Medição de pressão e calibração de um sensor piezoelétrico

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- Multímetro

O multímetro usado pode ser utilizado para ler valores tanto de resistência, quanto de corrente e, também, de tensão. No último, diz-se que o multímetro está na condição de voltímetro e foi nesta condição que utilizou-se o equipamento durante o experimento.

Ele foi responsável por ler a saída do sensor piezorresistivo. Ou seja, no experimento, o voltímetro foi usado para indicar a ddp fornecida pelo sensor.

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- Procedimento experimental

Inicialmente, tem-se a montagem do sistema composto por todos os equipamentos e materiais apresentados anteriormente. O volante, em conjunto com o sistema cilindro-pistão e, também, com o reservatório de óleo e com o manômetro - o qual será o indicador ideal de pressão adotado no experimento -, além de todo o mecanismo responsável por unir as partes mencionadas, formam a montagem inicial. A seguir, têm-se imagens da montagem inicial do sistema e, também, dos equipamentos utilizados.

[pic 3]

Figura 1: Montagem do sistema composto pelo cilindro-pistão, manômetro, volante e também pelo sensor piezoelétrico.

[pic 4]

Figura 2: Equipamentos usados em conjunto com o sistema.

Assim, inicia-se o procedimento da seguinte forma: gira-se o volante lentamente para a direita, o qual fará com que o conjunto cilindro-pistão comprima o fluido, aumentando a pressão. O volante é girado até que o manômetro indique a primeira leitura para a pressão, de 0,25 kgf/cm². Neste instante, lê-se o valor da diferença de potencial indicada pelo voltímetro, o qual corresponderá à primeira leitura de ddp, para a primeira de pressão. Têm-se o valor de 4,46 Volts.

Desta forma, varia-se a pressão de 0,50 em 0,50 kgf/cm², sempre girando o volante para a direita e nunca deixando-o voltar para a esquerda, de forma a evitar o erro causado por histerese do equipamento. Realiza-se este procedimento, anotando os valores de pressão lidos no manômetro e os de ddp lidos no voltímetro, sete vezes, atingindo o valor de 3,25 kgf/cm² para a pressão.

Finalizada esta etapa, faz-se a coleta de dados retornando os valores de pressão, isto é, girando o volante para o lado esquerdo, de forma a aliviar a pressão no fluido. Analogamente à etapa anterior, o volante será girado somente para a esquerda, não deixando que o mesmo retorne para a direita, a fim de se evitar o erro gerado por histerese. A variação será de 0,50 em 0,50 kgf/cm², para a pressão, também.

Então, inicia-se a segunda etapa do último valor obtido na primeira etapa, de 3,25 kgf/cm². O volante começa a ser girado para a esquerda de forma a reduzir a pressão e os valores são anotados, tanto da pressão quanto da ddp informada pelo voltímetro.

Após realizada toda a coleta de dados, organiza-os em uma tabela, a qual é mostrada a seguir. Cabe ressaltar que, os valores coletados a partir do manômetro foram fornecidos em kgf/cm², então, realiza-se a conversão de cada um destes para kPa.

Tabela 1: dados obtidos no experimento.

Medições

Pressão - Manômetro - Ida [kPa]

Voltagem – Ida [V]

Pressão - Manômetro - Volta [kPa]

Voltagem – Volta [V]

1

25,00

4,46

325,00

9,06

2

75,00

5,24

275,00

8,23

3

125,00

6,03

220,00

7,42

4

175,00

6,75

175,00

6,73

5

225,00

7,54

125,00

6,00

6

275,00

8,30

75,00

5,22

7

325,00

9,06

25,00

4,45

- Análise dos resultados obtidos

A partir dos dados obtidos, pode-se mensurar e analisar o erro existente na relação entre o valor fornecido a partir do sensor piezoelétrico e o valor fornecido pelo manômetro, para cada medição.

Para isso, utilizando os valores obtidos para a tensão e os valores indicados de pressão, torna-se possível encontrar uma equação linear - por meio do método da linearização - para cada situação, aumentando a pressão ou reduzindo a pressão, bem como pode-se, também, realizar a plotagem dos gráficos com os resultados e com a reta.

A seguir, as figuras que mostram a relação entre os resultados experimentais e a reta obtida.

[pic 5]

Figura 3: Gráfico da tensão em função da pressão crescente

[pic 6]

Figura 4: Gráfico da tensão em função da pressão decrescente

Em resumo, têm-se então as seguintes equações lineares:

para o aumento gradativo da pressão e,[pic 7]

para a redução