fica mais fácil organizar os erros dividindo-os em dois tipos de natureza diferente.

• Erro de offset: erro que, nas mesmas condições, desloca o valor sempre no mesmo sentido e na mesma quantidade. Por exemplo, um sensor montado inclinado dá valores igualmente deslocados, por mais vezes que meça a mesma peça.
• Erro de repetição: erro cujo tamanho e sentido mudam a cada medição. É causado por ruído dentro do sensor, entre outros fatores, e aparece como variação dos valores.

O erro de repetição aparece logo, depois de algumas medições. Já o erro de offset dá o mesmo valor em todas as medições, então não é percebido só olhando os valores. Um valor estável não prova que o valor está correto. O erro de offset só é encontrado comparando com um padrão de valor conhecido.

Vale notar que a palavra “precisão” é usada tanto no sentido dos dois juntos quanto no de apenas um deles. Na folha de dados, mais do que o nome do item, veja qual dos dois erros o valor representa.

Repetibilidade: o mesmo valor sai em todas as medições?

A repetibilidade é a amplitude da variação dos valores ao medir várias vezes o mesmo ponto de uma peça parada. Ou seja, indica o tamanho do erro de repetição.

O ponto principal é que se trata de um valor medido sem reposicionar a peça. Na escala do μm (1/1000 de 1mm), a cada reposicionamento o ponto medido e a orientação da peça mudam ligeiramente. Por isso, onde as peças são trocadas a cada medição, a variação é maior que o valor da folha de dados.

Resolução: até que ponto o sensor distingue mudanças pequenas?

A resolução é o tamanho da menor mudança que o sensor consegue distinguir. Quanto menor o valor, mais finas as mudanças que ele capta. Vale notar que a variação ao medir continuamente o mesmo ponto parado é chamada de “repetibilidade” por alguns fabricantes e de “resolução” por outros.

O importante é que a resolução indica o quão fino o sensor enxerga, e não o quão correto é o valor. O manual usa como exemplo um sensor de deslocamento a laser fictício (faixa de medição ±5mm, repetibilidade 0.1μm, linearidade ±0.1% of F.S.). Esse sensor capta mudanças de cerca de 0.1μm. Mesmo assim, calculando pela linearidade, o próprio valor pode estar deslocado em até 10μm.

A resolução é útil quando se medem mudanças ou diferenças, como na medição de degrau, em que se medem dois pontos próximos em sequência e se calcula a diferença. Já na inspeção que avalia se o próprio valor está dentro da tolerância (a faixa considerada aprovada), não basta enxergar detalhes finos.

Linearidade: o valor está correto em qualquer ponto da faixa de medição?

Idealmente, a saída do sensor de deslocamento é diretamente proporcional à posição da peça e, num gráfico, forma uma única reta. Na prática, a saída se curva levemente em relação a essa reta. O desvio máximo é a linearidade.

A linearidade costuma ser expressa como porcentagem da faixa de medição completa (F.S., do inglês full scale: escala completa). No exemplo acima, a faixa de medição é ±5mm, então a F.S. é 10mm. ±0.1% of F.S. corresponde a ±10μm. Isso significa que “em algum ponto da faixa, o desvio pode chegar a ±10μm”. Não significa que o valor fica sempre 10μm deslocado em qualquer ponto.

O desvio de linearidade aparece praticamente do mesmo tamanho a cada vez na mesma posição. Ou seja, é um tipo de erro de offset. Ele não diminui com mais médias e só é percebido comparando com um padrão, como uma peça-padrão de dimensões conhecidas.

Com o mesmo “% of F.S.”, quanto maior a faixa de medição do sensor, maior o erro convertido em μm. A regra básica é escolher o sensor de acordo com a faixa que será realmente usada.

Os valores da folha de dados valem nas condições descritas nas notas

Colocando os três valores lado a lado, temos o seguinte.

Além disso, todos esses valores são medidos nas melhores condições. As condições estão descritas nas notas ou notas de rodapé abaixo da tabela. No exemplo do manual, a repetibilidade vem com as seguintes condições.

• Objeto padrão de medição: mede-se um objeto branco, de superfície uniforme, que difunde bem a luz. Com pouca luz refletida, como em peças pretas, a variação aumenta.
• Distância de referência: a medição é feita no centro da faixa de medição. A variação muda conforme a posição dentro da faixa.
• Número de médias: é a média de 4096 medições. Se a variação ocorre de forma independente a cada medição, com N médias ela cai para cerca de 1/√N. Com 4096 médias, cai para cerca de 1/64.

Antes de usar os valores da folha de dados, verifique na seguinte ordem.

1. Procurar as condições dos valores nas notas, nas notas de rodapé e no manual de instruções
2. Comparar a cor e o tamanho da peça, a distância, a temperatura e a velocidade com essas condições
3. Se houver diferenças, escolher com margem ou testar com a peça real

Os valores da folha de dados são o ponto de partida para selecionar um sensor. Os números só ganham sentido quando colocados lado a lado com as condições do seu chão de fábrica.