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
Metrologia na Engenharia
Eduarda Filipe|2015-03-11
“Se não receio o erro, é só porque estou sempre pronto
a corrigi-lo"
Bento Jesus Caraça
Matemático
1901-1948
Metrologia na Engenharia
Eduarda Filipe|2015-03-11
2
Sumário
1.
2.
3.
4.
IPQ e SPQ
Sistema Nacional de Metrologia
Projetos europeus
SI - Sistema Internacional de Unidades
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Eduarda Filipe|2015-03-11
3
IPQ
“Abordagem Nacional aos Assuntos da Qualidade”
Metrologia na Engenharia
Eduarda Filipe|2015-03-11
4
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
Metrologia na Engenharia
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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
Metrologia na Engenharia
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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
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7
INSTITUT0
PORTUGUÊS
DA QUALIDADE
NORMALIZAÇÃO
METROLOGIA
•Organismo Nacional
de Normalização
•Organismos Sectoriais
(ONS)
•Científica
•Aplicada
•Legal
QUALIFICAÇÃO
Acreditação (IPAC)
• Laboratórios; Organismos de inspeção
• Organismos de Certificação
Certificação
• Organizações; Produtos; Pessoas
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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
Metrologia na Engenharia
aplicada
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9
Sistema Nacional de Metrologia
IPQ
Instituição Nacional de
Metrologia
Metrologia
Científica
Metrologia
Aplicada
LNM
IPQ – LNM
Laboratórios
Nacionais
DI
IST/CTN- LMRI
61 Laboratórios
de calibração
acreditados
(em 19 domínios)
IPAC - ISO/IEC
17025:2005
Metrologia na Engenharia
Metrologia legal
1
5
IPQ
Direções Regionais de
Metrologia
2
Regiões Autónomas
108 SMM & SCM
54 OVM
516 R&I de IM
2
Organismos notificados
(MID)
Total 688
Eduarda
Filipe|2015-03-11
10
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
Metrologia na Engenharia
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11
Cadeia de rastreabilidade nacional
SI
Padrões
das
unidades
Normalização
BIPM
Científica
Padrões Nacionais
LNM
Metrologia
Aplicada
SPQ
Legal
Padrões de referência
Qualificação
Laboratórios Acreditados
Padrões Industriais– Empresas
Medições correntes– Utilizadores finais
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12
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
Metrologia na Engenharia
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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
Metrologia na Engenharia
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14
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
Metrologia na Engenharia
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15
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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16
Enquadramento Internacional
Metrologia
Científica
Metrology
Metrologia
Legal
Boas Práticas de
Laboratório
Convenção do Metro
(1875)
Organização
Internacional de
Metrologia Legal (1951)
Organização para a
Cooperação e o
Desenvolvimento
Económico (1961)
BIPM, Sèvres, France
BIML, Paris, France
OECD, Paris, France
www.bipm.org
www.oiml.org
www.oecd.org
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Enquadramento Regional
EURAMET - Associação Europeia dos
Laboratórios Nacionais de Metrologia
38 estados -membros
WELMEC – Metrologia Legal Europeia
37 estados-membros
BPL – Boas Práticas de Laboratório
Metrologia na Engenharia
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18
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
Qualificar e acompanhar entidades
Comparações internacionais
Formação
Projetos I&D&I EMRP e EMPIR
Aprovar modelos de IM
Elaborar legislação metrológica
IPQ-METROLOGIA
Rastreabilidade aos padrões de referência dos
laboratórios acreditados - calibrações, ensaios
de CM e produção e certificação materiais de
referência
Promover e realizar comparações nacionais
Metrologia na Engenharia
Gestão da Qualidade ISO 9001 e 17025
Representação Internacional Cooperação
Preservação do espólio metrológico
BPL (OCDE), Divulgação científica, Auditorias…
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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
Metrologia na Engenharia
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21
Organização e Estrutura
CONTADORES DE ÁGUA
CONTADORES DE GÁS
CONTADORES ELECTRICOS
CONTADORES E CONJUNTOS DE MEDIÇÃO E ABASTECIMENTO DE COMBUSTÍVEL
SONÓMETROS
MÁQUINAS ENSAIOS MECÂNICOS
PARCÓMETROS
MÁQUINAS PLANIMÉTRICAS
OVM
REFRACTÓMETROS
DE GASES DE ESCAPE
Organismos de ANALISADORES
INDICADORES AUTOMÁTICOS DE NÍVEL
CISTERNAS TRANSPORTADORAS
verificação
RESERVATÓRIOS DE INSTALAÇÃO FIXA
metrológica
TANQUES DE NAVIOS
MANÓMETROS
ÁREAS DE OPERAÇÃO OPACÍMETROS
PRÉ-EMBALADOS
(25)
DIFERENCIADORAS PONDERAIS
DOSEADORAS
TOTALIZADORES CONTÍNUOS
CONTADORES DE TEMPO
GARRAFAS RECIPIENTE DE MEDIDA
REGISTADORES DE TEMPERATURA
CONTA-METROS
RADIAÇÕES IONIZANTES
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Metrologia na Engenharia
TOTAL
4
1
3
5
1
1
2
2
3
1
5
5
5
1
3
1
3
1
1
1
1
1
1
1
1
22 54
A METROLOGIA DO IPQ EM NÚMEROS - 2014
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
Metrologia na Engenharia
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
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23
Projetos de I&D&I europeus
Participação Portuguesa
2007
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24
O Panorama europeu
EURAMET
As diferenças …
• 37 LNM europeus
…organização nacional
• > 4000 pessoas
• ~2000 pessoas com
atividade I&D e
orçamento anual
superior a 300 M€
Centralizada (só o LNM): Bulgária,
Eslováquia …
Distribuído (LNM+DI):
França (10 DI), Eslovénia(6 DI) …
O maior
• 100 DI
PTB, Alemanha, 1700 pessoas, grande
aposta em I&D
29 Outubro 2009
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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)
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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27
Projetos com participação portuguesa (JRP)
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”
Metrologia na Engenharia
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28
Projeto no âmbito do 7º programa-quadro
NANoREG “A common European Approach to the
Regulatory Testing of Nanomaterials”
PToNANO Grant agreement no: 310584
Metrologia na Engenharia
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29
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
Metrologia na Engenharia
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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
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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…
Metrologia na Engenharia
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32
Análise SWOT
PONTOS FORTES
OPORTUNIDADES
Análise SWOT – Metrologia Nacional
• Competência elevada
• Instalação única
• Excelente reconhecimento
internacional
• Integração da metrologia
científica, aplicada e legal
• Autofinanciamento
PONTOS FRACOS
• Formação longa e in-job
• Custos de manutenção
elevados
• Ausência de carreira de
investigação
Metrologia na Engenharia
• Rede Europeia - EMPIR
• Capacidade de I&D
• Cooperação com
Universidades e Laboratórios
de I&D
AMEAÇAS
• Falta de reconhecimento /
conhecimento das entidades
públicas
• Dificuldades no investimento
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33
Alguns Laboratórios do IPQ-LNM
Metrologia na Engenharia
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34
SI - Sistema Internacional de unidades
Redefinição
Metrologia na Engenharia
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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…
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36
A criação de sistemas de unidades…
• 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
Metrologia na Engenharia
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37
A criação de sistemas de unidades…
•
Os pesos e medidas têm raízes que se confundem com a
própria constituição dos estados
Peso persa e balança romana
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38
Breve resenha histórica nacional
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 ...
Metrologia na Engenharia
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39
A criação de sistemas de unidades…
1253 - Lei da Almotaçaria
Define:
•
•
•
•
Unidades legais
Controlo metrológico
A autoridade - almotacé
Padrões de Coimbra – referências
nacionais
Peso de pedra
Metrologia na Engenharia
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40
A criação de sistemas de unidades…
Côvado,
Sabugal
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41
Breve resenha histórica nacional
1499
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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42
Breve resenha histórica nacional
1575
Alqueire
Reforma D. Sebastião e marca de aferição de Lisboa
Metrologia na Engenharia
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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
Metrologia na Engenharia
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O sistema métrico
Triangulação de
Delambre e Méchain
Medições do
meridiano terrestre
entre Dunquerque e
Barcelona
1792-1798
Metrologia na Engenharia
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O sistema métrico
Definição
Metro (do latim metrum, grego
metron – significa medida)
Décima milionésima parte do
quarto do meridiano terrestre
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46
Notas Históricas
Reforma “métrica” de D. João VI (1814)
Metrologia na Engenharia
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Notas Históricas
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
Metrologia na Engenharia
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48
Notas Históricas
1852
Adopção do
Sistema Métrico
Inspector-Geral
Joaquim Henriques
Fradesso da Silveira
Oficial de Artilharia e
Professor da Escola
Politécnica
Metrologia na Engenharia
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49
O Sistema Internacional de unidades (SI) – Nota histórica
• 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.
Metrologia na Engenharia
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50
O Sistema Internacional de unidades (SI) – Nota histórica
• 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
Metrologia na Engenharia
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51
A Convenção do Metro
Padrões internacionais do metro e do kilograma de 1892
Portugal recebeu as cópias nº 10
Metrologia na Engenharia
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52
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
Metrologia na Engenharia
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53
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
Metrologia na Engenharia
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54
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
Metrologia na Engenharia
Eduarda Filipe|2015-03-11
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
Metrologia na Engenharia
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A Convenção do Metro
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
Entre 1887 e 1901 foram criados três Laboratórios Nacionais de
Metrologia
PTB
o 1887  PTR – Physilalisch-Technische Reichsanstalt, Berlim
o 1900  NPL – National Physical Laboratory, Londres
NPL
o 1901  NBS – National Bureau of Standards, Washington
Metrologia na Engenharia
NIST
Eduarda Filipe|2015-03-11
57
CGPM
Reúne periodicamente | normalmente todos os quatro anos
2ª CGPM
1895
Chappuis
H. de Macedo
Chappuis – Termometria de gas e resistência de
platina com Callendar
Metrologia na Engenharia
H. de Macedo - Representante
Português
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58
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
Metrologia na Engenharia
Eduarda Filipe|2015-03-11
59
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
Metrologia na Engenharia
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60
O Sistema Internacional de unidades (SI) – Nota histórica
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
Metrologia na Engenharia
Eduarda Filipe|2015-03-11
61
O Sistema Internacional de unidades (SI)
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
Metrologia na Engenharia
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O Sistema Internacional de unidades (SI)
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
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O Sistema Internacional de unidades (SI)
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)
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
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O Sistema Internacional de unidades (SI)
• É um sistema dinâmico que acompanha e reflete as melhores
práticas de medição paralelamente ao desenvolvimento técnicocientífico
• 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
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O Sistema Internacional de unidades (SI)
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
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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
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Redefinição do SI
• 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
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SI – Evolução da incerteza relativa em constantes fundamentais
1,00E+00
velocidade da luz no vazio
carga elementar
Plank
nº de Avogadro
Boltzmann
G
Josephson
von Klitzing
1,00E-01
1,00E-02
1,00E-03
Dados
CODATA
1,00E-04
1,00E-05
1,00E-06
1,00E-07
1,00E-08
1,00E-09
1,00E-10
1929
1969
1973
1986
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1998
2002
2006
2010
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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
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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
 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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O SI até “outubro de 2011”
constantes fundamentais
Desconhecimento da estabilidade
kilograma e os efeitos na
realização prática das definições
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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 · / c 2
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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
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Balança
de Watt - BIPM
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Redefinição do SI – Balança de watt (www.bipm.org)
1ª Fase Pesagem
Equilíbrio entre a força
de Lorentz e
gravitacional através
da fixação apropriada
do enrolamento de
corrente
Enrolamento alinhado no plano do campo magnético,
com simetria radial
mg=ILB
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Redefinição do SI – Balança de watt (www.bipm.org)
2ª Fase - Movimento
mg=ILB
U=LB
Igualdade da Potência
UI=mgv
U 2/ R = m g v
U = h f / 2e  Efeito Josephson
R = h / e2  Efeito Hall Quântico
U 2 1 n2 f 2 h 1
m


 
R gv
i
4 gv
O enrolamento é deslocado verticalmente com
velocidade constante  no mesmo campo
magnético radial
U=LB
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Redefinição do SI – Balança de watt
• 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
O BIPM realiza simultaneamente as duas fases 
Redução da Incerteza
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Redefinição do SI
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
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Redefinição do SI
Resolução 1 da 25ª CGPM de novembro 2014
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
Esfera de silício Projeto Avogadro
NPL
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 26ª CGPM de 2018 adotará a resolução para a Redefinição do SI
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VIM - Guia ISO/IEC 99 e VIML
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www.ipq.pt
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Muito obrigada!
Eduarda Filipe
[email protected]
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