A investigação científica no Laboratório Nacional de Metrologia do IPQ e o enquadramento europeu. João A. Sousa IPQ

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A investigação científica no Laboratório Nacional

de Metrologia do IPQ e o enquadramento europeu

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Agenda

• IPQ e o Sistema Português da Qualidade

• Missão do Laboratório Nacional de Metrologia

• Estratégia

• Projectos europeus de I&D

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INSTITUT0

PORTUGUÊS

DA QUALIDADE

METROLOGIA

• Científica

• Aplicada

• Legal

NORMALIZAÇÃO

• Organismo Nacional

de Normalização

• Organismos Sectoriais

(ONS)

QUALIFICAÇÃO

Acreditação (IPAC)

•Laboratórios; Organismos de inspeção

•Organismos de Certificação

Certificação

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Missão da Metrologia

• Assegurar a

Exatidão

e a

Rastreabilidade

das medições em território

Nacional, tendo como objetivo a soberania dos Padrões Nacionais de

medida e efetuar o

Controlo Metrológico dos instrumentos de medição

,

de modo a satisfazer as necessidades da indústria nacional e da sociedade

em geral

• Ser o suporte de

competitividade nacional

e o bem-estar dos cidadãos

através de uma infraestrutura metrológica tecnologicamente avançada

• Ser uma

entidade de referência nacional

na rede metrológica europeia em

desenvolvimento, contribuindo para a liderança Europeia no âmbito da

economia mundial

(5)

LNM

CMC Serviços REPRESENTAÇÃO BIPM & EURAMET Disseminação Científica Comités Técnicos Auditorias Comparações Interlaboratoriais Projetos I&D Projetos Cooperação

Metrologia Científica e Aplicada

> 40

≈2000 Calibrations 133 - CMCs and 6 Matrices in the KCDB/CIPM

(6)

Direção

ACTF

AETA

AMVP

AQME

Secretariado

GQ

Matemática e

Computação

Estrutura do LNM

LENGHT, PHOTOMETRY AND TIME/FREQUENCY AREA

ELETRICITY, TEMPERATURE AND ACCOUSTICS AREA

MASS & REL.QUANTITIES, VOLUME AND LIQUIDS PROPERTIES

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Pontos fortes

• Marca LNM – Laboratório Nacional de Metrologia

• Qualidade de alguns equipamentos

• Percepção da qualidade de serviço oferecida ao cliente

• Contactos privilegiados com os pares a nível internacional

Estratégia

Pontos fracos

• Obsolescência de algum equipamento

• Quadro de trabalhadores diminuto e insuficiente

• Dificuldade de investimento em novos equipamentos

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Oportunidades

• Colaboração com outros NMI

• Benchmarking com outros NMI

• Acesso a projetos EMPIR

• Colaboração com outras entidades nacionais e estrangeiras

Estratégia

Ameaças

• Quadro de pessoal com rigidez da função pública

• Competição acrescida com laboratórios nacionais

• Fosso maior em relação a outros NMI

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Objetivos primordiais a curto prazo

• Estratégia da Metrologia 2018-2021

⇒

Euramet document

• Plano de Investimentos

• Documento enquadrador para cada área metrológica, ouvidos os

stakeholders

–

Metrologia eléctrica

–

Saúde

–

Tempo e Frequência

–

….

Estratégia

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EMPIR - European Metrology Program for

Innovation and Research

Projetos de I&D Europeus

Investigação e desenvolvimento

• Metrologia fundamental

• Energia

• Meio ambiente

• Saúde

Inovação relacionada com as

necessidades industriais

• Atividades de Normalização

• Capacity building

-desenvolvimento de recursos

humanos e organizacionais

(11)

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EMPIR – European Metrology Programme for Innovation and Research

2014 SRT-i25 Industrial standards in the intermediate pressure-to-vacuum range

IPQ + FCT-UNL

2014 SRT-r01 Towards the propagation of ac quantum voltage standards

IPQ + FCT-UNL

2015 15SIP-03 InfusionUptake - Standards and e-learning course to maximise the uptake of infusion and calibration best practices

IPQ

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EMPIR – CALL 2017

Fundamental Realization of a unified pH scale IPQ

Normative Advancing measurement uncertainty – comprehensive examples for key international standards

IPQ LNEC

Research Potential

Establishing traceability for liquid density measurement

A digital traceability chain for ac voltage and current

Impedance calibration laboratory based on digital impedance bridges

IPQ

Industry Metrology for the factory of the future IPQ

INESC

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(15)

Domínios com definição da unidade suportada em

constantes universais e em conceitos suportados na

Mecânica Quântica:

• Comprimento (metro);

• Tempo (segundo);

• intensidade luminosa (candela).

Domínios com definição clássica (convencional) da

unidade, pretendendo-se concretizar a sua substituição:

• massa (quilograma):

Constante de Planck

,

• corrente eléctrica (ampere):

Carga elementar

,

• temperatura termodinâmica (kelvin):

Constante de

Boltzmann

,

• quantidade de matéria (mole):

Constante de

Avogadro

(16)

Desafios futuros - SI

• O kilograma ainda é definido por um

artefacto, ou medida materializada – o

protótipo internacional do kilograma (PIK)

• Pode ser destruído ou danificado

• De facto, tem uma deriva média de cca

0.025 mg em 100 anos, mas não há forma

de saber se foi o PIK que perdeu ou os

outros que ganharam massa

• Cca 0.03 mg instabilidade durante um mês

após limpeza

• Estes problemas influenciam também as

definições (e estabilidade) do ampere,

mole e candela

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Desafios futuros - SI

Mass

gv

1

4 h

i

f

n

gv

1 R

U

m

2

2 ⋅

⋅

=

⋅

=

U

2

_{/ R = m g v}

EJ

EHQ

U I = m g v

( )

2 u i

2 e

N

R

M

cA

h

=

α

(18)

Desafios futuros - SI

Acoustic Gas Thermometry

(acoustic chamber) NIST (USA)

O método efetua a medição da velocidade do som, u, num gás (argon ou hélio) relacionando essa grandeza com a temperatura.

γ rácio dos calores específicos,

R constante molar do gas;

A velocidade é obtida num ressoador acústico esférico, estimulado som de uma determinada frequência.

A medição de u faz-se à temperatura do ponto triplo da água, T_tp, e a outra temperatura, T_x, determinando-se o rácio de velocidades.

Se γ e M são conhecidos com exatidão, pode determinar-se o produto RT e extrair daí o valor de R e o valor da constante de Boltzmann, k, no ponto triplo da água.

/

3

2 .

3

(19)

Desafios futuros - SI

Johnson-noise thermometry

Relação entre a temperatura, T, a constante de Boltzmann, k, a tensão eléctrica de

ruído, V, a resistência eléctrica, R, e a banda de frequência,

∆

f.

f

kTR

V

2

=

4 ∆

• Método primário de medição de temperatura baseado nas flutuações de tensão causadas pelo movimento térmico aleatório de electrões, directamente proporcional à temperatura. Quanto maior a amplitude da flutuação de tensão, maior a temperatura: “absolut primary thermometer”.

• Os resultados são úteis tanto para escalas de temperatura como para o desenvolvimento de termómetros fiáveis em ambientes severos. Independente do material usado e da sua geometria.

• Foram desenvolvidos métodos para relacionar a tensão térmica medida directamente com uma

fonte AC Josephson - QVNS

Photonic thermometry

Mede temperatura detectando o seu efeito na luz. A temperatura afecta tanto as dimensões físicas de objectos como as suas propriedades termo-ópticas – isto é, a forma como variações de

temperatura alteram a velocidade da luz num meio. Em vez de medir um sinal eléctrico, como numa SPRT, os photonic thermometers detectam alterações na frequência da luz, que podem ser medidas com grande exactidão.

(20)

Desafios futuros - SI

Nível de exatidão de ≈10-9 Triângulo quântico (grandezas vs. experiências)

Efeito

Josephson

(2e/h)

Resistência

Hall quântica

(h/e

2

₎

Efeito túnel de

eletrão simples

(e)

ℎ

2 ℎ

2

∙

(21)

Timestampings

• Transações electrónicas

• Rastreabilidade para o sector financeiro

• Problemas de âmbito judicial

• Problemas de âmbito forense

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Fonte: IDC Analyze the Future • Interoperabilidade • Soluções tecnológicas inovadoras • Big data • Problemas de segurança

• Climate – smart agriculture

• Smart factories

• Smart health

• Smart transportation

• Smart cities

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