Fizika-Automatika Tanszék. Tömeg mérlegek súlymérés

Átírás

1

2 Tömeg mérlegek súlymérés

3 Története John Wilkins 1668 A víz által kitöltött térfogat alapján határozta meg a tömeg mértékegységét slationlong.pdf Javasolta a decimális mértékek bevezetését is, például tized font, tized uncia, tized láb, stb. 3

4 Története A francia Nemzetgyűlés 1795 legyen a tömeg egysége a méter század része által meghatározott kocka térfogatában elhelyezhető víz mennyisége a fagyásponton "Decret relatif aux poids et aux mesures du 18 germinal an 3 (7 avril 1795) [Decree of 18 Germianl, year III (7 April 1795) regarding weights and measures]". Grandes lois de la Republique. Digitheque de materiaux juridiques et politiques Ezt a mértéket (gramm) nem lehetett kelő stabilitással előállítani a kereskedelem számára 4

5 Története Az elsőként megfogalmazott egységnek ezentúl az ezerszeresét határozták meg: kilogramm χίλιοι=ezer γράμμα=kis súly Ehhez meg kellett fogalmazni a köbdecimétert és a víz legstabilabb hőmérsékletét 5

6 Története Louis Lefèvre-Gineau és Giovanni Fabbroni megállapították, hogy van a víznek egy még stabilabb pontja: +4 C, amelyen maximális a sűrűsége (később pontosabban is kimérték: +3,984 C) Ezért a levéltári kilogrammot (kilogramme des Archives) már ennek figyelembe vételével készítették el Ennek tehát 99,9265%-kal kisebbnek kellett lennie 1795-ben próbaetalont készítettek sárgarézből, majd 1799 december 10- ére négy prototípust öntöttek, ezeket a királyi ékszerész Marc Etienne Janety készítette 6

7 Története A magyar kilogramm etelont eredetileg a párizsi Observatoire számára készítette egy párizsi műszerész. Magyarország számára Nagy Károly vásárolta meg a méterés a kilogramm etalont bicskei csillagvizsgálója számára 1864-ben, amelyet aztán felkínált a Magyar Tudományos Akadémiának. Ezeket 1870-ben Párizsba vitték a pontosság megállapítására. 7

8 Története A 1867-es párizsi világkiállításon tudósok egy csoportja létrehozta a Nemzetközi Méterbizottságot Commission Internationale du Métre 1872 augusztus 8-13 Az új etalonok platina iridium-ötvözetből készültek George Matthey javaslatára. Ez az ú.n alloy 8

9 Története Magyarország, mint az Osztrák Magyar Monarchia része, 1874-ben törvényessé tette a kilogramm használatát. Egy ével később az alapító tagokkal együtt írtuk alá a Nemzetközi Méteregyezményt kilogramm 9

10 Története évi VIII. törvénycikk a métermérték behozataláról 1. A magyar korona országaiban az eddig használt mértékek helyett uj mértékrendszer hozatik be, melynek alapja a méter tizes felosztással és többszörözéssel. 6. A sulymértékre nézve alapmértékül az országos levéltárban őrzött platinakilogramm szolgál, mely évben a magyar kormány és a franczia kormány részéről kiküldött bizottság által a párisi állami levéltárban levő eredeti kilogrammal (kilogramme prototype) egybehasonlittatván, annak részével egyezőnek találtatott. 7. A sulymérték egysége a kilogramm. A kilogramm egy liter lepárolt viz sulya a fagypont felett 4 Celsius foknyi mérsékletnél. 1 kilogramm annyi mint : egy egész, hétezer nyolczszáz ötvenöt tizezredrész bécsi font. 1 kilogramm annyi mint 2: két vámfont. 10

11 Le 7 octobre 1872, désireux de laisser aux membres de la Commission internationale du mètre un témoignage de gratitude pour leurs importants travaux, Adolphe Thiers, président de la République française, donne l'ordre à la Manufacture nationale de porcelaine de Sèvres de décorer un «objet d'art» pour chacun d'entre eux, portant l'inscription : Commission internationale du mètre, Paris 1872, avec le nom et la qualité du destinataire. M. de Jacobi (VNIIM, Saint-Pétersbourg) ; P. von Jolly (Landesamt für Vermessung und Geoinformation Bayern, Munich) ; E. de Krusper (Musée national hongrois, Budapest) ; U. J.-J. Le Verrier (Observatoire de Paris) ; E. Péligot (Famille Savreux, puis offert au BIPM en 1988) ; J. Stas (Salle J. Stas des Laboratoires de chimie de l'université de Bruxelles) ; H. Tresca (Musée du CNAM, Paris) ; 11

12 Tervezése anyag sűrűség térfogat átmérő kg/m³ cm³ mm platina-irídium ,9 platina ,6 39 alpakka ,9 sárgaréz ,3 invar ,9 acél ,2 alumínium ,8 hegyikristály szilícium gömb ,4 12

13 Tervezése Kísérleti öntés a párizsi Műszaki Főiskolán 1874 májusában Henri Tresca, George Matthey, Saint-Claire Deville és Debray Kinematika 13

14 Tervezése 89,75-90,25% platina 9,75-10,24% irídium < 0,1% ruténium < 0,1% vas < 0,15% ródium és palládium < 0,02% arany, réz, ezüst, vagy egyéb fém A ruténium és a vas a gyártóberendezésből származó szennyeződésnek bizonyult Kinematika 14

15 Convention du Mètre La Convention a été signée à Paris en 1875 par dix-sept États. En créant le BIPM et en instituant son mode de fonctionnement, la Convention du Mètre a établi une structure permanente permettant aux États Membres d'avoir une action commune sur toutes les questions se rapportant aux unités de mesure május 20. Ezt az egyezményt 17 tagállam írta alá. Megegyeztek abban, hogy létrehozzák a BIPM hivatalát, megegyeztek a vezetés elveiben, a költségvetés fedezésének módjában és abban, hogyan értelmezzék a tagállamok az egyezményben javasolt mértékegységeket. Az Osztrák Magyar Monarchia részéről: Apponyi Rudolf 15

16 Története 1889 szeptember 24 28: Első Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia évi VI. törvénycikk a méter-mérték behozataláról szóló 1874:VIII. tc. némely határozmányainak módositásáról "A sulynak, illetőleg a tömegnek alapmértékéül szolgál azon hengeralaku test tömege, mely az országos levéltárban őriztetik s 90 sulyegység platina és 10 sulyegység iridium vegyülékéből a Párisban székelő nemzetközi méterbizottság felügyelete alatt készittetett és hasonlittatott össze a nemzetközi méterbizottság helyiségeiben nemzetközi őrizet alatt levő eredeti kilogrammal (kilogramme prototype). Annak tömege: 1 kg mg., azaz 1 kg. és egy milligrammnak ötvenhat ezredrésze." Kinematika 16

17 Története 3. Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia 1901 október 15 Comptes Rendus de la 3 e CGPM (1901) La Conférence déclare : 1.Le kilogramme est l'unité de masse ; il est égal à la masse du prototype international du kilogramme ; 2.Le terme poids désigne une grandeur de la même nature qu'une force ; le poids d'un corps est le produit de la masse de ce corps par l'accélération de la pesanteur ; en particulier, le poids normal d'un corps est le produit de la masse de ce corps par l'accélération normale de la pesanteur ; 3.Le nombre adopté dans le Service international des Poids et Mesures pour la valeur de l'accélération normale de la pesanteur est 980,665 cm/s 2, nombre sanctionné déjà par quelques législations. 1. a kilogramm a tömeg egysége, amely megegyezik a kilogramm nemzetközi prototípusának tömegével 2. A súly kifejezés az erő természetével egyezik, és meghatározható a nehézségi gyorsulás értékével 3. A Súly- és Mértékügyi Szolgálat megállapítása szerint a nehézségi gyorsulás szabványos értéke 980,665 cm/s 17

18 A Mértékügyi Intézet évi V. törvénycikk a mértékekről, ezek használatáról és ellenőrzéséről A mértékügynek a magyar szent korona országainak egész területére kiterjedő egységes műszaki vezetésére Budapesten Magyar Királyi Központi Mértékügyi Intézet állíttatik fel A hordójelző hivatalok működése a területileg illetékes állami mértékhitelesitő hivatalok állandó felügyelete és ellenőrzése alatt áll. Kinematika 18

19 A 16-os számú etalon 19

20 Mérése Mérés vákuummérleggel Hidrosztatikus mérlegelés (perfluorokarbon, vagy víz) Ismert sűrűségű és nedvességtartalmú levegőben Nem lehet érzékeny a mágneses terekre (a platina paramágneses, a sárgaréz diamágneses) A 8000 kg/m 3 sűrűségű etalon korrózióálló acélból készül (Alac) Tisztítása kétszer desztillált vízzel és gőzével Rendkívüli felületi simaságú (a szennyeződések nem rakódhatnak le) 20

21 Mérése a rárakódott szennyeződésektől növekszik a nagysága, az érintkezések, kopás miatt csökken 21

22 Mérése (OIML R 111:2004) pontossági osztályok a legpontosabbtól a legkevésbé pontosig: E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3 és M3 Az E betű jelentése: echelon (lépcső, franciául) 22

23 Mérése Az 1 mg-os etalonok mérési bizonytalansága μg-ban Osztálya Echelon I Echelon II Echelon III típusa E1 E2 F1 F2 M1 pontossága A hitelesítő etalonok pontossági osztálya különbözik a hitelesített mérlegsúlyok pontosságától, illetve a hitelesített mérlegek pontosságától 23

24 Mérése Az 1 g-os etalonok mérési bizonytalansága mg-ban Osztálya Echelon I Echelon II Echelon III típusa E1 E2 F1 F2 M1 6 pontossága 0,01 0,03 0,1 0,3 1 2 A hitelesítő etalonok pontossági osztálya különbözik a hitelesített mérlegsúlyok pontosságától, illetve a hitelesített mérlegek pontosságától 24

25 Mérése Az 1 kg-os etalonok mérési bizonytalansága g-ban Osztálya Echelon I Echelon II Echelon III típusa E1 E2 F1 F2 M1 6 pontossága 0,5 1, A hitelesítő etalonok pontossági osztálya különbözik a hitelesített mérlegsúlyok pontosságától, illetve a hitelesített mérlegek pontosságától 25

26 Mérése Az 5000 kg-os etalonok mérési bizonytalansága g-ban Osztálya Echelon II Echelon III típusa F pontossága A hitelesítő etalonok pontossági osztálya különbözik a hitelesített mérlegsúlyok pontosságától, illetve a hitelesített mérlegek pontosságától Az etalonokat négyszögletes eloszlás szerint értékelik, a mérlegsúlyokat 2-es kiterjesztési tényezővel (a szórás kétszerese) 26

27 Magyar Kereskedelmi Engedélyezési Hivatal d = display increment (felbontóképeség, nem azonos a pontossággal) 27

28 Jövője Avogadro project Az Avogardo-szám alapvető fizikai állandó Tudjuk, hány atom van egy mólnyi Si 28 -ban A rácsállandó az atomfizikai törvények alapján kiszámítható A rácsállandóból és az atomok számából kiszámítható a szabályos gömb térfogata és átmérője (93 mm) A fentiekből a sűrűség is kiszámítható, lehetővé téve a hidrosztatikai mérlegelést 28

29 Jövője Avogadro project A szilíciumot Oroszország szállította A Physikalisch-Technische Bundesanstalt végezte az ionszeparációt és az egykristály növesztést Az ausztrál Optikai Kutatóintézet végezte a sima felületű gömb formálását A felületre rakódott szennyeződések: SiO és SiO 2 A gömbtől való eltérés kisebb, mint 35 nm (kisebb, mint a fény hullámhossza) Az egykristály rácsállandója pontatlan, ha nem csak a 28- as izotópból áll a kilogramm etalon 29

30 Jövője Ionszámlálási projekt Egyszeresen ionizált arany 197 Au, vagy bizmut 209 Bi áramlásának mérése (elektromos áram) Ehhez szükséges az elemi töltés nagyságának természeti állandóként való meghatározása Ioncsapdában rögzített tömeg megmérése Ehhez ismert az Avogadro-szám 30