Em tecnologia de medição e metrologia, calibração é a operação que, sob condições especificadas, estabelece uma relação entre valores e incertezas de medição fornecidos por padrões de medição e as indicações correspondentes de um dispositivo sob teste. Em uma segunda etapa, essa relação é usada para obter um resultado de medição a partir de uma indicação.
O padrão pode ser outro instrumento de medição, um sistema que realize ou reproduza uma grandeza, como uma tensão elétrica ou um tom de som, ou uma medida materializada, como uma régua ou um bloco-padrão.
Depois da calibração, a avaliação dos resultados pode mostrar que o instrumento não necessita de intervenção, que existe um erro que será apenas registrado ou que um ajuste é necessário. Em sentido metrológico, o ajuste não faz parte da calibração. A calibração determina uma relação entre indicações e valores de referência, enquanto o ajuste modifica o sistema de medição.
A rastreabilidade metrológica é uma propriedade de um resultado de medição. Ela permite relacioná-lo a uma referência por meio de uma cadeia documentada e ininterrupta de calibrações, cada uma contribuindo para a incerteza de medição.
Definição do BIPM
O Escritório Internacional de Pesos e Medidas (BIPM), por meio do Vocabulário Internacional de Metrologia (VIM), define a calibração em duas etapas. A primeira estabelece relações entre os valores e as incertezas fornecidos por padrões e as indicações correspondentes, com suas incertezas. A segunda utiliza essas informações para obter um resultado de medição a partir de uma indicação.
O resultado de uma calibração pode ser expresso por uma declaração, uma função, um diagrama, uma curva de calibração ou uma tabela. Em certos casos, é apresentado como uma correção aditiva ou multiplicativa da indicação, acompanhada de sua incerteza.
Calibração, ajuste e verificação
Na terminologia do VIM, ajuste é o conjunto de operações realizadas em um sistema de medição para que ele forneça indicações prescritas correspondentes a determinados valores da grandeza medida. Pode envolver ajuste de zero, de defasagem ou de amplitude. A calibração é um pré-requisito para o ajuste e, depois de um ajuste, o sistema geralmente precisa ser calibrado novamente.
Verificação é o fornecimento de evidência objetiva de que um item satisfaz requisitos especificados. Um instrumento pode ser calibrado para determinar a relação entre suas indicações e os valores de referência e depois passar por uma verificação que determine se os resultados atendem aos requisitos estabelecidos. Calibração, verificação e ajuste são operações diferentes.
No uso comum, "calibrar" pode designar um procedimento que também inclui ajuste. Um termômetro, por exemplo, pode ter seu erro de indicação determinado por calibração e depois ser ajustado para modificar sua resposta em pontos da escala. O ajuste é uma operação posterior.
Processos modernos de calibração
Institutos nacionais de metrologia mantêm padrões nacionais, realizam unidades do Sistema Internacional de Unidades (SI) e fornecem referências para cadeias de calibração.
O Acordo de Reconhecimento Mútuo do Comitê Internacional de Pesos e Medidas, o CIPM MRA, é a estrutura pela qual institutos nacionais de metrologia demonstram a equivalência internacional de seus padrões de medição e dos certificados de calibração e medição que emitem. As capacidades de calibração e medição aprovadas por revisão entre pares são publicadas na base KCDB do BIPM.
Na Europa, a EURAMET reúne institutos nacionais de metrologia e institutos designados em uma organização regional de metrologia.
Rastreabilidade metrológica
A rastreabilidade metrológica pertence ao resultado de medição, não ao instrumento isoladamente. A cadeia que relaciona o resultado a uma referência é formada por calibrações documentadas e sem interrupções, e cada etapa acrescenta uma parcela à incerteza de medição.
Essa cadeia segue uma hierarquia de calibração. Ao passar de referências de nível superior para padrões de referência, padrões de trabalho e sistemas usados nas medições, as incertezas das etapas precisam ser consideradas.
A existência de rastreabilidade não garante, por si só, que a incerteza de medição seja pequena o suficiente para determinada finalidade nem que não exista erro humano ou operacional no processo.
A rastreabilidade ao SI significa que a referência final da cadeia é uma realização de uma unidade do Sistema Internacional.
Brasil
Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO)
No Brasil, a Diretoria de Metrologia Científica, Industrial e Tecnologia do Inmetro mantém referências metrológicas nacionais e fornece rastreabilidade a padrões usados por laboratórios, centros de pesquisa e setores industriais. O instituto participa das comparações internacionais que dão suporte às capacidades declaradas no CIPM MRA.
Os laboratórios de calibração acreditados pela Coordenação-Geral de Acreditação do Inmetro integram a Rede Brasileira de Calibração (RBC). A base da RBC reúne laboratórios acreditados segundo a ABNT NBR ISO/IEC 17025.
Um laboratório que demonstra a rastreabilidade de seus resultados não se torna, apenas por isso, um laboratório acreditado. Laboratórios de calibração acreditados pela Cgcre passam a integrar a RBC, enquanto os chamados laboratórios "rastreados" que não passaram pelo processo de acreditação não fazem parte dela.
Qualidade da calibração
A utilização de um resultado de calibração depende das condições em que ele foi obtido, da referência empregada e da incerteza de medição correspondente. A cadeia de rastreabilidade pode passar por padrões de medição, padrões nacionais, referências internacionais ou materiais de referência certificados.
A ISO/IEC 17025 estabelece requisitos para a competência, imparcialidade e operação coerente de laboratórios de ensaio e calibração. A edição ISO/IEC 17025:2017 é a terceira edição da norma.
O resultado de calibração costuma ser acompanhado de sua incerteza de medição. Quando se declara conformidade com uma especificação, a incerteza pode fazer parte da regra de decisão usada para estabelecer se o resultado será aceito ou rejeitado.
O padrão usado depende da grandeza e do instrumento. Uma balança de pressão, baseada em um conjunto pistão-cilindro, pode gerar pressões de referência para a calibração de medidores de pressão. O Inmetro mantém balanças desse tipo em sua infraestrutura para a grandeza pressão. Calibradores de bloco seco podem ser usados com instrumentos de temperatura. A calibração de microfones de medição é uma aplicação na acústica, e um vagão de teste de balanças pode fornecer uma carga de referência para balanças ferroviárias.
Situações que exigem calibração
Uma calibração pode ser realizada nas seguintes circunstâncias:
ao colocar em serviço um instrumento novo;
depois de reparo ou modificação;
após transporte ou mudança de local quando essas operações puderem alterar o comportamento do instrumento;
ao terminar um intervalo de calibração definido;
depois de determinada quantidade de uso, como um número estabelecido de horas de operação;
antes ou depois de uma medição crítica;
depois de exposição a choque, vibração ou dano físico que possa alterar o instrumento;
depois de uma mudança ambiental capaz de afetar a medição;
quando as indicações parecem questionáveis ou divergem das fornecidas por outros instrumentos;
quando uma especificação do cliente, requisito legal ou recomendação do fabricante exige a calibração.
Não existe um intervalo de recalibração único para todos os instrumentos. A escolha inicial pode considerar a incerteza necessária, o tipo de equipamento, o risco de ultrapassar limites estabelecidos, recomendações do fabricante, desgaste ou deriva, intensidade de uso, condições ambientais, transporte, verificações intermediárias e requisitos legais. O histórico das calibrações pode ser usado para modificar o intervalo.
No uso geral, a palavra "calibração" também pode abranger informalmente o ajuste da saída ou indicação de um instrumento. Um termômetro pode ter seu erro de indicação determinado por comparação com um padrão e depois ser ajustado. Na terminologia metrológica, a determinação do erro pertence à calibração e a modificação do instrumento pertence ao ajuste.
Processo básico de calibração
Finalidade e escopo
O processo de calibração precisa levar em conta a forma como o instrumento será usado, sua faixa de medição e as condições ambientais às quais será submetido. O projeto do instrumento deve permitir que suas características metrológicas permaneçam adequadas entre calibrações quando ele é utilizado dentro das condições especificadas.
A calibração fornece informações que podem ser usadas para aplicar correções às indicações, avaliar se um sistema de medição é adequado para uma finalidade ou decidir se um ajuste, reparo ou substituição é necessário.
Intervalos
O fabricante pode indicar condições ambientais de uso e armazenamento e recomendar um intervalo inicial de calibração. A organização que utiliza o instrumento define o intervalo adotado a partir das exigências da medição e do comportamento do equipamento.
O guia ILAC-G24:2022/OIML D 10:2022 recomenda que o método usado para determinar e revisar os intervalos seja documentado. Os resultados de calibrações anteriores fornecem dados para decidir se o intervalo deve ser mantido, reduzido ou ampliado.
Entre os métodos apresentados no guia estão sistemas de ajuste gradual do intervalo com base nos resultados sucessivos, métodos baseados no tempo efetivo de uso e abordagens estatísticas.
A antiga especificação militar norte-americana MIL-STD-45662A, publicada em 1 de agosto de 1988 e cancelada em 1995, também previa que intervalos periódicos pudessem ser reduzidos ou ampliados quando os resultados anteriores justificassem a alteração.
Padrões necessários, incerteza e critérios de aceitação
A definição do processo de calibração inclui a escolha dos padrões, dos pontos de medição, das condições ambientais e do método de avaliação da incerteza.
Em determinados programas norte-americanos do século XX, foi utilizada uma razão de incerteza de teste, ou TUR, de 4:1. A MIL-STD-45662A adotou essa razão em 1988 e ela foi incorporada à ANSI/NCSL Z540-1 em 1994. Em 1992, o NIST passou a empregar uma abordagem para expressão da incerteza baseada na combinação das componentes de incerteza.
A razão 4:1 não é uma definição de calibração nem um requisito universal para processos modernos. Quando a incerteza do padrão e das outras componentes do processo não pode ser desprezada, ela deve ser considerada na avaliação do resultado. Se uma calibração for usada para declarar conformidade com limites de especificação, pode ser adotada uma regra de decisão que leve em conta a incerteza e os riscos de aceitação ou rejeição incorreta.
Conjunto de acessórios usado com blocos-padrão, medidas materializadas de comprimento empregadas como referências em metrologia dimensional.
Os pontos de calibração são escolhidos de acordo com a faixa de operação e o comportamento esperado do instrumento. Uma calibração pode usar um único ponto ou mais de um. Quando aplicável, o estado de zero também pode ser um ponto de calibração. Em certos instrumentos, o zero pode ser ajustado pelo usuário.
Uma calibração pode produzir uma função, tabela ou curva de calibração. No VIM, uma curva de calibração expressa uma relação entre uma indicação e o valor medido correspondente. A curva não fornece, isoladamente, toda a informação necessária para um resultado de medição, pois a incerteza também precisa ser considerada.
A montagem do sistema também pode alterar o resultado. Em calibrações elétricas de sinais analógicos, por exemplo, a impedância dos cabos e das entradas pode influenciar os valores medidos.
Calibrações manuais e automáticas
Os métodos de calibração podem ser manuais ou automáticos.
Calibração manual de um manômetro. O dispositivo sob teste está à esquerda e o padrão de referência, à direita.
Um processo manual pode ser usado na calibração de um manômetro. O procedimento envolve conectar o instrumento sob teste a um sistema de referência e a uma fonte de pressão controlável, aplicar pressão em pontos definidos da faixa e comparar as indicações. Procedimentos do Bureau of Reclamation dos Estados Unidos empregam esse tipo de sequência na calibração de medidores de pressão.
Se um ajuste for necessário, ele pode ser feito depois que os resultados iniciais da calibração forem registrados. Quando os valores antes e depois do ajuste são necessários para a aplicação, os dois conjuntos devem permanecer distinguíveis na documentação.
Calibração automática de manômetros com um calibrador de pressão 3666C.
Um calibrador automático de pressão pode reunir unidade eletrônica de controle, sistema de geração de pressão, transdutor de pressão, acumulador hidráulico e acessórios de conexão. Um sistema desse tipo pode controlar os pontos de ensaio e registrar automaticamente os dados.
Descrição e documentação do processo
As informações necessárias são reunidas em um procedimento de calibração, que é um método de ensaio específico. O procedimento pode especificar padrões, condições ambientais, conexões, pontos de medição, sequência das operações, cálculos e forma de registro.
Nos Estados Unidos, o Government-Industry Data Exchange Program (GIDEP) mantém dados metrológicos que abrangem procedimentos para calibração de instrumentos de ensaio, medição e diagnóstico, documentos técnicos e manuais.
A cadeia de calibração pode passar por padrões de trabalho, padrões de referência, materiais de referência certificados e outras referências até os níveis superiores da hierarquia metrológica. A documentação dessa cadeia e de suas incertezas permite estabelecer a rastreabilidade metrológica do resultado.
Depois da inspeção inicial, algumas organizações registram os dados da condição encontrada, chamados de as-found, antes de qualquer manutenção ou ajuste. Depois da intervenção, uma nova calibração pode registrar os dados da condição deixada, chamados de as-left.
O resultado é documentado em um certificado ou relatório de calibração. Para laboratórios acreditados segundo a ISO/IEC 17025, o relato deve atender aos requisitos aplicáveis da norma.
O PTB desenvolveu o Digital Calibration Certificate (DCC), versão digital do certificado de calibração estruturada em XML. O DCC contém as informações de seu equivalente convencional e permite a leitura e o processamento automáticos por sistemas computacionais.
Instrumentos modernos podem reunir mais de uma faixa e função em um único equipamento. Um osciloscópio, por exemplo, pode exigir a calibração de canais, amplitude, base de tempo e outras funções. A automação pode executar partes repetitivas do procedimento e registrar resultados, mas o escopo precisa ser definido para cada tipo de instrumento.
Bancada de instrumentos com lacres indicadores de violação.
Lacres indicadores de violação podem ser aplicados depois da calibração para tornar perceptível um acesso posterior aos elementos internos de ajuste. Etiquetas podem informar a identificação do instrumento, a data da calibração e a data prevista para nova avaliação. Algumas organizações atribuem identificadores aos instrumentos e aos acessórios que pertencem a determinada configuração.
Quando instrumentos dependem de programas de computador, o software e as correções usadas para transformar indicações também podem ficar sujeitos ao controle metrológico.
Em inglês, o verbo calibrate surgiu no século XIX a partir de calibre e do sufixo -ate. Registros etimológicos situam em 1839 o sentido de determinar o calibre e em 1869 o uso relacionado à determinação de valores em uma escala. O substantivo calibration é registrado desde 1854.
Técnicas de divisão precisa de distâncias e ângulos, mais tarde executadas com instrumentos como a máquina de dividir, e comparações de massa realizadas com balanças formaram parte do desenvolvimento da metrologia dimensional.
Calibração de pesos e distâncias
Balança com erro de zero. O desvio é visível antes da colocação de uma carga e pode ser corrigido por ajuste de zero em muitos instrumentos.
Os primeiros dispositivos de medição direta comparavam uma grandeza com uma escala expressa na mesma unidade, como uma régua para comprimento ou uma balança para massa.
Um relato medieval de Guilherme de Malmesbury afirma que Henrique I da Inglaterra combateu o uso de medidas falsas entre comerciantes e introduziu o próprio antebraço como referência de comprimento. A conhecida história que associa uma medida ao corpo de Henrique I tem origem nessa tradição medieval, mas não constitui a origem documentada da jarda moderna.
Em 20 de novembro de 1196, Ricardo I promulgou uma determinação para uniformizar pesos e medidas no reino inglês. A medida para tecidos deveria ser conferida com uma barra de ferro, e padrões foram enviados aos condados para a aplicação das regras.
A cláusula 35 da Magna Carta de 1215 voltou a determinar medidas uniformes para vinho, cerveja e cereais, além de largura uniforme para certos tecidos e tratamento comum para pesos e medidas.
A busca por padrões de comprimento prosseguiu por outros sistemas até a criação do Mètre des Archives francês e o desenvolvimento do sistema métrico.
Primeiras calibrações de instrumentos de pressão
Projeto de leitura direta de um manômetro de tubo em U.
O barômetro de mercúrio criado por Evangelista Torricelli no século XVII determinava a pressão atmosférica pela altura de uma coluna de mercúrio. O mesmo princípio hidrostático foi empregado em manômetros de coluna de líquido.
Em um manômetro de tubo em U, a diferença entre os níveis do líquido permite determinar uma diferença de pressão. Sem pressão diferencial, os níveis ficam iguais. O cálculo depende da diferença de altura, da densidade do fluido e da aceleração da gravidade.
No século XIX, instrumentos de leitura indireta ofereceram alternativas mais compactas aos manômetros de coluna. Eugène Bourdon inventou em 1849 o tipo de manômetro que passou a levar seu nome.
Manômetro de Bourdon visto pela frente e por trás.
No tubo de Bourdon, a pressão aplicada modifica a curvatura de um tubo achatado. O movimento da extremidade livre é transmitido ao ponteiro. O instrumento pode ser calibrado pela comparação de suas indicações com pressões fornecidas por um padrão.
Nos sistemas hidrostáticos, a incerteza depende de componentes como a densidade do fluido, a aceleração local da gravidade e a medição da diferença de altura. Em balanças de pressão, outras componentes incluem a massa aplicada e as características do conjunto pistão-cilindro.
↑«Bourdon Pressure Gauge». National Museum of American History, Smithsonian Institution. Consultado em 16 de setembro de 2026
Fontes
Skoog, Douglas A.; Holler, F. James; Crouch, Stanley R. (2007). Principles of Instrumental Analysis 6 ed. Belmont, California: Thomson Brooks/Cole. ISBN978-0-495-01201-6
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