Entendendo a histerese e a linearidade nas especificações de válvulas proporcionais

Histerese e linearidade descrevem erros diferentes em uma válvula proporcional. A histerese compara a saída no mesmo comando enquanto o comando sobe e desce. A linearidade compara uma característica medida com uma linha de referência declarada. Nenhuma das porcentagens é significativa até que a ficha técnica identifique a variável de saída, a base de fundo de escala, a direção do teste e as condições de operação.

Essa distinção importa ao comparar válvulas. Por exemplo, a SMC especifica seu regulador eletropneumático ITV com histerese de 0,5% do fundo de escala ou menos e linearidade de ±1% do fundo de escala ou menos. A Emerson informa histerese de 0,04 bar para uma variante AVENTICS EV07. Os números usam formas diferentes, portanto uma comparação simples de “0,5 contra 0,04” estaria errada.

Principais conclusões

• A histerese compara saídas ascendentes e descendentes na mesma entrada; a linearidade compara a saída com uma linha de referência definida.
• A SMC especifica uma família ITV com histerese de 0,5% FS e linearidade de ±1% FS.
• Compare a mesma variável de saída, faixa, método, pressão, temperatura e condição de vazão.
• Aprove o eixo pneumático completo sob sua carga real.

O que significa histerese em uma válvula proporcional?

A Bürkert define histerese como a maior diferença de saída fluídica entre varreduras ascendentes e descendentes em toda a faixa de entrada elétrica, expressa em relação à saída fluídica máxima (visão geral das válvulas proporcionais da Bürkert, acessada em 2026). Ela mede a dependência do percurso, não a variação aleatória nem a menor mudança de comando detectável.

Para um teste com comando x, saída ascendente y↑(x), saída descendente y↓(x) e saída de fundo de escala yFS, um valor normalizado de histerese pode ser escrito como:

Aqui, H é a histerese em porcentagem do fundo de escala. A variável y deve ser nomeada, por exemplo, vazão em litros padrão por minuto, pressão regulada em bar ou posição medida do carretel em milímetros. As duas varreduras devem usar a mesma faixa, alimentação, condição a jusante, regra de estabilização, temperatura e instrumentação. Caso contrário, o numerador incluirá mudanças que não são histerese da válvula.

O que esse número significa na operação? Quando um controlador se aproxima do mesmo comando por direções opostas, a válvula pode fornecer vazão ou pressão diferente. Atrito, comportamento magnético, forças de vedação e folgas mecânicas podem contribuir, mas a porcentagem da ficha técnica é uma característica medida sob o teste declarado, não um diagnóstico de uma causa física isolada.

A interpretação mais útil é, portanto, condicional: “separação máxima destas duas curvas medidas sob este método”. Ela não é um erro universal de posicionamento. Uma válvula com baixa histerese de catálogo ainda pode estar em um eixo com aderência da vedação, reversão de carga, variação de pressão ou erro do sensor. O guia de posicionamento de cilindros em malha fechada trata esses fatores separadamente.

Como a linearidade é calculada?

A Bürkert define linearidade como o maior desvio de uma característica medida em relação a uma característica reta ideal, normalizado pela saída fluídica máxima (visão geral das válvulas proporcionais da Bürkert, acessada em 2026). Uma especificação utilizável também deve identificar como essa linha de referência é construída, pois os métodos pelos extremos e de melhor ajuste podem produzir resultados diferentes.

Uma forma normalizada geral é:

Nessa expressão, L é o desvio máximo de linearidade em porcentagem do fundo de escala, y(x) é a saída medida e yref(x) é a linha de referência declarada no comando x. A saída de fundo de escala yFS usa as mesmas unidades que as duas saídas. A especificação deve dizer se o resultado é assinado, absoluto ou escrito como uma tolerância ±.

Por que insistir no método da linha de referência? Imagine uma curva de vazão suave que se arqueia acima de uma linha traçada entre seus extremos. Uma linha de mínimos quadrados pode se deslocar para dividir o desvio entre os dois lados, enquanto uma linha pelos extremos não pode. Assim, as mesmas medições podem gerar dois valores publicados. Peça a curva e o método antes de classificar os fornecedores.

A figura também explica por que “não linear” não significa “incontrolável”. Uma curva não linear repetível às vezes pode ser caracterizada e compensada. Uma curva instável ou dependente da direção é mais difícil de inverter porque um comando não corresponde a uma única saída. A compensação ainda precisa ser validada em diferentes pressões, temperaturas, níveis de desgaste e tolerâncias de produção.

Histerese, zona morta, sensibilidade, resolução e repetibilidade

A SMC lista quatro termos de desempenho separados para seu regulador ITV: linearidade de ±1% FS ou menos, histerese de 0,5% FS ou menos, repetibilidade de ±0,5% FS ou menos e sensibilidade de 0,2% FS ou menos (catálogo ITV da SMC, acessado em 2026). Eles não devem ser usados como sinônimos.

Termo	Pergunta de engenharia respondida	O que o resultado exige
Histerese	A saída muda quando a mesma entrada é alcançada por direções opostas?	Varreduras ascendentes e descendentes, separação máxima, base de normalização
Linearidade	Quanto uma curva medida se afasta da linha de referência declarada?	Curva medida, método da linha de referência, desvio máximo
Zona morta	Quanto a entrada pode se mover antes que a saída responda após uma reversão ou a partir de um estado definido?	Estado inicial, direção, limiar de resposta
Sensibilidade	Qual é a menor mudança de entrada que cria uma mudança de saída mensurável?	Tamanho do degrau, limiar de ruído, resolução da medição
Resolução	Qual é o menor incremento de comando ou saída que o sistema consegue representar ou distinguir?	Profundidade de bits digitais ou definição da medição
Repetibilidade	Quão próximas ficam as saídas repetidas quando a mesma entrada é alcançada da mesma maneira?	Ensaios repetidos, direção de aproximação, estatística, condições

As definições da Bürkert são especialmente úteis aqui. A empresa chama de sensibilidade a menor diferença de setpoint que causa uma mudança mensurável na saída fluídica, enquanto repetibilidade é a dispersão quando a mesma entrada é alcançada repetidamente pela mesma direção. A histerese muda deliberadamente a direção. A repetibilidade a mantém constante.

A zona morta pode ser causada por histerese? Elas podem compartilhar causas mecânicas e ambas podem aparecer perto de uma reversão de comando, mas os testes relatados respondem a perguntas diferentes. Mantenha os termos separados no requisito. Um fornecedor não pode comprovar uma exigência de sensibilidade de 0,2% apenas apresentando um resultado de repetibilidade de 0,2%.

Por que não é possível comparar porcentagens sem as condições do teste?

A SMC declara histerese de 0,5% FS ou menos para um regulador ITV, enquanto a Emerson declara 0,04 bar para uma variante AVENTICS EV07 (manual de instruções ITV da SMC, acessado em 2026; página do produto EV07 da Emerson, acessada em 2026). Um valor é normalizado; o outro é uma diferença absoluta de pressão.

Antes de comparar duas linhas, alinhe estes campos:

1. Função da válvula: regulador proporcional de pressão, válvula proporcional de vazão ou válvula proporcional direcional.
2. Saída medida: pressão regulada, vazão normalizada, vazão mássica, posição do carretel ou outra grandeza.
3. Normalização: span completo do comando, saída nominal, saída fluídica máxima ou span de medição declarado.
4. Método de referência: pelos extremos, melhor ajuste, linha com origem em zero ou outra construção definida pelo fabricante.
5. Procedimento de varredura: direção, taxa, incrementos, tempo de permanência, ciclos e uso ou não de pré-condicionamento.
6. Estado pneumático: pressão de entrada e saída, perda de pressão, gás, temperatura, condição de vazão e restrição do escape.
7. Estado elétrico: tipo de sinal, tensão de alimentação, ajustes do controlador, frequência PWM e filtros.
8. Medição: exatidão do instrumento, amostragem, média e tratamento da incerteza.

A notação de vazão pode esconder outra incompatibilidade. A visão geral da Bürkert dá um exemplo de vazão nominal de gás em litros padrão por minuto a 20°C, entrada de 6 barg e perda de pressão de 1 bar, enquanto define as condições padrão como 1.013,25 mbar absolutos e 0°C. Outro catálogo pode usar uma temperatura de referência ou uma queda de pressão diferente. Alinhe as bases antes de converter a curva.

Por isso, uma porcentagem normalizada não é automaticamente mais transferível que um valor absoluto. Ela é mais fácil de escalar, mas somente dentro da faixa e da definição declaradas. Um resultado absoluto de 0,04 bar pode ser mais útil imediatamente para uma tolerância de pressão, enquanto uma porcentagem da vazão pode servir melhor a um orçamento de erro de vazão. Primeiro associe a métrica à variável controlada.

A ISO 6358-1 fornece métodos de teste de vazão em regime permanente para componentes pneumáticos com caminhos de vazão fixos ou variáveis, mas seu escopo exclui componentes com comportamento histerético marcante ou feedback interno, incluindo reguladores de pressão (ISO 6358-1:2013). Não a cite como um procedimento universal de histerese para todo dispositivo pneumático proporcional.

Como esses erros da válvula afetam um eixo pneumático?

A Festo descreve um arranjo de posicionamento pneumático como uma válvula direcional proporcional combinada com um controlador externo de posição e um encoder de deslocamento, e não como uma válvula atuando sozinha (ficha técnica MPYE da Festo, acessada em 2026). Portanto, a histerese da válvula é um dos fatores do comportamento do eixo, não uma declaração direta da exatidão de posição do carro.

No controle de vazão em malha aberta, a histerese pode fazer um determinado comando produzir velocidades diferentes do cilindro depois da aceleração e da desaceleração. A não linearidade pode fazer incrementos iguais de comando produzirem incrementos desiguais de vazão. O efeito passa então pela vazão da válvula dependente da pressão, resistência da tubulação, volume da câmara, atrito da vedação, força da carga e restrição do escape. O guia de válvulas proporcionais de controle de vazão explica esse caminho pneumático.

Em uma malha fechada, o feedback pode corrigir parte do erro previsível, mas a correção não é gratuita. O controlador precisa de autoridade e largura de banda suficientes sem excitar a complacência pneumática ou o atrito. Perto de uma reversão, a histerese da válvula e a aderência do cilindro podem se combinar em uma região aparente de ausência de resposta mais larga. Aumentar o ganho pode então causar caça em vez de precisão.

O que a especificação da máquina deve dizer? Defina o resultado do eixo separadamente dos limites do componente válvula:

Aceitação do componente	Aceitação do eixo completo
Histerese entrada-saída da válvula sob um teste de bancada nomeado	Erro de posição ou pressão sob carga e movimento reais
Linearidade da válvula em relação a uma linha de referência declarada	Erro de trajetória, overshoot, estabilização e faixa de regime permanente
Repetibilidade da válvula na mesma direção	Repetibilidade bidirecional do eixo em posições declaradas
Faixa de vazão ou pressão nas condições pneumáticas declaradas	Tempo de ciclo com tubulação, conexões, silenciadores e alimentação reais

Em uma aplicação de controle de pressão, distinga também a própria característica de pressão da válvula da complacência do sistema e do consumo a jusante. O guia de reguladores proporcionais de pressão trata desse limite. Para aplicações de movimento, seleção de válvulas proporcionais para controle de precisão apresenta a arquitetura mais ampla.

Fluxo de comparação de fichas técnicas

Um exemplo de SMC ITV separa histerese de 0,5% FS, linearidade de ±1% FS, repetibilidade de ±0,5% FS e sensibilidade de 0,2% FS em linhas distintas (catálogo ITV da SMC, acessado em 2026). Uma comparação consistente preserva esses rótulos e só normaliza medições que realmente compartilham a mesma variável e o mesmo método.

Use esta sequência para cada candidato:

1. Classifique a função. O dispositivo controla pressão, vazão ou as duas portas do cilindro? Não compare a histerese de pressão de um regulador com a característica de vazão de uma válvula direcional.
2. Copie a definição exata. Registre a redação, o símbolo, a desigualdade, a convenção de sinais e as unidades usadas pelo fabricante.
3. Nomeie o denominador. Escreva o valor real de fundo de escala ou span ao lado de cada porcentagem. Se não estiver declarado, marque a linha como incompleta.
4. Identifique a característica. Obtenha a curva medida quando possível. Anote se os dados são ascendentes, descendentes, médios ou de uma única direção.
5. Registre as condições. Inclua alimentação, saída, perda de pressão, gás, temperatura, estado da vazão, sinal e ajustes eletrônicos.
6. Separe valores garantidos e típicos. Uma curva típica não estabelece um limite de aceitação da produção, a menos que o fornecedor assim declare.
7. Converta para a unidade da aplicação. Expresse o limite da válvula em bar, litros por minuto ou outra unidade de saída controlada somente depois de confirmar sua base.
8. Monte um orçamento de erro. Mantenha visíveis os termos da válvula, sensor, controlador, alimentação de ar, mecânica e carga, em vez de somar porcentagens incompatíveis.

Suponha que um regulador seja especificado para uma faixa de saída de 0 a 10 bar e que sua histerese esteja realmente definida como 0,5% dessa faixa de fundo de escala. A contribuição correspondente do limite de catálogo seria 0,05 bar sob o teste declarado. Essa conversão não prevê o erro de pressão da máquina; apenas expressa uma especificação do componente na unidade da aplicação.

O guia de interpretação de curvas de vazão de válvulas é útil quando a saída controlada é vazão, e não pressão. Ele também evita um erro de categoria comum: usar um coeficiente estático ou um único ponto de vazão como se descrevesse toda a característica entrada-saída proporcional.

Como testar histerese e linearidade na máquina?

A ISO 6358-1:2013 define testes de vazão em regime permanente para componentes pneumáticos, e a ISO publicou a Emenda 2 em 2026 para tratar da incerteza de medição (ISO 6358-1; ISO 6358-1:2013/Amd 2:2026). Esses documentos reforçam dois pontos essenciais: estabilizar o estado de teste e relatar um resultado com base de medição defensável.

Um teste prático de componente ou de inspeção de recebimento deve seguir uma sequência escrita:

1. Instale a válvula exata, eletrônica, conexões, tubulação, silenciadores e instrumentos de medição nomeados no plano.
2. Condicione o ar e estabilize a pressão de alimentação, a pressão a jusante, a temperatura e a alimentação elétrica.
3. Aplique a sequência de aquecimento ou pré-condicionamento do fabricante. Registre-a, em vez de presumir que “temperatura ambiente” seja suficiente.
4. Varra o comando para cima em degraus declarados e permaneça em cada nível até que a saída atenda à regra de estabilização.
5. Faça a varredura para baixo usando os mesmos degraus, permanência e método de aquisição.
6. Repita ciclos suficientes para separar repetibilidade de um único loop de histerese. Declare como o máximo relatado é selecionado.
7. Construa a linha de referência acordada e calcule a linearidade a partir da curva ascendente, descendente, média ou outra curva declarada.
8. Salve comando bruto, saída, tempo, pressão, temperatura e dados de configuração junto com o resultado calculado.

O teste da máquina deve copiar uma norma laboratorial de vazão? Não necessariamente. Um teste de aceitação da produção pode medir pressão regulada ou movimento do eixo, e não a vazão intrínseca da válvula. Sua finalidade e seus limites precisam ser explícitos. Use o método de catálogo para conformidade do fornecedor e um teste de aplicação separado para o desempenho do sistema. Não rebatize um como o outro.

A capacidade dos instrumentos pertence ao registro. Se a faixa de aceitação estiver próxima da exatidão do manômetro, do ruído do sinal, da resolução ou do desvio da alimentação, a decisão de aprovação pode refletir a bancada, e não a válvula. Declare o estado de calibração, a faixa, a taxa de amostragem, a filtragem, o limiar de estabilização e a regra de incerteza antes de coletar a primeira curva.

Correções práticas para histerese e não linearidade

A documentação do controlador Type 8605 da Bürkert explica que a frequência PWM afeta a ondulação da corrente da bobina e a resposta da válvula, com ajustes ideais dependentes do tipo de válvula (manual do Type 8605 da Bürkert, acessado em 2026). Isso torna o ajuste de dither ou PWM uma tarefa de comissionamento específica do produto, e não uma cura universal para toda curva de histerese.

Escolha a correção que corresponda às evidências:

• Reduza o atrito mecânico e pneumático: corrija contaminação, vedações danificadas, desalinhamento, carga lateral e lubrificação inadequada de acordo com os manuais da válvula e do atuador.
• Estabilize as condições de operação: regule a pressão de alimentação dinâmica, reduza restrições inesperadas no escape e mantenha a qualidade e a temperatura do gás dentro dos limites do produto selecionado.
• Use ajustes eletrônicos aprovados: aplique o controlador, a frequência PWM, o dither e os limites de corrente do fabricante. Um dither externo pode acrescentar ondulação de saída, ruído, calor ou desgaste se a válvula não tiver sido projetada para isso.
• Calibre uma curva não linear repetível: use uma característica fornecida pelo fabricante ou uma tabela de consulta validada quando a curva for suficientemente estável para ser invertida.
• Mantenha a direção no modelo quando necessário: uma curva de compensação pode não representar os percursos ascendente e descendente. Um mapeamento dependente da direção acrescenta complexidade e ainda precisa de lógica de transição perto da reversão.
• Feche a malha em torno da variável real: meça pressão, vazão ou posição quando o processo exigir essa saída e ajuste dentro dos limites de estabilidade e segurança do eixo.
• Selecione uma válvula mais adequada: a compensação não cria capacidade de vazão, remove atrito instável nem garante desempenho fora da faixa documentada.

Há uma ordem útil: reparar, estabilizar, caracterizar e só então compensar. Se a caracterização vier primeiro, a tabela de consulta pode absorver um silenciador obstruído, um regulador instável ou um atuador desalinhado. Ela parecerá funcionar naquele dia e falhará depois da manutenção. A compensação deve descrever o sistema saudável, não esconder um defeito corrigível.

Se a preocupação principal for capacidade de vazão, e não erro de característica, use o guia de dimensionamento de válvulas pneumáticas de controle de vazão como uma verificação separada. Uma válvula subdimensionada pode ser perfeitamente linear enquanto o eixo ainda não atinge as metas de velocidade e tempo de ciclo.

O que uma RFQ ou um teste de aceitação deve especificar?

A página EV07 da Emerson informa histerese de 0,04 bar, enquanto a documentação ITV da SMC informa 0,5% FS ou menos (página do produto EV07 da Emerson, acessada em 2026; manual ITV da SMC, acessado em 2026). Portanto, uma RFQ precisa solicitar definições e condições, não apenas “baixa histerese”.

Inclua o seguinte pacote comercial e técnico:

• Função da válvula, portabilidade, meio, tamanho nominal, faixa nominal e variável de saída necessária.
• Tipo de entrada, span de entrada, tensão de alimentação, eletrônica, controlador e ajustes permitidos.
• Histerese, linearidade, repetibilidade, sensibilidade e zona morta exigidas como itens separados quando aplicável.
• Unidades e base de normalização para cada limite, incluindo o valor numérico de fundo de escala.
• Método da linha de referência e indicação de qual curva, ascendente, descendente, média ou outra, será avaliada.
• Pressão de alimentação, pressão a jusante ou perda de pressão, temperatura, condições de referência do gás e regra de estabilização.
• Faixa da varredura, tamanho do degrau, taxa, permanência, direção, pré-condicionamento e quantidade de ciclos.
• Faixa do instrumento, exatidão, calibração, amostragem, filtragem e regra de incerteza ou banda de proteção.
• Indicação se o valor é um limite garantido, valor típico, meta da inspeção inicial ou requisito contínuo da máquina.
• Curvas brutas, arquivo de cálculo, identificação da válvula, firmware e relatório de teste exigidos.

Para a máquina completa, acrescente carga útil, orientação, perfil de movimento, disposição de tubos e conexões, pressão de alimentação dinâmica, sensor de feedback, taxa da tarefa do controlador e comportamento do estado seguro. Declare separadamente a aceitação do eixo: erro de rastreamento, repetibilidade, overshoot, estabilização, tempo de ciclo e resposta à perda de energia ou de ar.

Uma tabela de compras com campos em branco é melhor que uma equivalência presumida. Peça a cada proponente que preencha unidades, denominador, método de referência e condições. Qualquer campo vazio continua sendo um desvio técnico aberto. Isso torna a comparação final auditável e impede que a porcentagem aparentemente menor vença com uma base indefinida.

Perguntas frequentes sobre especificações de válvulas proporcionais: o que os engenheiros devem verificar?

A documentação ITV da SMC coloca histerese de 0,5% FS ou menos ao lado de linearidade de ±1% FS e repetibilidade de ±0,5% FS (manual ITV da SMC, acessado em 2026). Estas cinco respostas mostram como manter as métricas separadas e transformar uma linha de catálogo em um requisito de válvula ou máquina testável.

Uma histerese menor é sempre melhor?

Uma histerese menor geralmente ajuda quando o mesmo comando deve produzir uma saída semelhante após mudanças de direção, mas não é o único critério de seleção. O exemplo ITV da SMC especifica separadamente histerese de 0,5% FS e linearidade de ±1% FS. Confirme também capacidade de vazão, faixa, resposta, repetibilidade, condições, segurança e desempenho do eixo completo.

Linearidade e exatidão são a mesma especificação?

Não. Linearidade é o desvio máximo em relação a uma linha de referência declarada, enquanto exatidão compara um resultado com um valor verdadeiro ou alvo definido e inclui fontes de erro adicionais. Uma válvula listada com linearidade de ±1% FS, por si só, não garante exatidão de ±1% de pressão, vazão, velocidade ou posição na máquina montada.

A histerese pode ser somada diretamente à linearidade?

Não sem um modelo de erro declarado. Histerese é a separação de curvas dependente da direção; linearidade é o desvio em relação a uma linha de referência. Os máximos podem ocorrer em comandos diferentes e usar sinais diferentes. Mantenha os dois termos visíveis, converta-os para a mesma unidade de saída quando isso for justificável e verifique o pior percurso operacional exigido com dados medidos.

O dither elimina a histerese de uma válvula proporcional?

Ele pode reduzir efeitos relacionados ao atrito em uma válvula e um acionador compatíveis, mas não é universal. O manual Type 8605 da Bürkert faz o comportamento PWM depender do tipo e da frequência da válvula. Use apenas ajustes aprovados e depois meça novamente histerese, ondulação da saída, temperatura, ruído e estabilidade. Um sinal de dither arbitrário pode trocar um problema por outro.

Que dados devo solicitar quando um catálogo lista apenas uma porcentagem?

Peça a saída medida, a base numérica de fundo de escala, as curvas ascendentes e descendentes, o método da linha de referência, pressões, gás, temperatura, taxa de varredura, permanência, eletrônica, quantidade de repetições e indicação se o limite é garantido ou típico. A notação de 0,5% FS da SMC só é útil quando sua faixa e seu contexto de teste acompanham a porcentagem.

Fontes e referências técnicas

O artigo usa 8 documentos primários de fabricantes ou normas da SMC, Bürkert, Emerson, ISO e Festo. A histerese de 0,5% FS e a linearidade de ±1% FS da SMC servem como comparação trabalhada, não como limites universais de aceitação para outras funções de válvula, faixas de saída ou métodos de teste.

1. Bürkert, visão geral de produtos de válvulas proporcionais, definições de histerese, linearidade, sensibilidade, repetibilidade e condições nominais de vazão de gás.
2. SMC, instruções de segurança e especificações da série ITV, limites específicos de modelo para linearidade, histerese e repetibilidade.
3. SMC, catálogo do regulador eletropneumático ITV, sensibilidade específica do modelo e característica de temperatura junto com outras especificações.
4. Emerson, registro do produto AVENTICS EV07, exemplo de histerese declarada em unidades absolutas de pressão.
5. Bürkert, instruções de operação do Type 8605, frequência PWM dependente da válvula e comportamento do controlador.
6. ISO 6358-1:2013, escopo e estrutura de testes de vazão em regime permanente para componentes pneumáticos.
7. ISO 6358-1:2013/Amd 2:2026, emenda que trata da incerteza de medição.
8. Festo, ficha técnica da válvula direcional proporcional MPYE, limite do sistema de posicionamento pneumático com controlador externo e feedback de deslocamento.