Báo cáo tham luận ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA VIỆC ĐỊNH NGHĨA LẠI ĐƠN VỊ CƠ BẢN SI ĐẾN LIÊN KẾT CHUẨN CỦA QUATEST3

Báo cáo tham luận ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA VIỆC ĐỊNH NGHĨA LẠI ĐƠN VỊ CƠ BẢN SI ĐẾN LIÊN KẾT CHUẨN CỦA QUATEST3 Người trình bày: Nguyễn Anh Triết Trung tâm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh 11/05/2018 Nội dung Tổng quan việc sửa đổi định nghĩa đơn vị SI - Thực trạng - Tư mục đích thay đổi - Định nghĩa 04 SI (dự kiến) Tác động việc định nghĩa lại SI hệ thống đo lường Kết luận Tài liệu tham khảo - Trang website thức Văn phịng Cân đo quốc tế BIPM https://www.bipm.org/en/measurement-units/rev-si/ Tổng quan - Hệ SI bắt đầu với hệ MKS với chuẩn kích thước người dựa mà thời điểm xem bất biến như: vòng quay trái đất, kích thước trái đất, khối lượng bắt nguồn từ lượng nước định - Cùng với tiến khoa học công nghệ chứng minh bất biến khơng thực bất biến Vì chuẩn đơn vị đo cần thay định nghĩa khác - Các viện đo lường quốc gia (NMI), Viện Cân đo Quốc tế (BIPM) nỗ lực nhiều thập kỷ qua để thúc đẩy hệ đơn vị đo Quốc tế (SI) cho đơn vị SI xác định theo biến đổi tự nhiên, số vật lý thuộc tính nguyên tử - Thực trạng hệ SI sau: Thực trạng hệ SI + Kilôgam xác định theo vật liệu nguyên liệu, nguyên mẫu quốc tế kilôgam (cuộc họp CGPM, 1889, họp thứ CGPM, 1901)  Sự ổn định lâu dài chuẩn kg không đảm bảo + Ampere dịng khơng đổi, trì hai dây dẫn song song có chiều dài vô hạn, đặt cách m chân không, tạo dây dẫn lực 2x10–7 N mét dài + Mol lượng chất hệ thống chứa nhiều thực thể có nguyên tử 0,012 kg carbon 12  Ampere Mol phụ thuộc vào kilôgam + Kelvin định nghĩa mặt tính chất bên nước  Phụ thuộc vào độ tinh khiết thành phần đồng vị nước Thực trạng hệ SI + Giây định nghĩa cách lấy giá trị số tần số chia tách siêu trạng thái nguyên tử Cesi ΔνCs (133Cs) 192 631 770 Hz + Mét định nghĩa cách lấy giá trị vận tốc ánh sáng chân khơng c 299 792 458 m/s, giây xác định theo ΔνCs + Candela định nghĩa cách lấy giá trị hiệu chiếu sáng Kcd xạ đơn sắc tần số 540×1012 Hz 683 lm/W, mà lm/W = cd sr/W = cd.sr.kg-1.m-2.s3 (cd phụ thuộc vào kg) 04 đơn vị kg, A, K, mol dựa chất nguyên vật liệu mà chưa dựa vào số vật lý, nên cần phải định nghĩa lại - Tư mục đích cần định nghĩa lại kg, K, A, mol Tư mục đích định nghĩa lại kg, K, A, mol + Hệ SI sửa đổi hoàn toàn dựa số tự nhiên để Kilôgam không phụ thuộc vào vật liệu, Kenvin không phụ thuộc vào chất nước, ampere không dựa định nghĩa khó, mol thay đổi thành định nghĩa thực tế Ngồi khơng làm ảnh hưởng đến định nghĩa giây, mét candela + Hệ SI: phải có tính thống tiếp cận tồn giới thương mại quốc tế, sản xuất chế tạo công nghệ cao, an toàn & sức khỏe người , bảo vệ mơi trường, nghiên cứu khí hậu tồn cầu khoa học + Hệ SI cần phải ổn định dài hạn, quán nội thực tế thể dựa mô tả lý thuyết tự nhiên mức độ cao - Quá trình tiến tới SI Quá trình tiến tới SI Việc sửa đổi hệ SI đưa NQ1 họp lần 24 CGPM năm 2011 xác nhận lại vào họp lần 25 CGPM năm 2014 Đến họp lần 26 CGPM vào tháng 05/2018 có định thức hệ SI sửa đổi thức có hiệu lực vào 20/5/2019 Trong đó, đơn vị xác định dựa số vật lý Tần số phân giải siêu tinh tế trạng thái nguyên tử sêsi 133 Δν (133Cs): 192 631 770 Hz, Vận tốc ánh sáng chân không c: 299 792 458 m/s Hằng số Planck h: 6,626 070 15×10-34 J.s Điện tích ngun tố e: 1,602 176 634×10-19 C Hằng số Boltzmann k xác: 1,380 649×10-23 J/K Hằng số Avogadro NA xác: 6,022 140 76×1023 mol -1 Hiệu chiếu sáng Kcd xạ đơn sắc tần số 540×1012 Hz 683 lm/W Định nghĩa kg, A, K, mol (dự kiến) + Kilôgam (kg) đơn vi đo SI khối lượng Nó định nghĩa cách lấy giá trị số số Planck h 6,626 070 15×10-34 J.s, mà J.s = m2 kg s-1 mét giây xác định theo c ΔνCs + Ampere (A) đơn vị đo SI dịng điện Nó định nghĩa cách lấy giá trị số điện tích nguyên tố e 1,602 176 634×10-19 C, mà C = A.s giây xác định theo ΔνCs + Kelvin (K) đơn vi đo SI nhiệt độ nhiệt động lực học Nó định nghĩa cách lấy giá trị số số Boltzmann k 1,380 649×10-23 J/K, mà J/K = m2 kg s-2 K-1, kilogram, mét giây xác định theo h, c ΔνCs; + Mol (mol) đơn vi đo SI lượng chất Một mol chứa xác 6,022 140 76×1023 nguyên tố Đây số giá trị số Avogadro NA + Định nghĩa giây, mét, candela không thay đổi  04 định nghĩa tác động đến đo lường? Tác động đến lĩnh vực đo lường QUATEST3 Đơn vị kilôgam, kg + Kilôgam: xác định PP cân Kibble (Watt) PP Avogdro (tỷ trọng tinh thể tia X) dựa số Planck Giá trị số Planck chọn mà không làm thay đổi đơn vị đo kg thời điểm định nghĩa lại  Mục đích chung cố gắng đạt tới ĐKĐB đo chuẩn tương đối 1,5.10-8 việc thể định nghĩa kilôgam ĐKĐB đo mà viện đo lường cung cấp cho khách hàng không bị ảnh hưởng 10 Tác động đến lĩnh vực đo lường QUATEST3 - Sơ đồ liên kết chuẩn kg NMIs tương lai 11 Tác động đến lĩnh vực đo lường QUATEST3 - Sơ đồ liên kết chuẩn kg QUATEST3 + Theo PP trên, thay đổi ĐKĐB đo chuẩn đến người sử dụng 1kg khoảng 10 µg so với NATIONAL METROLOGY INSTITUTE + QUATEST3 hiệu chuẩn cân kg E2, cấp ĐKĐB đo chuẩn khoảng 250 µg Sự thay đổi khơng đáng kể Do có định nghĩa đời khơng cần phải hiệu chuẩn lại mà gửi hiệu chuẩn định kỳ theo kế hoạch STANDARD WEIGHTS E1 kg, u= 80 µg Mass Comparator Mettler; Sartorius (d=10 μg; μg; 0,1 μg) STANDARD WEIGHTS E2 kg, u=250 µg 12 Tác động đến lĩnh vực đo lường QUATEST3 - Một số chuẩn khối lượng đại lượng liên quan QUATEST3 TT Tên chuẩn 01 Quả cân chuẩn, kg ZWIEBEL E0 Khối lượng 02 Quả cân chuẩn mg- kg SARTORIUS E1 Khối lượng Cân chuẩn Max: 5g-20 kg Khối lượng SARTORIUS/ METTLER d: 0.1 µg-1 mg Thiết bị hiệu chuẩn 100 N-5 kN MOREHOUSE, L-5000 N 0,002% Áp kế piston 0,01% 03 04 Chính xác Lĩnh vực Lực Áp suất PRESSUREMENTS T2500/1 13 Tác động đến lĩnh vực đo lường QUATEST3 Đơn vị ampe, A + Ampe đơn vị đo điện khác xác định mức độ đo lường cao Các đại lượng đo điện hệ SI có thay đổi nhỏ Đối điện áp thay đổi khoảng 0,1 ppm, điện trở thay đổi nhỏ (khoảng 0,02 ppm)  Đối với đa số người sử dụng khơng cần có động thái thay đổi  Các nhà thực nghiệm làm việc mức xác cao cần hiệu giá trị chuẩn nguồn ĐKĐB đo 14 Tác động đến lĩnh vực đo lường QUATEST3 - Sơ đồ liên kết chuẩn Ampe QUATEST3 + QUATEST3 liên kết chuẩn đơn vị A thông qua chuẩn điện áp chuẩn điện trở + Khi định nghĩa lại đơn vị A Điện áp thay đổi khoảng 0,1 ppm, điện trở thay đổi nhỏ (khoảng 0,02 ppm)  Thay đổi nhỏ, không tác động đến việc liên kết chuẩn TTKT3 khách hàng NATIONAL METROLOGY INSTITUTE NATIONAL METROLOGY INSTITUTE DC VOLTAGE REFERENCE FLUKE 7001 1.018 V/ 10 V; U=1.5 ppm DC RESISTOR STANDARD TINSLEY 5685A/ 5685B Ω/ 10 kΩ; U=1 ppm MULTI CALIBRATOR FLUKE 5700 V/10 V; U= 10 ppm DC RESISTOR STANDARD TINSLEY 5685A/ 5685B Ω/ 10 kΩ; U=6 ppm CUSTOMER CUSTOMER V/10 V DC; U= 15 ppm Ω/ 10 kΩ; U=10 ppm 15 Tác động đến lĩnh vực đo lường QUATEST3 - Một số chuẩn điện QUATEST3 TT Tên chuẩn Chính xác/ ĐKĐB đo Lĩnh vực 01 Chuẩn điện áp DC FLUKE 7001 1.018 V/ 10 V U: 1.5 ppm Điện 02 Điện trở chuẩn TINSLEY 5685A/5685B 0,001 Ω-10 Điện kΩ/ (1-5) ppm 03 Chuẩn đo điện đa AGILENT 3458 04 Chuẩn điện đa FLUKE 5700A 71/2 digits Điện 05 Chuẩn điện áp AC FLUKE 5790A 71/2 digits Điện 06 Chuẩn công suất MTE C1-2 0,005% Điện 81/2 digits Điện 16 Tác động đến lĩnh vực đo lường QUATEST3 Đơn vị Kenvin, K Kelvin định nghĩa lại mà không gây ảnh hưởng trực tiếp phép đo nhiệt độ việc truyền chuẩn cho phép đo nhiệt độ - Đối với đa số người sử dụng, việc sửa đổi đơn vị đo Kelvin diễn mà không tạo ý Định nghĩa nhệt độ không phụ thuộc vào vật liệu cơng nghệ xác hơn, đặc biệt việc xác định điểm cực trị nhiệt độ - Sau định nghĩa lại, nhiệt độ Kenvin thể phương pháp chuẩn đo nhiệt độ nhiệt động lực học qua thang đo ITS-90 PLTS2000  Không ảnh hưởng đến việc liên kết chuẩn QUATEST3 Liên kết chuẩn K, QUATEST3 NATIONAL METROLOGY INSTITUTE STD PLATINUM RESISTANCE THERMOMETER (SPRT) (-196 to 660) oC FLUKE 5681; U= mK CUSTOMER (-196 to 660) oC; U=(10-20) mK 17 Tác động đến lĩnh vực đo lường QUATEST3 - Một số chuẩn nhiệt độ QUATEST3 TT Tên chuẩn Chính xác Lĩnh vực 01 0,01 oC ± 0,0001 oC Nhiệt độ 29,7646 oC ± 0,0002 oC Nhiệt độ Chuẩn nhiệt kế điện trở platin -200 oC to 660 oC Nhiệt độ HART SCIENTIFIFC 5681 U: mK Chuẩn nhiệt kế điện trở platin oC to 000 oC HART SCIENTIFIFC 5624 U: (5-12) mK Điểm nước HART SCIENTIFIC 5901 02 Điểm nóng chảy Gallium ISOTECH- 7402B&M-17401 03 04 Nhiệt độ 18 Tác động đến lĩnh vực đo lường QUATEST3 Liên kết chuẩn m, QUATEST3 Đơn vị mét, m Mét tiếp tục định nghĩa theo vận tốc ánh sáng Phép đo kích thước khơng cần sửa đổi tận dụng tính ổn định dài hạn cải tiến hệ thống đơn vị đo TT Tên chuẩn Chính xác 01 Bộ mẫu cấp K (1-100) mm KOBA/ MITUTOYO/ TESA cấp K Bộ mẫu cấp 00 (0.5-1000) mm MITUTOYO cấp Máy đo độ dài vạn (0-1220) mm PRATT & WHITNEY ±(0,05+0,5L/1000 µm) 03 GAGE BLOCKS - GRADE K ISO 3650:1998; (1-100) mm Một số chuẩn độ dài 02 NATIONAL METROLOGY INSTITUTE Gage Block Comparator 25 mm; nm GAGE BLOCKS - GRADE (0,5 - 100) mm 19 Tác động đến lĩnh vực đo lường QUATEST3 Đơn vị giây, s Thời gian: tiếp tục định nghĩa theo tần số chia tách siêu trạng thái nguyên tử Cesi (133Cs) Sơ đồ liên kết chuẩn hồn tồn khơng bị ảnh hưởng Thời gian tần số không bị tác động Liên kết chuẩn s, QUATEST3 NATIONAL METROLOGY INSTITUTE GPS-Rb FREQUENCY STANDARD Một số chuẩn độ dài TT Tên chuẩn Chính xác 01 Chuẩn tần số U: 10-12 MHz;10 MHz; 10-12 FLUKE 910R 02 Máy phát tín hiệu U: 10-10 AGILENT, E8257D 03 Máy đếm tần số/ thời gian Counter/ Timer U: 10-10 (0-6 GHz); U=10-10 AGILENT, 53230A 20 Tác động đến lĩnh vực đo lường QUATEST3 Đơn vị mol Mol định nghĩa lại qua số phần tử (nguyên tử phân tử) khơng cịn phụ thuộc vào khối lượng (kg) Khối lượng nguyên tử không bị ảnh hưởng thay đổi định nghĩa số khối lượng mol Mu g/mol (có độ không đảm bảo đo định) ĐKĐB đo nhỏ việc định nghĩa lại mol khơng địi hỏi thay đổi thực tế Đơn vị candela, cd Candela định nghĩa qua số quang học tiếp tục liên kết với watt Sự truyền chuẩn cho candela thiết lập với ĐKĐB đo cũ phương pháp xạ sử dụng máy dò (detector) hiệu chuẩn phương pháp tuyệt đối 21 Kết luận - Hệ đơn vị SI soát xét vài lần từ sau CGPM năm 1960 Tuy nhiên, việc điều chỉnh đơn vị đo vào thời điểm đòi hỏi hợp tác toàn cầu nhiều lĩnh vực đo lường khác - Việc thay đổi định nghĩa không ảnh hưởng đến sống hàng ngày phép đo xác định đơn vị đo theo định nghĩa cũ ĐKĐB đo định - Người sử dụng đơn vị đo không thuộc phịng thí nghiệm quốc gia gần khơng nhận thấy thay đổi - Sự thay đổi định nghĩa đơn vị SI không nhằm đến đo lường pháp định, thay đổi đáng kể tư phương pháp chuyên gia nghiên cứu đơn vị đo lường 22 Xin cám ơn quý vị ý lắng nghe !!! 23