O Sistema Nacional de Metrologia O Novo Sistema ... · Metrologia Aplicada Laboratórios Nacionais...
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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
Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia
“Se não receio o erro, é só porque estou sempre pronto a corrigi-lo"
Bento Jesus Caraça
Matemático 1901-1948
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Sumário
1. IPQ e SPQ
2. Sistema Nacional de Metrologia
3. Projetos europeus
4. SI - Sistema Internacional de Unidades
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IPQ
“Abordagem Nacional aos Assuntos da Qualidade”
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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
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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
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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
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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 • Organizações; Produtos; Pessoas
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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
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Sistema Nacional de Metrologia
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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
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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
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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
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Metrologia
Qualificação
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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
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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
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A METROLOGIA é a ciência da medição
• 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
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A METROLOGIA é a ciência da medição
• 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
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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
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Enquadramento Regional
WELMEC – Metrologia Legal Europeia 37 estados-membros
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BPL – Boas Práticas de Laboratório
EURAMET - Associação Europeia dos Laboratórios Nacionais de Metrologia 38 estados -membros
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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
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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
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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
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Organização e Estrutura
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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
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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
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Projetos de I&D&I europeus
Participação Portuguesa 2007
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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
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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
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Projetos com participação portuguesa (JRP)
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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 ”
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Projetos com participação portuguesa (JRP)
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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”
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Projeto no âmbito do 7º programa-quadro
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NANoREG “A common European Approach to the Regulatory Testing of Nanomaterials”
PToNANO Grant agreement no: 310584
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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
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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
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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…
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Análise SWOT – Metrologia Nacional
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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
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Alguns Laboratórios do IPQ-LNM
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SI - Sistema Internacional de unidades Redefinição
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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…
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• 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
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A criação de sistemas de unidades…
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• Os pesos e medidas têm raízes que se confundem com a própria constituição dos estados
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Peso persa e balança romana
A criação de sistemas de unidades…
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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 ...
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Breve resenha histórica nacional
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1253 - Lei da Almotaçaria
Define: • Unidades legais • Controlo metrológico • A autoridade - almotacé • Padrões de Coimbra – referências
nacionais
Peso de pedra
A criação de sistemas de unidades…
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Côvado,
Sabugal
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A criação de sistemas de unidades…
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Pesos
Reforma de D. Manuel I
Padrão Nacional
marco-padrão, múltiplos e submúltiplos
1 marco = 229 g
valor próximo do marco de Colónia
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1499
Breve resenha histórica nacional
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Alqueire
Reforma D. Sebastião e marca de aferição de Lisboa
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1575
Breve resenha histórica nacional
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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
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Triangulação de Delambre e Méchain
Medições do meridiano terrestre entre Dunquerque e Barcelona
1792-1798
O sistema métrico
Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia
O sistema métrico
Definição
Metro (do latim metrum, grego metron – significa medida)
Décima milionésima parte do quarto do meridiano terrestre
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Notas Históricas
Reforma “métrica” de D. João VI (1814)
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Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia 48
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
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Inspector-Geral Joaquim Henriques Fradesso da Silveira
Oficial de Artilharia e Professor da Escola Politécnica
Adopção do Sistema Métrico
Notas Históricas
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1852
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• 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
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• 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
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O Sistema Internacional de unidades (SI) – Nota histórica
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Padrões internacionais do metro e do kilograma de 1892 Portugal recebeu as cópias nº 10
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A Convenção do Metro
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Breve resenha histórica nacional
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
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Breve resenha histórica nacional
• 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
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A Convenção do Metro
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
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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
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Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia 57
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
A Convenção do Metro
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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
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A Convenção do Metro
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
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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
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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
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O Sistema Internacional de unidades (SI) – Nota histórica
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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)
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Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia 63
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 Sistema Internacional de unidades (SI)
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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
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O Sistema Internacional de unidades (SI)
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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
O Sistema Internacional de unidades (SI)
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Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia 66
• 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
O Sistema Internacional de unidades (SI)
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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
O Sistema Internacional de unidades (SI)
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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
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• 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
Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia
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
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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
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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
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kilograma - constante de Planck h
kelvin - constante de Boltzmann k
ampere - carga elementar e
mole - constante de Avogadro NA
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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
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Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia
O SI até “outubro de 2011”
74
constantes fundamentais
Desconhecimento da estabilidade kilograma e os efeitos na realização prática das definições
Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia
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
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Redefinição do SI – kilograma
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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
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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)
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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)
Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia 80
• 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
Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia 81
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
Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia
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
Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia 83
26ª CGPM de 2018 adotará a resolução para a Redefinição do SI
Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia 84
VIM - Guia ISO/IEC 99 e VIML www.ipq.pt
Eduarda Filipe|2015-03-11 Metrologia na Engenharia
Muito obrigada!
Eduarda Filipe
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