o sistema nacional de metrologia o novo sistema ... · metrologia aplicada laboratórios nacionais...

Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia

O Sistema Nacional de Metrologia O Novo Sistema Internacional de Unidades Eduarda Filipe Directora do Departamento de Metrologia do IPQ 11 de março de 2015


“Se não receio o erro, é só porque estou sempre pronto a corrigi-lo"

Bento Jesus Caraça

Matemático 1901-1948

2


Sumário

1. IPQ e SPQ

2. Sistema Nacional de Metrologia

3. Projetos europeus

4. SI - Sistema Internacional de Unidades

3

Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia 4

IPQ

“Abordagem Nacional aos Assuntos da Qualidade”


O Instituto Português da Qualidade

• Instituto Público tutelado pelo Ministério da Economia

• Criado em 12 de julho de 1986

• 105 colaboradores

• Coordena o Sistema Português da Qualidade (SPQ) e outros sistemas de qualificação regulamentar

• Promove e coordena atividades que visem contribuir para demonstrar a credibilidade da ação dos agentes económicos

• Organismo Nacional de Normalização

• Instituição Nacional de Metrologia

Decreto-Lei 71/2012, de 21 de março, alterado pelo Decreto-Lei n.º 80/2014, de 15 de maio

5


Sistema Português da Qualidade

Conjunto integrado de entidades e organizações interrelacionadas e interatuantes que, seguindo princípios, regras e procedimentos aceites internacionalmente, congrega esforços para a dinamização da QUALIDADE em Portugal

6


Sistema Português da Qualidade

Subsistema da Metrologia garante o rigor e a exatidão das medições, assegurando a sua comparabilidade e rastreabilidade, a nível nacional e internacional, e a realização, manutenção e desenvolvimento dos padrões das unidades de medida

Subsistema da Normalização enquadra as atividades de elaboração de normas e outros documentos de caráter normativo de âmbito nacional, europeu e internacional

Subsistema da Qualificação enquadra as atividades da acreditação, da certificação e outras de reconhecimento de competências e de avaliação da conformidade, no âmbito do SPQ

7


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 • Organizações; Produtos; Pessoas

8


A METROLOGIA é a ciência da medição e suas aplicações

Inclui as unidades de medida, os seus padrões e os instrumentos de medição, bem como todas as questões teóricas e práticas relacionadas com as medições

3 vertentes principais na metrologia

científica legal aplicada

9


Sistema Nacional de Metrologia

10

IPQ Instituição Nacional de

Metrologia

Metrologia Científica

LNM IPQ – LNM DI IST/CTN- LMRI

Metrologia Aplicada

Laboratórios Nacionais 61 Laboratórios de calibração acreditados (em 19 domínios) IPAC - ISO/IEC 17025:2005

Metrologia legal

1 IPQ 5 Direções Regionais de

Metrologia 2 Regiões Autónomas 108 SMM & SCM 54 OVM 516 R&I de IM 2 Organismos notificados

(MID)

Total 688


Missão

Assegurar o rigor e a rastreabilidade das medições no território nacional, concretizando o objetivo Constitucional de soberania no domínio dos padrões de medida e do controlo dos instrumentos de medição necessários à indústria e à sociedade portuguesa em geral

11


SI Padrões

das unidades

BIPM

Padrões Nacionais

LNM

Padrões de referência

Laboratórios Acreditados

Padrões Industriais– Empresas

Medições correntes– Utilizadores finais

SPQ

Normalização

Científica

Aplicada

Legal

Cadeia de rastreabilidade nacional

12

Metrologia

Qualificação


Visão

Ser um suporte da competitividade nacional e do bem estar dos cidadãos, por via de uma infraestrutura metrológica tecnologicamente evoluída

Ser a Entidade Nacional de Referência na rede metrológica europeia em construção, contribuindo, assim, para a liderança da Europa no quadro da economia mundial

13


A METROLOGIA é a ciência da medição

Ciência base para praticamente todas as áreas da atividade humana

• Indústria, energia, meio ambiente, saúde, segurança, comunicações, transportes….

onde são necessárias medições exatas e geradoras de confiança para o utilizador

14



• Essencial à investigação fundamental na procura de medições de elevada exatidão e pequena incerteza

Enquanto ciência, cria novas e melhores capacidades de medição

O desenvolvimento das capacidades de medição facilita o progresso científico

15



• É na inovação que a metrologia e a rede de Laboratórios Nacionais de Metrologia (LNM) se destacam

• Os LNM cooperam com as Universidades, os Centros de Saber e a Indústria

• A função principal dos LNM é fornecer rastreabilidade aos padrões de medição e por isso são "construtores de confiança" para todas as áreas na sociedade e na indústria, onde a medição é a base para a tomada de decisões

• Os LNM divulgam os resultados da sua investigação que é frequentemente utilizada pela indústria

16


Metrologia Científica

Metrology

Convenção do Metro (1875)

Metrologia Legal

Organização Internacional de Metrologia Legal (1951)

BIPM, Sèvres, France

www.bipm.org

BIML, Paris, France

www.oiml.org

Boas Práticas de Laboratório

Organização para a Cooperação e o Desenvolvimento Económico (1961)

OECD, Paris, France

www.oecd.org

Enquadramento Internacional

17

http://www.bipm.org/

http://www.oiml.org/

http://www.oecd.org/


Enquadramento Regional

WELMEC – Metrologia Legal Europeia 37 estados-membros

18

BPL – Boas Práticas de Laboratório

EURAMET - Associação Europeia dos Laboratórios Nacionais de Metrologia 38 estados -membros


Organização da metrologia nacional

• O IPQ é signatário da Convenção do Metro desde 1875

• O IPQ é signatário da OIML desde 1984

• O IPQ é membro da OCDE desde 1961

• O IPQ é membro da EURAMET desde 1987

• O IPQ é membro da WELMEC desde 1990

• O IPQ coordena os padrões nacionais

• O IPQ é responsável pelo controlo metrológico nacional

• O IPQ é a Autoridade Nacional de Monitorização para as BPL dos produtos químicos desde 2000

19


ÁREAS DE ATIVIDADE

Realizar os padrões nacionais das unidades de medida

Comparações internacionais

Projetos I&D&I EMRP e EMPIR

Qualificar e acompanhar entidades

Elaborar legislação metrológica

Formação

Aprovar modelos de IM

Rastreabilidade aos padrões de referência dos laboratórios acreditados - calibrações, ensaios de CM e produção e certificação materiais de

referência

Promover e realizar comparações nacionais

Gestão da Qualidade ISO 9001 e 17025

Representação Internacional Cooperação

Preservação do espólio metrológico

BPL (OCDE), Divulgação científica, Auditorias…

IPQ-METROLOGIA

20


A METROLOGIA DO IPQ EM NÚMEROS - 2014

39 regulamentos de controlo metrológico atualizados para diferentes tipos de instrumentos de medição, segundo a legislação europeia e internacional

Um laboratório moderno com 56 domínios metrológicos diferentes

688 entidades públicas e privadas qualificadas para exercerem o controlo metrológico

Um sistema autossustentável

21


Organização e Estrutura

22

OVM

Organismos de

verificação

metrológica

ÁREAS DE OPERAÇÃO

(25)

CONTADORES DE ÁGUA 4

CONTADORES DE GÁS 1

CONTADORES ELECTRICOS 3

CONTADORES E CONJUNTOS DE MEDIÇÃO E ABASTECIMENTO DE COMBUSTÍVEL 5

SONÓMETROS 1

MÁQUINAS ENSAIOS MECÂNICOS 1

PARCÓMETROS 2

MÁQUINAS PLANIMÉTRICAS 2

REFRACTÓMETROS 3

ANALISADORES DE GASES DE ESCAPE 1

INDICADORES AUTOMÁTICOS DE NÍVEL 5

CISTERNAS TRANSPORTADORAS 5

RESERVATÓRIOS DE INSTALAÇÃO FIXA 5

TANQUES DE NAVIOS 1

MANÓMETROS 3

OPACÍMETROS 1

PRÉ-EMBALADOS 3

DIFERENCIADORAS PONDERAIS 1

DOSEADORAS 1

TOTALIZADORES CONTÍNUOS 1

CONTADORES DE TEMPO 1

GARRAFAS RECIPIENTE DE MEDIDA 1

REGISTADORES DE TEMPERATURA 1

CONTA-METROS 1

RADIAÇÕES IONIZANTES 1

TOTAL 54


A METROLOGIA DO IPQ EM NÚMEROS - 2014

3,5 M€ de receitas correntes

688 entidades qualificadas para o controlo metrológico

300 clientes de metrologia aplicada

5 entidades qualificadas BPL

1900 visitantes Museu – escolas

ensino básico

137 CMC na base de dados do BIPM (+ 43 IST/CTN)

150 comparações internacionais

31 técnicos - 25 com grau universitário dos quais 8 são mestres e doutorados

2 200 m2 laboratoriais;

10 000 m2 área coberta

3100 calibrações, preparação e certificação de materiais de referência e controlo metrológico

Inspeção BPL (OCDE) Produtos químicos

Museu - espólio de 3 000 peças e documentos

23


Projetos de I&D&I europeus

Participação Portuguesa 2007

24

Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia 29 Outubro 2009

O Panorama europeu

EURAMET

• 37 LNM europeus

• > 4000 pessoas

• ~2000 pessoas com atividade I&D e orçamento anual superior a 300 M€

• 100 DI

As diferenças …

…organização nacional

Centralizada (só o LNM): Bulgária, Eslováquia …

Distribuído (LNM+DI):

França (10 DI), Eslovénia(6 DI) …

O maior

PTB, Alemanha, 1700 pessoas, grande aposta em I&D


Estratégia europeia

Alocar mais recursos para o desenvolvimento em cooperação em detrimento de desenvolvimento individual para:

• Otimização recursos ao nível europeu

• Aumento de massa crítica

• Ganhos de eficiência

http://www.tungsten-spheres.com/density_model.jpg


Projetos com participação portuguesa (JRP)

27

iMERA implementing metrology research area

2007 Breath analysis as a diagnostic tool for early disease detection, IPQ

Increasing cancer treatment efficacy using 3D brachytherapy”, ITN

EMRP European Metrology Research Programme

2009 ENG05 Lighting “Metrology for Solid State Lighting” (ended)

2010 ENV05 OCEAN “Metrology for ocean salinity and acidity” IND04 MetroMetal “Ionising Radiation Metrology for the Metallurgical Industry”

2011

HLT07 MeDD “Metrology for drug delivery”

SIB05 NewKILO “Developing a practical means of disseminating the new kilogram”

SIB06 BioQuaRT “Biologically weighted quantities in radiotherapy”

SIB10 NOTED “Novel Techniques for Traceable Temperature Dissemination ”


Projetos com participação portuguesa (JRP)

28

EMRP

2012 SIB58 Angles “Angle metrology”

SIB60 Surveying “Metrology for long distance surveying”

IND57 MetroNORM “Metrology for processing materials with high natural radioactivity”

2013 ENG59 NNL “Sensor development and calibration method for inline detection of viscosity and solids content of non-Newtonian fluids”

EMPIR European Metrology Programme for Innovation and Research

2014 SRT-i19 “Metrology for small- and midscale flow devices”

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

SRT-r01 “Towards the propagation of ac quantum voltage standards”

SRT-r02 “Traceable calibration of dynamic weighing instruments”

SRT-r03 “Absorbed dose in water and air”


Projeto no âmbito do 7º programa-quadro

29

NANoREG “A common European Approach to the Regulatory Testing of Nanomaterials”

PToNANO Grant agreement no: 310584


EMRP / EMPIR

EMRP – Terminou em 2013

Sucessor do EMRP

EMPIR Programa Europeu para a Inovação e a Investigação em Metrologia

2014 – 2024

No âmbito do programa-quadro Horizonte 2020

30


EMPIR

Contribui para os objetivos do HORIZONTE 2020

Investigação e desenvolvimento

• Metrologia fundamental

• Energia, meio ambiente e saúde

Inovação relacionada com as necessidades industriais

• Atividades de Normalização

• Capacity building - desenvolvimento de recursos humanos e organizacionais

31


Metrologia Nacional - ESTRATÉGIA E DESAFIOS…

Metrologia Científica • Aumentar a cooperação com centros de investigação

• Maior e mais abrangente participação portuguesa, identificar as áreas de maior relevância e capacidade nacional e beneficiar de maior envolvência das instituições científicas e tecnológicas

Metrologia Legal • Novos domínios? Saúde, ambiente, energia, comunicações, forense, …

• Regulamentação exigindo medições sem rastreabilidade assegurada

• Intensificação da fiscalização e vigilância de mercado

Metrologia Aplicada • As necessidades da indústria estão satisfeitas?

• Concorrência entre metrologia obrigatória e voluntária

• Novas necessidades? Nanotecnologias, química analítica, biotecnologias, novos materiais…

32


Análise SWOT – Metrologia Nacional

33

PONTOS FORTES

• Competência elevada

• Instalação única

• Excelente reconhecimento internacional

• Integração da metrologia científica, aplicada e legal

• Autofinanciamento

OPORTUNIDADES

• Rede Europeia - EMPIR

• Capacidade de I&D

• Cooperação com Universidades e Laboratórios de I&D

PONTOS FRACOS

• Formação longa e in-job

• Custos de manutenção elevados

• Ausência de carreira de investigação

AMEAÇAS

• Falta de reconhecimento / conhecimento das entidades públicas

• Dificuldades no investimento

An

ális

e SW

OT


Alguns Laboratórios do IPQ-LNM

34


SI - Sistema Internacional de unidades Redefinição

35


A metrologia, enquanto ciência da medição, fornece o suporte fiável ao sistema de medições, constituindo uma infra-estrutura tecnológica essencial nas sociedades modernas

A ideia de um sistema coerente e universal de unidades de medida, baseado em grandezas físicas invariantes, é relativamente recente do ponto de vista da história das ciências

Os governos sempre procuraram – essencialmente por motivações de índole fiscal, garantir e manter padrões oficiais de medidas, mas sua capacidade de uniformização dificilmente ultrapassava as fronteiras da região económica que controlava…

36


• Com a consolidação dos estados cedo se colocou a necessidade de uniformização dos padrões

• A intensificação das trocas comerciais obrigou a definição de sistemas de unidades que contivessem múltiplos e submúltiplos da unidade tomada como padrão

37

A criação de sistemas de unidades…


• Os pesos e medidas têm raízes que se confundem com a própria constituição dos estados

38

Peso persa e balança romana



A história metrológica de Portugal é riquíssima:

• Existem padrões e regulamentos metrológicos desde a fundação, com os forais locais

• Primeira lei integradora de um sistema metrológico em todo o território

Lei da Almotaçaria de D. Afonso III em 1253

• Posteriormente, foram efectuadas várias reformas uniformizadoras, em que se destacam

a de D. Manuel I em 1499

e a de D. Sebastião em 1575 ...

39

Breve resenha histórica nacional


1253 - Lei da Almotaçaria

Define: • Unidades legais • Controlo metrológico • A autoridade - almotacé • Padrões de Coimbra – referências

nacionais

Peso de pedra



Côvado,

Sabugal

41



Pesos

Reforma de D. Manuel I

Padrão Nacional

marco-padrão, múltiplos e submúltiplos

1 marco = 229 g

valor próximo do marco de Colónia

42

1499



Alqueire

Reforma D. Sebastião e marca de aferição de Lisboa

43

1575



O sistema métrico

“Jamais algo de maior e mais simples, de maior coerência em todas as suas partes saiu da mão dos homens”

Antoine Laurent de Lavoisier, 1794

44


Triangulação de Delambre e Méchain

Medições do meridiano terrestre entre Dunquerque e Barcelona

1792-1798

O sistema métrico


O sistema métrico

Definição

Metro (do latim metrum, grego metron – significa medida)

Décima milionésima parte do quarto do meridiano terrestre

46


Notas Históricas

Reforma “métrica” de D. João VI (1814)

47


Triangulação de Francisco Ciera (17XX-1814) Quando Ciera iniciou as medições de campo, recorreu a todas as repartições públicas para obter o padrão exato da braça portuguesa de 10 palmos Dada a incerteza e a variedade que encontrou, resolveu compor uma medida, a que chamou Braça Ciera (1 braça = 2,1980 metros) que estivesse em razão finita com alguma conhecida na Europa, tendo utilizado a Toesa da Academia Real das Ciências de Lisboa e considerado 25 toesas equivalentes a 22 braças…

Tenente-Coronel João José de Sousa Cruz, in Revista Militar N.º 2491/2192 -

Agosto/Setembro de 2009

Notas Históricas


Inspector-Geral Joaquim Henriques Fradesso da Silveira

Oficial de Artilharia e Professor da Escola Politécnica

Adopção do Sistema Métrico

Notas Históricas

49

1852


• A criação do Sistema Métrico Decimal no tempo da Revolução Francesa é o primeiro passo no desenvolvimento do actual Sistema Internacional de Unidades.

• Em 1832, Gauss promoveu fortemente a aplicação do Sistema Métrico em conjunto com o segundo definido na astronomia como um sistema coerente de unidades para as ciências físicas.

• Mais tarde, Gauss e Weber estenderam estas medições para incluir os fenómenos eléctricos.

O Sistema Internacional de unidades (SI) – Nota histórica

50


• Com a Convenção do Metro assinada em 20 de Maio de 1875, o CIPM concentrou-se na construção de novos protótipos considerando o metro e o quilograma como as unidades de base do comprimento e da massa.

• Em 1889, a 1ª CGPM sancionou os protótipos internacionais para o metro e o quilograma.

• Em conjunto com o segundo astronómico - Sistema de três unidades mecânicas dimensionais

51



Padrões internacionais do metro e do kilograma de 1892 Portugal recebeu as cópias nº 10

52

A Convenção do Metro



A partir do século XVII, colocou-se a necessidade de se proceder à uniformização dos pesos e medidas a nível europeu.

Reforma métrica (sem a nomenclatura francesa) de D. João VI em 1814

Adopção do Sistema Métrico em 1852

Reorganização da metrologia legal em 1864

Participação na Convenção do Metro em 1875

Criação de uma Inspeção de Pesos e Medidas na DGI em 1923

Criação da IGPAE com uma Repartição de Pesos e Medidas 1948

53



• Criação da DGQ que integrou os serviços da repartição de pesos e medidas da IGPAE em 1977

• Criação do Serviço de Metrologia na DGQ em 1982

• Publicação da nova lei do controlo metrológico em 1983, que revogou disposições centenárias

• Adopção do Sistema Internacional de Unidades - SI em 1984

• Assinatura da Convenção da OIML em 1984

• Transformação da DGQ em IPQ em 1986

54



Criou o BIPM – Bureau Internacional de Pesos e Medidas

Organização intergovernamental que funciona sob a autoridade da CGPM – Conferência Geral de Pesos e Medidas

e a supervisão do CIPM – Comité Internacional de Pesos e Medidas

55


BIPM – Missão e funções

Assegurar a uniformidade das medições e a sua rastreabilidade ao SI

Autoridade para atuar no domínio da metrologia mundial, nomeadamente nos padrões de medição e na equivalência dos padrões nacionais

Laboratório Internacional de Metrologia

Secretariado

BIPM, Pavillon de Breteuil, sediado em Sèvres, França www.bipm.org

56

http://www.bipm.org/


Entre 1887 e 1901 foram criados três Laboratórios Nacionais de Metrologia

o 1887 PTR – Physilalisch-Technische Reichsanstalt, Berlim

o 1900 NPL – National Physical Laboratory, Londres

o 1901 NBS – National Bureau of Standards, Washington

Criação de infraestruturas - Laboratórios Nacionais de Metrologia

em cada país, tendo como objetivos

desenvolvimento, manutenção e disseminação dos padrões

nacionais de medida apropriados às respetivas necessidades

nacionais

NIST

PTB

NPL



CGPM

Reúne periodicamente | normalmente todos os quatro anos

2ª CGPM 1895

Chappuis

Chappuis – Termometria de gas e resistência de platina com Callendar

H. de Macedo

H. de Macedo - Representante Português

58



14 de Outubro de 1999 21ª CGPM

Acordo de Reconhecimento Mútuo (CIPM-MRA)

Reconhecimento e equivalência dos padrões e dos certificados de calibração dos países-membros

desde que

• ….. participem em comparações interlaboratoriais regulares

• ...... e tenham Sistemas da Qualidade segundo as normas internacionais aplicáveis

59

http://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://www.gum.gov.pl/pl/wspolpraca/wspolpraca-miedzynarodowa/bipm/&ei=U6KSVL32NInUaoDpgoAE&bvm=bv.82001339,d.d2s&psig=AFQjCNGb_1SR_FWot_fYn00SB3eYO0uqWQ&ust=1418982353234710


Organização da metrologia científica nacional

• O IPQ é signatário do Acordo de Reconhecimento Mútuo do CIPM (MRA)

• O IPQ é membro da Organização Regional de metrologia EURAMET

• O SNM é distribuído pelo IPQ-LNM e pelo IST/CTN-LMRI

• O LNM e o LMRI têm um Sistema da Qualidade reconhecido internacionalmente segundo a

NP EN ISO/IEC 17025:2005 e o Guia ISO 34

• O IPQ coordena os padrões nacionais

60

http://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://www.gum.gov.pl/pl/wspolpraca/wspolpraca-miedzynarodowa/bipm/&ei=U6KSVL32NInUaoDpgoAE&bvm=bv.82001339,d.d2s&psig=AFQjCNGb_1SR_FWot_fYn00SB3eYO0uqWQ&ust=1418982353234710


1921 – 6ª CGPM

• aumentado o âmbito do BIPM para outros domínios da física

1954 – 10ª CGPM

• introdução do ampere, do kelvin e da candela como

unidades de base para as grandezas corrente eléctrica,

temperatura termodinâmica e intensidade luminosa

61



1960 - 11ª CGPM

• Sistema Internacional de Unidades (SI)

1971 - 14ª CGPM

• adição da mole como unidade de base

para a quantidade de matéria ficando o

sistema com sete unidades de base

O Sistema Internacional de unidades (SI)

62


Importância do Sistema Internacional de Unidades

• A sua utilização é transversal e comum em meios científicos e tecnológicos -

Garantia de coerência ao longo dos anos

• As unidades de base do SI e as unidades derivadas formam um conjunto

coerente não sendo assim necessária a conversão de unidades

• Sendo este o único sistema globalmente reconhecido, permite um diálogo

fácil e harmonizado inter-sociedades em termos de grandezas e unidades



O SI define os nomes, símbolos e definições das unidades, bem

como os prefixos e símbolos dos múltiplos e submúltiplos das

mesmas unidades e contempla ainda recomendações para a

escrita e para a utilização dos símbolos aprovados pela CGPM

64



Adotado em Portugal pelo DL nº427/83,

revisto posteriormente pelos DL n.º 238/94,

n.º 254/2002 e DL n.º 128/2010

como o Sistema Legal de unidades de medida


65


• É um sistema dinâmico que acompanha e reflete as melhores práticas de medição paralelamente ao desenvolvimento técnico-científico

• A definição e a realização de cada unidade de base SI são geralmente modificadas sempre que a ciência metrológica possibilita a sua medição com maior rigor e exatidão

Tem evoluído no sentido de um sistema baseado em artefactos

sistema essencialmente baseado em constantes fundamentais e processos atómicos



Apenas a unidade de massa, o kilograma, é ainda definida em termos de um artefacto

Padrão Nacional da Massa Cópia n.º 69 do Protótipo Internacional Utilizado para a realização da disseminação do kg



Redefinição do SI

• Embora o protótipo internacional tenha servido ciência e a tecnologia desde

1ª CGPM - 1889, tem uma série de limitações importantes a sua massa

não está relacionada com um invariante de natureza a sua estabilidade a

longo prazo não está garantida

• 21ª CGPM – 1999 - Resolução 7 recomenda que os LNM prossigam os seus

esforços para aperfeiçoar as experiências que relacionam a unidade de

massa a constantes fundamentais para a redefinição do quilograma

• Muitos avanços têm sido feitos nos últimos anos, para relacionar a massa do

protótipo internacional com a constante de Planck h métodos que incluem a

Balança de watt

68


• As incertezas de todas as unidades elétricas SI, realizadas

através dos efeitos quânticos de Josephson e Hall, juntamente com os valores SI das constantes Josephson KJ e von Klitzing RK

serão significativamente reduzidas quando

• kg redefinido em função da constante Planck h

• A redefinido em função da carga elementar e

69

Redefinição do SI


SI – Evolução da incerteza relativa em constantes fundamentais

70

1,00E-10

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+00

1929 1969 1973 1986 1998 2002 2006 2010

velocidade da luz no vaziocarga elementarPlanknº de AvogadroBoltzmannGJosephsonvon Klitzing

Dados CODATA


24ª CGPM (2011) - SI

Resolução 1 Comité Consultivo das Unidades

(CCU)

“Sobre a possível futura revisão do SI”

novas definições para as sete unidades de

base do SI, redigidas usando uma formulação

designada

“de constante explícita”

a unidade é definida indirectamente dando

explicitamente um valor exacto a uma

constante fundamental reconhecida

71


Redefinição do SI

• A metrologia baseia-se em padrões universais e imutáveis independentes do tempo e do espaço

• A redefinição do SI, prevista para 2018 - unidades de base do SI definidas através de constantes físicas e atómicas, realizadas através de efeitos quânticos

72

kilograma - constante de Planck h

kelvin - constante de Boltzmann k

ampere - carga elementar e

mole - constante de Avogadro NA


24ª CGPM - SI

Para as sete unidades de base do SI | constantes fundamentais

segundo | frequência da transição hiperfina no estado fundamental do átomo de césio 133 ν(133Cs)hfs é exatamente 9 192 631 770 hertz, Hz

metro | velocidade da luz no vazio é exatamente 299 792 458 metros por segundo, m·s-1

kilograma | constante de Planck h é exatamente 6,626 06X×10-34 joule segundo, J·s

ampere | carga eléctrica elementar e é exatamente 1,602 17X × 10-19 coulomb, C

kelvin | constante de Boltzmann k é exatamente 1,380 65X × 10-23 joule por kelvin, J·K-1

mole | constante de Avogadro NA é exatamente 6,022 14X ×1023 por mole, mol-1

candela | eficácia luminosa de uma radiação monocromática de frequência 540 × 1012 Hz é exatamente 683 lumen por watt, lm·W-1

73


O SI até “outubro de 2011”

74

constantes fundamentais

Desconhecimento da estabilidade kilograma e os efeitos na realização prática das definições


O SI depois de outubro de 2011

Exemplo - definição do kilograma

O kilograma, kg, é a unidade da massa; a sua magnitude é obtida fixando o valor numérico da constante de Planck para ser exatamente igual a 6,626 06X × 10-34 s−1·m2·kg o que é igual a J·s

>> abrir o caminho para a definição da unidade da massa através de duas equações fundamentais da física

E = m · c2 e E = h ·

que relaciona a energia à massa e à frequência e o que leva a

m = h · / c2

75


Redefinição do SI – kilograma


Redefinição do SI – Balança de watt

Potência Elétrica Potência mecânica

Duas Fases

• Realização de uma pesagem

• Determinação de um movimento

77 Balança de Watt - BIPM


Enrolamento alinhado no plano do campo magnético, com simetria radial

m g = I L B

Equilíbrio entre a força

de Lorentz e

gravitacional através

da fixação apropriada

do enrolamento de

corrente

1ª Fase - Pesagem

Redefinição do SI – Balança de watt (www.bipm.org)


2ª Fase - Movimento

O enrolamento é deslocado verticalmente com velocidade constante no mesmo campo magnético radial

U = L B

U I = m g v U = L B

m g = I L B

U 2/ R = m g v

gv

1

4

h

i

fn

gv

1

R

Um

222

Igualdade da Potência

U = h f / 2e Efeito Josephson

R = h / e2 Efeito Hall Quântico

Redefinição do SI – Balança de watt (www.bipm.org)


• Incerteza 10-10

• Aspetos Críticos:

o Manutenção do alinhamento do enrolamento relativamente ao campo magnético

o Elevada estabilidade do valor de campo magnético

pequenas variações de temperatura no magneto supercondutor provocam

alterações significativas no respetivo valor da densidade de fluxo

Redefinição do SI – Balança de watt

O BIPM realiza simultaneamente as duas fases

Redução da Incerteza


Resolução 1 da 25ª CGPM de novembro 2014

• Incentiva os LNM, o BIPM, OIML e instituições universitárias e

outras organizações a prosseguirem os trabalhos na

determinação dos valores das constantes de Planck h, carga

elementar e, de Boltzmann k e d’Avogadro NA e avaliar estes

resultados nos Comités Consultivos do CIPM

• Se os valores obtidos + incertezas associadas + nível de

coerência forem satisfatórios

Redefinição do SI


Esfera de silício Projeto Avogadro NPL

82

Pelo menos 3 experiências usando 2 métodos distintos com incerteza relativa < 50 ppb

e em que pelo menos uma delas tenha

Incerteza relativa < 20 ppb

Redefinição do SI

Resolução 1 da 25ª CGPM de novembro 2014


26ª CGPM de 2018 adotará a resolução para a Redefinição do SI


VIM - Guia ISO/IEC 99 e VIML www.ipq.pt

http://www.ipq.pt/


Muito obrigada!

Eduarda Filipe

[email protected]

85

mailto:[email protected]

o sistema nacional de metrologia o novo sistema ... · metrologia aplicada laboratórios nacionais...

Documents