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

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1 A investigação científica no Laboratório Nacional de Metrologia do IPQ e o enquadramento europeu

2 Agenda IPQ e o Sistema Português da Qualidade Missão do Laboratório Nacional de Metrologia Estratégia Projectos europeus de I&D Desafios futuros: Redefinição do SI e outros 2

3 INSTITUT0 PORTUGUÊS DA QUALIDADE IPQ Coordenação do SPQ METROLOGIA Científica Aplicada Legal NORMALIZAÇÃO Organismo Nacional de Normalização Organismos Sectoriais (ONS) QUALIFICAÇÃO Acreditação (IPAC) Laboratórios; Organismos de inspeção Organismos de Certificação Certificação Organizações; Produtos; Pessoas 3

4 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 4

5 Metrologia Científica e Aplicada CMC CMCs and 6 Matrices in the KCDB/CIPM Projetos Cooperação Serviços 2000 Calibrations 9a decorrer Projetos I&D LNM REPRESENTAÇÃO BIPM & EURAMET Comparações Interlaboratoriais Disseminação Científica > 40 Auditorias Comités Técnicos 5

6 Estrutura do LNM Matemáticae Computação Direção GQ Secretariado ACTF AETA AMVP AQME LENGHT, PHOTOMETRY AND TIME/FREQUENCY AREA ELETRICITY, TEMPERATURE AND ACCOUSTICS AREA MASS & REL.QUANTITIES, VOLUME AND LIQUIDS PROPERTIES AMMOUNT OF SUBSTANCE AND ELECTROCHEMISTRY AREA 6

7 Estratégia 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 Pontos fracos Obsolescência de algum equipamento Quadro de trabalhadores diminuto e insuficiente Dificuldade de investimento em novos equipamentos Dificuldade em contratar pessoal 7

8 Estratégia Oportunidades Colaboração com outros NMI Benchmarking com outros NMI Acesso a projetos EMPIR Colaboração com outras entidades nacionais e estrangeiras Ameaças Quadro de pessoal com rigidez da função pública Competição acrescida com laboratórios nacionais Fosso maior em relação a outros NMI Insuficiente reconhecimento por parte da tutela 8

9 Estratégia Objetivos primordiais a curto prazo Estratégia da Metrologia Euramet document Plano de Investimentos Documento enquadrador para cada área metrológica, ouvidos os stakeholders Metrologia eléctrica Saúde Tempo e Frequência. 9

10 Projetos de I&D Europeus EMPIR -EuropeanMetrologyProgramfor Innovation and Research Investigação e desenvolvimento Metrologia fundamental Energia Meio ambiente Saúde Inovação relacionada com as necessidades industriais Atividades de Normalização Capacity buildingdesenvolvimento de recursos humanos e organizacionais 10

11 Projetos de I&D Europeus 11

12 Projetos de I&D Europeus EMPIR European Metrology Programme for Innovation and Research 2014 SRT-i25 Industrial standards in the intermediate pressure-tovacuum range 2014 SRT-r01 Towards the propagation of ac quantum voltage standards SIP-03 InfusionUptake - Standards and e-learning course to maximise the uptake of infusion and calibration best practices IPQ + FCT-UNL IPQ + FCT-UNL IPQ 12

13 Projetos de I&D Europeus EMPIR CALL2017 Fundamental Realization of a unified ph scale IPQ Normative Research Potential Advancing measurement uncertainty comprehensive examples for key international standards Establishing traceability for liquid density measurement A digital traceability chain for ac voltage and current IPQ LNEC IPQ Impedance calibration laboratory based on digital impedance bridges Industry Metrology for the factory of the future IPQ INESC 13

14 European Metrology Networks 14

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 A, Desafios futuros na metrologia 15

16 Okilogramaaindaé definidoporum artefacto, oumedidamaterializada o protótipo internacional do kilograma(pik) Pode ser destruído ou danificado De facto, tem umaderivamédiade cca 0.025mg em100 anos, mas nãoháforma de saberse foio PIK que perdeuouos outros que ganharam massa Cca 0.03 mg instabilidade durante um mês após limpeza Estes problemasinfluenciamtambémas definições(e estabilidade) do ampere, mole e candela Desafios futuros - SI 16

17 Mass Desafios futuros - SI U I = m g v U 2 / R = m g v EJ EHQ m = U R 2 1 gv = n 2 f i 2 h 4 1 gv h = ( e) cai 2R 2 M uα N A 17

18 Desafios futuros - SI 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 ufaz-se à temperatura do ponto triplo da água, T tp, e a outra temperatura, T x, determinando-se o rácio de velocidades. Acoustic Gas Thermometry (acoustic chamber) NIST (USA) Se γ e Msão conhecidos com exatidão, pode determinar-se o produto RTe extrair daí o valor de R e o valor da constante de Boltzmann, k, no ponto triplo da água /5 18

19 Johnson-noise thermometry Desafios futuros - SI 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. V 2 = 4kTR f 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. Osresultadossãoúteistantopara escalasde temperatura comopara o desenvolvimentode 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 comoas suaspropriedadestermo-ópticas istoé, a forma comovariaçõesde temperaturaalteram a velocidadeda luz nummeio. Emvezde medirum sinaleléctrico, como numa SPRT, os photonic thermometers detectam alterações na frequência da luz, que podem ser medidas com grande exactidão. 19

20 Desafios futuros - SI Efeito Josephson (2e/h) Efeito túnel de eletrão simples (e) h 2 h 2 Resistência Hall quântica (h/e 2 ) Nívelde exatidãode 10-9 Triângulo quântico (grandezas vs. experiências) 20

21 Timestampings Desafios futuros na metrologia Transações electrónicas Rastreabilidade para o sector financeiro Problemas de âmbito judicial Problemas de âmbito forense 21 21

22 Desafios futuros na metrologia Interoperabilidade Soluções tecnológicas inovadoras Big data Problemas de segurança Climate smart agriculture Smart factories Smart health Smart transportation Smart cities Fonte: IDC Analyze the Future 22

23 Áreas laboratoriais no LNM Obrigado pela vossa atenção. João Alves e Sousa IPQ 23