Le rôle de la gravimétrie en science et dans la vie de tous les jours

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Zeitschrift für Metrologie / Journal de métrologie / Rivista di metrologia / Journal of Metrology
2/2010
Le rôle de la gravimétrie en science
et dans la vie de tous les jours
Labormedizin: Vergleichbare Messresultate
dank Rückverfolgbarkeit
Analyses médicales : Résultats de mesure
comparables grâce à la traçabilité
Balance de watt : Un chemin
vers la nouvelle définition du kilogramme
Impressum
METinfo
Zeitschrift für Metrologie, Vol. 17, 2/2010
Journal de métrologie, Vol. 17, 2/2010
Rivista di metrologia, Vol. 17, 2/2010
Journal of Metrology, Vol. 17, 2/2010
1.09.2010
Herausgeber/Éditeur/Editore/Publisher
Bundesamt für Metrologie METAS
Office fédéral de métrologie METAS
Ufficio federale di metrologia METAS
Federal Office of Metrology METAS
Lindenweg 50, CH-3003 Bern-Wabern
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Die enthaltenen Beiträge müssen nicht notwendigerweise mit der
Auffassung des Eidgenössischen Justiz- und Polizeidepartements (EJPD)
oder des Bundesamts für Metrologie (METAS) übereinstimmen.
Les contributions publiées ne correspondent pas nécessairement à
l’avis du Département fédéral de justice et police (DFJP) ou de l’Office
fédéral de métrologie (METAS).
I contributi pubblicati non corrispondono necessariamente
all’opinione del Dipartimento federale di giustizia e polizia (DFGP)
o a quella dell’Ufficio federale di metrologia (METAS).
The published contributions do not necessarily need to agree in
opinion with either the Federal Department of Justice and Police (FDJP)
or the Federal Office of Metrology (METAS).
Copyright
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Reproduction autorisée avec indication de la source, justificatif souhaité
Riproduzione con indicazione delle fonti ammessa, auspicato un esemplare
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Administration
ISSN 1660-4733
ISSN 1660-6094 (Online-Edition)
08.10 4’500 860235568/2
Auf dem Gebiet der gravimetrischen Messungen trägt das
METAS Wesentliches an internationale Projekten bei. Siehe
den Fachartikel auf Seite 4.
Dans le domaine de la mesure de la gravité, METAS contribue
de manière significative à des projets de portée ­internationale.
Voir l’article spécialisé à la page 4.
Il METAS fornisce contributi significativi ai progetti internazionali nel campo delle misurazioni gravimetriche. Vedasi
l’articolo tecnico a pagina 4.
In the field of gravimetry, METAS contributes in an essential
way to international projects. See technical article on page 4.
Inhalt/Contenu
Gesetzliches Messwesen
02
04
Metrologische Rückverfolgbarkeit in der Labormedizin
Traçabilité métrologique dans l’analyse médicale
Inductance
Réalisation de l’échelle des inductances à METAS
15
21
Gravimétrie
Le rôle de la gravimétrie en science,
en métrologie et dans la vie de tous les jours
10
15
20
Editorial
Labormedizin
Vergleichbare Messresultate
dank Rückverfolgbarkeit
Analyses médicales
Résultats de mesure comparables
grâce à la traçabilité
Ernennungen und Auszeichnung
METAS-Wissenschaftler
sind auch international aktiv
Biocapteurs
Mesure de l’activité d’électrolytes pour la traçabilité
en laboratoire médical
25
Publikation
«METAS-Porträt» erschienen
26
Balance de watt
Un chemin vers la nouvelle définition du kilogramme
30
METAS-Dienstleistungen
Neue und verbesserte Messeinrichtungen
30
Prestations de METAS
Dispositifs de mesure nouveaux ou améliorés
32
Veranstaltungen
Agenda
Watt-Waage des METAS
Balance de watt de METAS
Im METAS entwickelte Maskenmessmaschine
Machine à mesurer des masques développée à METAS
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 1
Editorial
Liebe Leserin, lieber Leser,
Wie immer erfahren Sie mit dem vorliegenden METInfo,
welche Anstrengungen unternommen werden, um zuverlässige
und rückverfolgbare Messwerte auf allen Gebieten zum
Nutzen von Mensch und Umwelt zu erzielen. Auf allen? Sehen
Sie sich den Beitrag auf Seite 15 etwas genauer an. In der Labor­
medizin – und das ist nur ein Beispiel unter anderen aus der
Chemie – wird es akzeptiert, dass Sie unter Umständen drei
verschiedene Angaben weit ausserhalb der erwarteten Mess­
unsicherheit erhalten, wenn Sie drei Messgeräte verschiedener
Hersteller zur Hand nehmen und mit ihnen den gleichen Blutbestandteil messen.
Chère lectrice, cher lecteur,
Comme toujours, cette édition de METinfo vous informe sur
les efforts entrepris pour obtenir des valeurs mesurées fiables
et traçables dans tous les domaines, pour le plus grand bien
de l’être humain comme de l’environnement. Vraiment dans
tous les domaines ? Examinez de plus près l’article de la
page 15. En chimie clinique, et il s’agit là uniquement d’un
exemple parmi tant d’autres du secteur chimique, on accepte
l’obtention potentielle de trois valeurs différentes situées bien
en dehors de l’incertitude de mesure escomptée lorsque trois
appareils de mesure de divers fabricants sont utilisés pour
mesurer le même composant sanguin avec chacun d’eux.
Diese Situation ist etwa mit folgendem Beispiel vergleichbar:
Stellen Sie sich vor, Sie möchten den Tank ihres Autos mit
60 Litern Kraftstoff füllen. Nun müssten Sie wissen, ob Sie
bei Esso, BP, Total oder Shell tanken. Je nachdem müssten sie
für die gewünschten 60 Liter 58, 67, 62 oder 56 Liter tanken.
Nicht vorstellbar!
Cet état de fait peut être comparé à l’exemple suivant : supposez que vous souhaitiez remplir le réservoir de votre véhicule
avec 60 litres de carburant. À présent, selon que vous sou­
haitiez faire le plein chez Esso, BP, Total ou Shell, il faudrait
que vous préleviez 58, 67, 62 ou 56 litres pour les 60 litres
souhaités. Une situation inconcevable !
Zum Glück sind die Nutzer labormedizinischer Analysegeräte
hochgeschulte Ärzte, die mit der Anzeige der Analysegeräte
etwas anzufangen wissen, auch wenn die Wertebereiche nicht
mit jenen übereinstimmen, die sie als junge Medizinstudenten
einmal auswendig lernen mussten.
Heureusement qu’en chimie clinique, les utilisateurs des
appareils d’analyse sont des médecins experts sachant interpréter comme il se doit les résultats de ces appareils, même
lorsque les plages des valeurs ne correspondent pas à celles
apprises par cœur pendant leurs études de médecine.
Für die Tatsache, dass die Rückverfolgbarkeit der Messwerte
auf international abgestimmte Referenzwerte in der Labormedizin noch nicht realisiert ist, gibt es gute Gründe. Es
geht hier nicht darum, den staatlichen Metrologieinstituten,
den Regulatoren oder der Diagnostikgeräteindustrie eine
Schuld zuzuweisen. Dass die fehlende «Traceability» aber
grosse Kosten und Risiken verursacht, ist evident und mit­­
verschiedenen Studien auch nachgewiesen worden. Die
Fragestellung ist von vielen Stellen aufgenommen worden,
und machbar ist bereits heute viel mehr, als in der Praxis
umgesetzt wird. Der Beitrag über «Biocapteurs» auf Seite 26
berichtet über eine Arbeit, die am METAS läuft.
Il y a de bonnes raisons pour expliquer le fait que les valeurs
mesurées ne soient pas encore traçables par rapport à des
valeurs de référence convenues sur le plan international en
chimie clinique. Il ne s’agit pas ici de mettre quiconque en
cause parmi les instituts de métrologie nationaux, les orga­
nismes de régulation ou bien l’industrie des appareils
de ­diagnostic. Mais il est évident que ce manque de « trace­
ability » engendre des coûts et des risques importants, ce que
diverses études ont mis en évidence d’ailleurs. De nombreuses instances s’intéressent à cette question et aujourd’hui
déjà, le domaine du possible dépasse notablement celui de la
pratique. À la page 26, l’article sur les « biocapteurs » fait le
point sur un projet en cours chez METAS.
Ich wünsche Ihnen viel Vergnügen bei der Lektüre.
Je vous souhaite bonne lecture.
2 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
Cara lettrice, caro lettore,
Con il presente numero di METInfo desideriamo aggiornarvi
come di consueto sugli sforzi compiuti in ogni campo per
ottenere misurazioni affidabili e riferibili a vantaggio dell’
uomo e dell’ambiente. In ogni campo? Leggete con maggiore
attenzione l’articolo a pagina 15. In taluni casi la medicina di
laboratorio – tanto per citare uno dei vari esempi forniti dalla
chimica – ammette che si possano ottenere tre diversi dati
ben lontani dalla tolleranza di misurazione prevista; tale
deroga è concessa a patto che si utilizzino tre apparecchi di
misura di costruttori diversi e si misuri lo stesso emocomponente.
La circostanza si può in qualche modo paragonare alla
seguente situazione: immaginiamo che vogliate rifornire il
serbatoio della vostra auto con 60 litri di carburante. A quel
punto dovreste sapere se vi rifornite da Esso, BP, Total o Shell.
In base al fornitore dovreste poi pompare 58, 67, 62 o 56 litri
dei 60 richiesti. Inconcepibile!
Fortunatamente gli utenti di apparecchiature per analisi di
laboratorio sono medici altamente qualificati, in grado di
interpretare in modo corretto i dati visualizzati anche se i
campi di misurazione non coincidono con quelli imparati sui
libri quando erano giovani studenti di medicina.
Esistono valide ragioni che spiegano il motivo per cui, nella
medicina di laboratorio, le misurazioni non sono ancora
­riconducibili a valori di riferimento armonizzati a livello internazionale. Ma pur non volendo imputare alcuna colpa agli
istituti nazionali di metrologia, ai regolatori o ai costruttori di
apparecchiature diagnostiche, non possiamo negare il fatto
che la mancanza di «traceability» generi costi e rischi elevati,
come confermano anche diversi studi al riguardo. La problematica è stata affrontata da più parti e già oggi si potrebbe
fare molto più di quello che in pratica sta avvenendo.
L’articolo sui biosensori a pagina 26 illustra un progetto attualmente in corso al METAS.
Dear Reader,
As always, you can read the current issue of METInfo to
­experience how we are working to facilitate reliable and traceable measurements, in every field, for the benefit of people
and the environment. In every field? Please have a look at the
article on page 15. In laboratory medicine – to name just one
possible example from chemistry – no one is surprised at all
to obtain three different measurement results that are well
outside the expected measurement uncertainty range when
using three measuring devices from different manufacturers
to measure the same blood component.
Here’s a good analogy for this situation: Imagine you want
to fill up your car with 60 litres of fuel. Now you need to
choose whether to fill up at Esso, BP, Total or Shell. ­Depending
on your choice, you might have to buy 58, 67, 62 or 56
litres of fuel to obtain the desired 60 litres. That is simply
­inconceivable!
Fortunately, the highly trained doctors who use laboratory
analysis equipment know how to go about interpreting the
results – even if the value ranges are not the same ones they
memorised as young medical students.
Of course, there are good reasons why it is not yet possible
to realise traceability of measured values to internationally
­co-ordinated reference values in the field of laboratory
medicine. We are not trying to assign any blame here to the
national metrology institutes, the regulators or the diagnostics
equipment industry. Nevertheless, this lack of traceability is
associated with major costs and risks – a fact that has been
verified through various studies. This problem has been
addressed by many authorities, and that which is currently
­feasible already well exceeds the current level of implemen­
tation. The article about biosensors on page 26 offers insight
into the work that is currently underway at METAS.
I hope you will enjoy reading this issue.
Auguro a voi tutti una buona lettura.
Dr. Ulrich Feller
Stellvertretender Direktor / directeur suppléant /
direttore supplente / Deputy Director
Fachartikel
Editorial
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 3
Article spécialisée
Gravimétrie
Le rôle de la gravimétrie en science,
en métrologie et dans la vie de tous les jours
La gravimétrie – étude de l’accélération de la pesanteur g – fait partie de ce que l’on pourrait appeler les
sciences secondaires. Pourtant, elle est de la plus haute importance pour bon nombre de domaines comme
les sciences de la terre et de l’environnement, la géophysique, la géodésie, la métrologie ou la physique des
particules. Les progrès dans ces domaines sont donc intimement liés à l’évolution de la gravimétrie. Au cours
des dix dernières années, METAS s’est fortement impliqué dans le domaine de la gravimétrie afin d’intégrer
celle-ci aux grandeurs métrologiques reconnues et traçables aux grandeurs fondamentales : mètre et seconde.
Cet effort, qui à la base était essentiellement motivé par la nouvelle définition du kilogramme et des expériences physiques qui lui sont associées, a permis à METAS de participer et de contribuer de manière significative à des projets de portée internationale.
Henri Baumann, Sebastien Guillaume, Urs Marti
Les avancées technologiques récentes ont significativement
amélioré la mesure de g. Au cours des trente dernières années,
cela s’est traduit par une amélioration de près de trois ordres
de grandeur [1]. Actuellement la valeur de g peut être déter­
minée avec une incertitude de l’ordre de 1 µGal (1 · 10-8 m/s2)
ce qui a ouvert de nouvelles perspectives dans de nombreux
domaines.
Les mesures de g
La mesure absolue
Les gravimètres absolus permettent la mesure directe de l’intensité du champ de pesanteur. Il existe plusieurs manières de
déterminer la valeur de g comme le pendule simple, le pendule
réversible ou encore le gravimètre à atomes froids [2]. La
méthode la plus répandue à ce jour reste toutefois la détermination de g basée sur la mesure du temps nécessaire à un
mobile pour parcourir une certaine distance en chute libre
dans le champ de pesanteur. Il peut s’agir d’une chute simple
[3] ou d’une chute précédée d’un lancement [4].
Le gravimètre commercial FG5 #209 de METAS est un gravimètre balistique utilisant la chute libre d’un corps dans le
champ de pesanteur pour déterminer g (illustration 1). Le
corps en chute libre est un coin de cube (Corner Cube) dont la
position est mesurée à l’aide d’un interféromètre de type
Michelson. Le faisceau laser (Laser Light) est séparé en deux
faisceaux dont l’un parcourt le bras fixe de l’interféromètre
avant d’être réfléchi par le coin de cube de référence (Internal
Reference Corner Cube). Celui-ci est isolé du bruit sismique
environnemental par un filtre à deux étages constitué d’un
ressort (Main Spring) combiné avec un filtre électromagné­
tique (Servo Coil).
Le second faisceau parcourt le bras de longueur variable et est
réfléchi par le coin de cube en chute libre. Cet élément optique
se trouve dans une enceinte à vide (Vacuum Chamber) de
4 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
façon à s’affranchir de l’erreur systématique engendrée par le
frottement du cube dans l’air. Les deux faisceaux sont ensuite
recombinés pour former le signal d’interférence qui est converti
en un signal électrique par une photodiode (Photo Detector).
Le signal électrique (diagramme 2) est de la forme
U(t) = u0 · cos(2kz(t)) où
2π
λ
1
1
1
z(t) = z0 + v0 t + gt 2 + yv0 t 3 + ygt 4 (1)
2
6
24
avec
k=
U(t) : Signal électrique mesuré;
k : Nombre d’onde;
λ : Longueur d’onde;
g : Accélération de la pesanteur;
z0 : Position initiale;
v0 : Vitesse initiale;
y :Gradient vertical de l’accélération de la pesanteur
(gradient à l’air libre : ~3 (µGal/cm).
En comptant les passages à zéro du signal électrique et en
mesurant les temps entre ceux-ci, l’équation du mouvement
du corps en chute libre (1) peut être reconstruite, et de laquelle
g peut être extrait.
La mesure relative
Les gravimètres relatifs sont des appareils qui ne peuvent
mesurer qu’une différence ou une variation de g. Dans la plupart des gravimètres relatifs, la force de gravité agissant sur
une masse de test est contrebalancée par une force mesurable
de façon à obtenir un équilibre. En général, des ressorts
­élastiques sont utilisés pour produire la contre force nécessaire à l’équilibre.
Depuis près de dix ans, METAS possède un gravimètre relatif
Scintrex CG3M (illustration 3). La force gravitationnelle agissant sur une masse de test (Proof Mass) est contrebalancée
Le principe de cette expérience a été décrit dans de nombreux
articles [6]. Elle se décompose en deux phases qui permettent
de comparer virtuellement la puissance mécanique à la puissance électrique :
Vacuum Chamber
Drag-free Chamber
Drive Motor
Laser Light
Free-falling Corner Cube
Ion Pump
Photo Detector
Interferometer
Support Springs
Main Spring
Servo Coil
Internal Reference
Corner Cube
1 Gravimètre absolu FG5 #209 de METAS.
par une force de ressort (Spring) et une force électrostatique.
La position de la masse de test, qui est mesurée par un capteur
capacitif (Variable Capacitor), est altérée par tout changement
de l’accélération de la pesanteur. Une boucle d’asservissement
(Feedback) permet d’appliquer une tension aux bornes de la
capacité afin de produire une force électrostatique qui permet
de ramener la masse test dans sa position initiale.
D’autres approches sont possibles : comme, par exemple, le gravimètre à cordes vibrantes, qui permet de déterminer la variation
de g sur la base du changement des fréquences propres des
cordes vibrantes auxquelles sont suspendues les masses de test.
Il faut également mentionner le gravimètre supraconducteur
dont l’avantage principal est sa très faible dérive temporelle.
Dans ce type de gravimètre, une sphère en niobium est maintenue en équilibre dans le champ de pesanteur à l’aide d’une force
magnétique générée par deux bobines parcourues par un courant
variable. Une variation de g se traduisant par un changement de
position de la sphère, celle-ci est ramenée dans sa position
initiale en variant le courant qui traverse les bobines [5].
L’évaluation de g dans le cadre de la balance de watt
Actuellement, la définition du kilogramme se base sur le dernier des étalons matérialisés de la métrologie, le Prototype
International du kilogramme, déposé au Bureau International
des Poids et Mesures (BIPM) à Paris (Sèvres). Le but de
l’expérience de la balance de watt est de créer une relation
entre le kilogramme et la constante de Planck h. À l’aide de
cette relation, il sera alors possible d’établir une nouvelle définition du kilogramme basée sur une constante physique et de
s’affranchir des problèmes liés à la définition en vigueur
(voir photo 4 et l’article à la page 21).
Phase statique (mode de pesée)
Durant la phase statique, la force générée par une masse m
plongée dans le champ de pesanteur gravitationnel g est
contrebalancée par une force électromagnétique générée par
une bobine immergée dans un champ magnétique constant B
et parcourue par un courant I.
Phase dynamique (mode d’induction)
Pendant la phase dynamique, la bobine se meut à une vitesse
v dans le champ magnétique B ce qui produit une tension
induite U mesurable aux bornes de la bobine.
En partant de l’hypothèse que lors des deux phases le champ
magnétique ainsi que la forme et la position de la bobine sont
les mêmes, la comparaison de la puissance mécanique avec
la puissance électrique peut s’écrire comme
m · g · v = U · I (2);
U : Tension induite;
I : Courant;
v : Vitesse;
g : Accélération de la pesanteur;
m : Masse.
De toutes les grandeurs qui doivent être mesurées afin de
satisfaire l’équation (2), seule l’accélération de la pesanteur
n’est pas accessible de façon directe. Pour cette raison une
méthode d’évaluation de g à la position de référence de la
masse de test a été développée [7].
Electrical Signal
1.0
0.5
t /s
0
-0.5
-1.0
0
0.05
0.10
λ/2
0.15
0.20
λ/2
Position
2 Signal interférométrique électrique mesuré par la photodiode.
Gravimétrie
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 5
Article spécialisée
Gravimétrie
Vacuum Chamber
Temperature Sensor
Spring
Control Circuit
Proof Mass
Variable Capacitor
A/D Converter
Feedback
Voltage
Tilt Sensors
Gravity Sensor Module with Thermostatically
Controlled Environment
Data Acquisition and
Control Unit with
Microprocessor and
Memory
3 Gravimètre relatif CG3M de METAS.
Méthode d’évaluation
La méthode établie pour l’expérience de METAS est basée
sur une interpolation en trois dimensions s’appuyant sur un
réseau gravimétrique expérimental. La configuration expérimentale, notamment l’enceinte à vide dans laquelle se trouve
la balance de watt, nécessite un certain nombre de précautions. Effective­ment, l’utilisation de techniques d’interpolations pour la description d’un phénomène physique a pour
condition ­implicite la continuité de la fonction à interpoler.
Ceci n’est définitivement pas le cas pour toutes les expériences
qui se trouvent dans une enceinte à vide pour lesquelles il
s’agit d’interpoler dans l’enceinte « au travers » des parois de
celle-ci.
Collaboration internationale
Actuellement, deux nouvelles expériences de balance de watt
sont en cours de construction. La première au BIPM et la
seconde au Laboratoire National d’Essais français (LNE). La
détermination de points de référence gravimétriques absolus
dans les laboratoires respectifs qui accueilleront les balances
est une tâche essentielle pour un bon fonctionnement des
expériences. À cet effet, METAS a effectué deux campagnes de
mesures dans les laboratoires susmentionnés dont les
­résultats sont en parfaite adéquation avec les modèles et les
évaluations préliminaires [8].
L’approche retenue dans le cadre de la balance de watt de
METAS est une méthode régulièrement utilisée en géodésie
appelée «remove-restore». Cette méthode consiste à déterminer l’effet gravitationnel de tous les éléments qui entourent le
point géographique à l’endroit duquel on désire connaître la
valeur de g. Cet effet est retiré de l’ensemble des points de
mesure expérimentaux avant l’interpolation. Une fois la valeur
estimée, l’effet gravitationnel est additionné pour obtenir
finale­ment la vraie valeur de g au point de référence.
Première comparaison clé au BIPM
La comparaison clé ICAG 2009 (International Comparison of
Absolute Gravimeters) finalise en quelque sorte une longue
série de comparaisons qui a commencée au début des années
1980. Suite à l’acquisition de son gravimètre absolu, METAS
s’est fortement impliqué dans la mise en place de comparaisons [9]. Ceci ce traduit par la participation à six comparaisons
régionales et à trois comparaisons internationales ainsi que
par l’organisation, en temps que membre du comité de
direction, de la première comparaison clé selon les règles de
l’arrangement de reconnaissance mutuelle (CIPM MRA).
Cette méthode, qui peut s’appliquer à n’importe quelle
ex­périence physique nécessitant une connaissance précise de
la valeur de la pesanteur, permet de déterminer la valeur de
l’accélération de la pesanteur à la position de la masse de
référence m de la balance de watt de METAS avec une incer­
titude de 5 µGal ce qui satisfait pleinement les exigences
­requises pour l’expérience.
La gravimétrie absolue regroupe deux communautés scientifiques dont l’intérêt pour de telles comparaisons est légèrement
différent : les géophysiciens, qui proviennent essentiellement
du domaine universitaire, et les métrologues, qui proviennent
des laboratoires nationaux de métrologie ou de laboratoires
associés. Du point de vue métrologique, l’intérêt porté à la
mesure de g résulte essentiellement des expériences de la
6 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
g
balance de watt. Dans le cadre de cette application, il est extrêmement important de connaître l’incertitude sur la valeur
absolue de la mesure de l’instrument impliqué dans l’expérience. Une erreur systématique aurait une influence directe
sur la détermination de la constante de Planck.
En géophysique, les gravimètres absolus sont surtout utilisés
pour surveiller des phénomènes géologiques de longues
durées comme l’élévation de chaînes de montagnes ou le
rebond postglaciaire. Pour de telles applications, une erreur
systématique sur les mesures absolues serait certes regret­
table mais n’aurait que peut d’influence sur l’application et
l’interprétation géophysique des résultats de mesure du fait
qu’il s’agit de mesures relatives.
4 Expérience de la balance de watt de METAS. La flèche indique la position de référence, où la valeur de l’accélération de la pesanteur doit être
connue.
Du fait que seul des instituts nationaux de métrologie ou
instituts désignés signataires du CIPM MRA sont autorisés à
participer à une comparaison clé, le projet ICAG 2009 a été
décomposé en deux volets. Une étude pilote (Pilote Study, PS),
à laquelle tous les participants peuvent prendre part, et la comparaison clé proprement dite (Key Comparison, KC), à laquelle
seul les instituts de métrologie peuvent participer.
encore relevés, il y a l’alignement des différents composants
de l’accélérateur selon une parfaite ligne droite. En effet, ces
derniers doivent être alignés avec une précision relative encore
jamais atteinte de 10 micromètres sur 200 mètres. En comparaison, la contrainte d’alignement du LHC était de 0.3 milli­
mètres pour 110 mètres. Afin de pouvoir atteindre un tel niveau
de précision, le géoïde (surface équipotentielle du champ de
pesanteur) connu actuellement avec une incertitude de l’ordre
du centimètre doit pouvoir être déterminé avec une incertitude
relative d’au moins 10 micromètre sur 200 mètres, par rapport
à une ligne droite.
Les résultats préliminaires de cette première comparaison clé
sont représentés dans le diagramme 5. En tenant compte des
incertitudes de mesure, le résultat obtenu à l’aide du gravi­
mètre FG5 #209 de METAS est en accord avec la valeur de
référence de la comparaison.
Deux méthodes de mesures peuvent être envisagées pour
­parvenir à cet objectif : l’astrogéodésie et la gravimétrie. La
combinaison de ces deux méthodes permet de déterminer très
précisément le vecteur de l’accélération de la pesanteur à la
surface terrestre. À cet effet, un réseau gravimétrique de base
a été établi dans l’enceinte du CERN en 2009 à l’aide du
­gravimètre absolu de METAS.
L’accélérateur du futur au CERN (Compact Linear Collider, CLIC)
Malgré le fait que le Large Hadron Collider (LHC) du CERN
n’est qu’au début de son œuvre, les physiciens sont déjà en
train d’imaginer et d’étudier le collisionneur du futur qui
viendra compléter les recherches et les découvertes promises
par le LHC. Actuellement, deux projets d’accélérateurs
électron-positron linéaires sont à l’étude, le premier au CERN
(CLIC ~50 km, 3 TeV) et l’autre à FERMILAB (ILC ~30 km,
500 GeV) aux États-Unis.
Une première station de référence du réseau se situe proche
d’un des sites principaux du CERN, tandis que les deux autres
se trouvent aux endroits du complexe qui présente une différence d’altitude maximale. Ceci, afin d’obtenir des variations
De part ses innovations technologiques, le CLIC est le plus
ambitieux des deux. Parmi les nombreux défis qui doivent être
Déviation par rapport à la valeur de référence /µGall
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
Gravimétrie
Lab 21
Lab 19
Lab 20
Lab 17
Lab 18
Lab 15
Lab 16
Lab 13
Lab 14
Lab 12
NMI 11
NMI 9
NMI 10
NMI 7
NMI 8
NMI 5
NMI 6
NMI 4
NMI 2
METAS
NMI 1
-30
5 Résultats préliminaires de la comparaison clé
ICAG 2009 de gravimètres absolus : les points
représentent la déviation entre la valeur mesurée par les différents participants et la valeur de
référence. Les gravimètres des NMI 1 à NMI 11,
METAS inclus, sont ceux des instituts nationaux de métrologie, qui participaient à la comparaison clé; les gravimètres des lab 12 à lab 21
sont des gravimètres d’instituts universitaires,
qui eux, participaient au projet pilote uniquement.
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 7
Article spécialisée
Gravimétrie
maximales sur les valeurs g, soit à la surface du puits d’accès
au LHC le plus proche du Jura pour l’un et au fond de la caverne
de l’expérience LHCb pour le second.
Surveillance de sites de stockage de déchets radioactifs
Les expériences menées dans le laboratoire souterrain du
Mont Terri ont pour but de récolter des informations sur les
caractéristiques géologiques, hydrogéologiques, géochimiques et géotechniques d’une roche argileuse : les argiles à
Opalinus. Les conditions de recherche exceptionnelles ainsi
que les excellents résultats obtenus au cours des dernières
années ont suscité un intérêt international pour ce projet.
Cela ce traduit par près de 14 expériences actives, opérées par
des organisations provenant de nationalités différentes comme
le Nuclear Waste Management Organization (NWMO) du
Canada, le Gesellschaft für Reaktorforschung und Sicherheit
(GRS) d’Allemagne ou le Japan Atomic Energy Agency (JAEA)
pour le Japon, sans oublier la Société coopérative nationale
pour l’entreposage de déchets radioactifs (NAGRA) en Suisse.
Les caractéristiques des argiles à Opalinus sont d’une grande
importance pour juger la faisabilité et le degré de sûreté d’un
dépôt final pour des déchets radioactifs ou chimiques.
La stabilité géographique d’un tel site est de la plus haute importance et nécessite une surveillance à long terme de préférence
dans un système de coordonnées absolues. À cet effet, L’Office
fédéral de topographie (swisstopo) a construit un réseau géodésique de haute précision qui peut être utilisé pour la détermination absolue de l’élévation du site. Du fait que les mesures de
hauteur peuvent physiquement être reliées à la pesanteur, des
mesures absolues de l’accélération de la pesanteur de haute
précision sont utiles pour l’analyse et l’interprétation des variations de hauteurs. Dans cette optique, des mesures absolues
de g ont été effectuées par METAS en juin 2009 et seront répétées à une cadence encore à définir.
la nouvelle configuration expérimentale avec l’incertitude
requise.
Au niveau international, la prochaine échéance sera la comparaison EURAMET qui devrait avoir lieu à Walferdange en 2011.
La participation à des projets de recherche métrologique,
­soutenus par la Communauté européenne par le biais programmes spécifiques tel que l’European Metrology Research
Programme (EMRP), sera également évaluée.
Références
[1] J. E. Faller: Thirty years of progress in absolute gravimetry:
a scientific capability implemented by technological
advances, Metrologia, 39, 425, 2002.
[2] C. J. Bordé: Interferometry and laser spectroscopy, Laser
Spectroscopie X, World Scientific, pp. 239–45, 1991.
[3] T. M. Nieubauer et al: A new generation of absolute
gravimeters, Metrologia, 32, pp. 159–180, 1995.
[4] G. D’Agostino et al: A method to estimate the time position coordinates of a free-falling test-mass in absolute
gravimetry, Metrologia, 42, pp. 233–238, 2005.
[5] J. M. Goodkind et al: The superconducting gravimeter,
Rev. Sci. Instrum. 70, 4131 (1999).
[6] A. Eichenberger et al: Determination of the Planck
constant by means of a watt balance, Eur. Phys. J. Special
Topics. 172, pp. 363–383, 2009.
[7] H. Baumann et al: Evaluation of the local value of the
Earth gravity field in the context of the new definition of
the kilogram, Metrologia 46, pp. 178–186, 2009.
[8] S. Merlet, G. D’Agostino, H. Baumann: Comparison of
3 absolute gravimeters based on different methods for
the e-Mass project, CPEM 2010.
[9] P. Richard : Comparaison internationale de gravimètres
absolus au BIPM, METinfo, Vol. 9, Nr. 3, pp. 17–18, 2002.
[10] P. Richard, U. Marti : Un nouveau réseau gravimétrique
en Suisse, METinfo, Vol. 12, Nr. 3, pp. 11–16, 2005.
Plusieurs défis dans le futur
La collaboration entre swisstopo et METAS, dont le but est le
maintien du réseau gravimétrique en Suisse [10], va se poursuivre durant les prochaines années. Dans le cadre de cette
collaboration, les 15 stations absolues, qui forment le réseau
de base national et qui sont intégrés dans le réseau gravi­
métrique absolu international, sont mesurées de manière
cyclique au rythme de trois par année.
Une ligne d’étalonnage entre Interlaken et le sommet du Jung­
fraujoch est un projet qui devrait se concrétiser dans un futur
proche en collaboration avec le laboratoire de géodésie et de
géodynamique de l’ETH Zurich. Cette ligne d’étalonnage,
­unique au monde, permettra de couvrir une dynamique de
mesure de plus de 900 mGal et sera extrêmement utile pour
l’étalonnage de gravimètres relatifs.
Dans le cadre du nouveau projet balance de watt de METAS,
plusieurs travaux devront être réévalué afin d’être en mesure
de déterminer la valeur de l’accélération de la pesanteur dans
8 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
Dr. Henri Baumann, Chef de la section
Mécanique, tél. direct +41 31 32 33 243,
[email protected].
Co-auteurs
Sébastien Guillaume, Laboratoire de géodésie
et de géodynamique, ETH Zurich, et CERN,
Genève, [email protected].
Dr. Urs Marti, Développements géodésiques
et mandats, Office fédéral de topographie
swisstopo, tél. direct +41 31 963 23 78,
[email protected].
Die Rolle der Gravimetrie in Wissenschaft, Metrologie und im Alltagsleben
Die Gravimetrie – also die Erforschung
der Schwere g – ist Teil der sogenannten
Sekundärwissenschaften. Dennoch ist sie
für die Umweltwissenschaften, Geo­physik,
Geodäsie, Metrologie und Teilchenphysik
von grösster Bedeutung. Fortschritte auf
diesen Gebieten sind ­d aher eng mit
der Weiterentwicklung der Gravimetrie
verknüpft.
Im Verlauf der letzten zehn Jahre hat
sich das METAS sehr engagiert, um die
­Schwere g in die metrologisch anerkannten Grössen zu integrieren, die auf die
Basiseinheiten Meter und Sekunde rückverfolgbar sind. Dieses Engagement, das
nicht zuletzt durch die Arbeiten zur Neudefinition des Kilogramms und den damit
verbundenen physikalischen Experimenten motiviert war, hat es dem METAS
ermöglicht, an Projekten von internationalem Rang teilzunehmen und dazu ­einen
wesentlichen Beitrag zu leisten.
Experimentell lässt sich das Schwere­feld entweder mit Absolutgravimetern
erschliessen, welche die direkte Messung
der Feldstärke ermöglichen, oder mit ­Hilfe
von Relativgravimetern, mit denen lediglich Differenzen oder Schwankungen
von g erfasst werden können. Seit das
METAS über ein Absolutgravimeter verfügt, nahm es an sechs regionalen und
drei internationalen Messvergleichen teil.
Zudem war das METAS als Mitglied
des Lenkungsausschusses auch an der
Organisation des ersten Schlüssel­
vergleichs (Key comparison) beteiligt, der
entsprechend den im internationalen
­Abkommen zur gegenseitigen Anerkennung der nationalen Referenzmasse sowie
der Kalibrier- und Messmöglichkeiten
(CIPM-MRA) festgelegten Vorschriften
durchgeführt wurde.
Die vorläufigen Ergebnisse dieses ersten
Schlüsselvergleichs können dem Diagramm 5 entnommen werden. Innerhalb
der Messunsicherheit stimmen die mit
dem Gravimeter FG5 #209 des METAS
erzielten Ergebnisse mit dem Referenz­
wert des Vergleichs überein.
Gravimétrie
Il ruolo della gravimetria nella scienza,
nella metrologia e nella vita quotidiana
La gravimetria, lo studio dell’accelerazione di gravità g, fa parte di quelle che
si possono definire scienze secondarie.
Tuttavia, riveste un ruolo di fondamentale
importanza in numerosi campi quali le
scienze della Terra e dell’ambiente, la geofisica, la geodesia, la metrologia o la fisica
delle particelle. I progressi in questi ambiti
sono pertanto strettamente legati agli
­sviluppi della gravimetria.
Nel corso degli ultimi dieci anni METAS
si è impegnata a fondo nel campo della
gravimetria al fine di includer il g tra
le grandezze metrologiche riconosciute e
riferibili alle grandezze fondamentali:
metro e secondo. Tale impegno, inizialmente motivato dalla nuova definizione
di chilogrammo e dagli esperimenti fisici
ad essa associati, ha consentito a METAS
di partecipare e di contribuire in modo
significativo a progetti di portata inter­
nazionale.
L’accesso sperimentale al campo di ­gravità
avviene sia per mezzo di gravimetri assoluti, che consentono la misurazione diretta
dell’intensità del campo gravitazionale,
sia tramite gravimetri relativi che possono
misurare solo differenze o variazioni di g.
A seguito dell’acquisizione del suo gravimetro assoluto METAS ha partecipato a
sei misurazioni comparativi regionali e a
tre misurazioni comparativi ­internazionali,
oltre che all’organizzazione, in qualità di
membro del comitato di direzione, della
prima misurazione comparativa chiave
secondo le regole definite dall’accordo di
mutuo riconoscimento (CIPM MRA).
I risultati preliminari di questa prima
misurazione comparativa chiave sono
rappresentati nel diagramma 5. Tenendo
conto delle incertezze di misurazione, il
risultato ottenuto tramite il gravimetro
FG5 #209 di METAS è conforme al
valore di riferimento della misurazione
comparativa.
The role of gravimetry in science,
metrology and everyday life
Gravimetry – the study of gravitational
acceleration g – forms part of what could
be termed the minor sciences. Yet in a
wide range of fields, such as earth and
environmental sciences, geophysics, geo­
desy, metrology and particle physics, it is
of primary importance. Progress made in
these fields is, therefore, intrinsically linked
to the evolution of gravimetry.
Over the past decade, METAS has been
closely involved in the field of gravimetry
in order to incorporate the gravity g into
the system of recognised metrological
quantities traceable to the base units
metre and second. This endeavour, motivated in essence by the search for a new
definition of the kilogram and the asso­
ciated physics experiments, has enabled
METAS to participate in and significantly
contribute towards projects on an inter­
national scale.
Experimental methods of measuring the
gravitational field use either absolute
gravimeters, which enable the strength of
the gravitational field to be measured
directly, or relative gravimeters, which are
only able to measure a difference or a
variation in g. Since acquiring an absolute
gravimeter, METAS has participated in six
regional and three international comparisons as well as the organisation, as a
member of the Management Committee,
of the first key comparison in accordance
with the rules defined in the Mutual
­Recognition Arrangement (CIPM MRA).
The preliminary results of this initial
key comparison are shown in diagram
5. Taking account of measurement uncertainties, the result obtained using the
METAS FG5 #209 gravimeter agrees with
the comparison reference value.
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 9
Article spécialisée
Inductance
Réalisation de l’échelle des inductances à METAS
Afin de garantir un service de qualité, METAS a développé un système de mesure permettant l’étalonnage
des étalons d’inductances à partir du ohm et de la seconde et devient ainsi primaire dans ce domaine. Il en
résulte une diminution d’un facteur allant jusqu’à 10 de l’incertitude proposée à nos clients pour l’étalonnage
des inductances de 1 µH à 10 H. De plus, la gamme de fréquence de mesure est maintenant étendue de
50 Hz à 20 kHz.
Frédéric Overney
Vt
Parmi les composants électroniques passifs, l’inductance est
certainement le plus simple à réaliser puisqu’un simple fil
conducteur formant quelques boucles permet d’obtenir une
inductance de quelques microhenry – le henry étant l’unité de
mesure de l’inductance.
Lorsqu’un courant alternatif circule dans une inductance,
une tension apparait aux bornes de celle-ci avec un déphasage
de 90 degrés. Cette propriété est largement utilisée dans les
circuits électroniques de radio fréquence; que ce soit pour
­réaliser des oscillateurs, des filtres ou encore comme antenne.
St
Zt
D
Vw
Zb
Sb
Vb
2 Schéma simplifié du pont de mesure.
Lorsqu’il existe un couplage magnétique entre deux circuits
inductifs, on parle alors de transformateur, et leur utilisation
est multiple, notamment dans tous les réseaux de distribution
d’énergie électrique.
SI
Une autre application importante des circuits inductifs est la
réalisation de capteur de proximité sans contact, robuste et
d’une grande fiabilité. De tels capteur sont largement utilisés
dans le domaine de l’automation ainsi que dans l’industrie
automobile et aéronautique.
A
Traçabilité des mesures d’inductance.
Dans le domaine industriel, la mesure des inductances est
généralement réalisée à l’aide d’un pont de mesure RLC (illustration 1). Afin de garantir la fiabilité des résultats, ces ponts
RLC doivent régulièrement être étalonnés en mesurant différents étalons d’inductance pour lesquelles la traçabilité des
valeurs de références aux unités SI est garantie. Pour ce faire,
METAS possède un jeu d’étalons couvrant la gamme d’inductance allant de 1 µH à 10 H.
B
C
1 Chaîne de traçabilité des mesures d’inductance : les ponts de mesure
(B) utilisés dans l’industrie sont étalonnés à l’aide d’inductances de référence (A) dont la traçabilité aux unités SI est garantie par METAS. Des
mesures d’inductance interviennent dans le développement de differents
produits industriels (C).
10 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
Jusqu’à il y a quelques années, ces étalons étaient régulièrement envoyés au National Physical Laboratory (NPL), UK, pour
y être étalonnés et ainsi garantir la traçabilité aux unités SI. En
plus des risques de dommage liés au transport de ces étalons
à travers l’Europe, des frais élevés d’étalonnage et de l’augmentation de l’incertitude liée au drift des valeurs de référence
entre deux étalonnages, cette procédure générait de longues
périodes d’indisponibilité de notre base d’inductance et donc,
aucun étalonnage ne pouvait être réalisé pour nos clients.
Afin de remédier à cette situation et de garantir un service de
qualité, il a été décidé de développer un système de mesure
permettant l’étalonnage des inductances de référence à
METAS. Cet article décrit ce nouveau système et précise les
nouvelles possibilités de mesure des inductances de 1 µH à
10 H à des fréquences allant de 50 Hz à 20 kHz.
Réalisation du henry
Jusqu’à la fin des années cinquante, le point de départ pour la
réalisation des unités d’impédance était une inductance étalon
dont la valeur était calculée à partir de ces dimensions géométriques [1]. L’utilisation de ponts coaxiaux permettait ensuite
d’obtenir le farad à partir du henry et finalement le ohm à ­partir
du farad. Avec le développement de condensateurs calculables
[2] et ensuite avec la découverte de l’effet Hall quantique [3, 4],
le farad et l’ohm ont pu être obtenu avec une plus grande
précision; la chaine de réalisations des unités d’impédances
est maintenant inversée et le henry est généralement réalisé à
partir du farad.
L’utilisation d’un convertisseur analogique-digitale (ADC)
permet la transformation d’un signal analogique (continu)
en un signal numérique (discret) qui peut par la suite être
enregistré, analysé et traité par un ordinateur. On trouve
actuellement sur le marché des convertisseurs qui permettent des fréquences d’échantillonnage élevées (200 kS/s et
plus) tout en garantissant une résolution extrême de l’ordre
de 24 bits; c’est-à-dire une résolution inférieure à 0.2 µV
pour un signal de 1 V d’amplitude.
Dans notre cas particulier, le signal de sortie d’un commutateur à deux canaux est échantillonné durant un certain
intervalle de temps à une fréquence multiple de la fréquence
du signal mesuré (échantillonnage synchrone). Au milieu de
cet intervalle, la commutation entre le premier canal et le
deuxième canal est réalisée.
La figure ci-dessous représente le signal échantillonné, VADC,
durant une séquence de mesure. Il est formé par la tension
Commutation entre
canal #1 et canal #2
VADC /V
1.5
Les ponts de mesure de type Maxwell-Wien ou autre ponts de
résonance [5] permettent la comparaison d’un condensateur à
une inductance avec une relativement grande précision. Toute­
fois, la mise en œuvre de tels ponts est souvent complexe, leur
utilisation est plutôt chronophage et ils sont généralement
spécifiés pour une gamme restreinte d’inductances et de
­fréquences.
D’un autre coté, les ponts de mesure commerciaux permettent
la mesure automatique d’inductances à des fréquences allant
de quelques dizaines de Hz au MHz. Toutefois, l’incertitude
relative de tels ponts n’est que rarement inférieure à 0.05 % et
ils ne conviennent donc pas à l’étalonnage de précision des
inductances étalons.
Stratégie utilisée à METAS
Le principe de mesure du système développé à METAS est
représenté par le schéma simplifié de l’illustration 2. Il s’agit
en fait de comparer l’impédance d’un étalon d’inductance, Zb,
à celle d’un étalon de résistance de référence, Zt. Pour ce faire,
deux convertisseurs numérique-analogique (DAC), Sb et St,
Vt durant la première partie et par la tension Vb durant la
deuxième partie. Après l’élimination de quelques périodes
au début et à la fin de la séquence ainsi que avant et après
la commutation, on ne retient qu’un nombre entier de
période de chaque signal (représenté par les symboles sur
la figure).
Comme les deux tensions sont mesurées avec le même
convertisseur, l’erreur de gain du convertisseur n’a aucun
effet sur le rapport des tensions. De plus, puisque les deux
signaux sont échantillonnés durant la même séquence de
mesure, la relation de phase entre les deux tensions est
conservée.
Une analyse de Fourier discrète (DFT) de ces deux ensembles de données permet finalement de déterminer le rapport
des amplitudes ainsi que le déphasage des deux tensions Vt
et Vb .
Vb DFT (Vb)f
=
= A + jB
Vt
DFT (Vt)f
où DFT (V )f représente la composante fondamentale de
l’analyse de Fourier discrète du signal V de fréquence f.
1.0
0.5
0
-0.5
-1.0
-1.5
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
Avec le système de mesure actuellement utilisé, il est
possible de mesurer la partie réelle, A, et imaginaire, B, d’un
rapport de deux tensions avec une incertitude de type A
inférieure à 10-6.
t /ms
3 Principe de la mesure synchrone par échantillonnage.
Inductance
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 11
Article spécialisée
Inductance
La photo 4 représente la place de mesure avec au premier
plan l’inductance à étalonner, la résistance de référence sur la
gauche et le système de mesure sur la droite. Le composant
principal du système de mesure et le convertisseur analogiquedigital (ADC) utilisé pour l’échantillonnage synchrone des
deux tensions. Il s’agit d’un produit commercial ayant une
résolution de 24 bits et une fréquence d’échantillonnage
­maximum de 204.8 kS/s. Les deux convertisseurs digital-­
analogiques sont également des produits commerciaux
avec la même résolution et la même fréquence maximale
d’échantillonnage.
Le système de mesure est entièrement piloté par ordinateur
via une interface optique, ce qui permet d’éviter tout problème
de boucle de terre. De plus, un programme LabView a été
développé afin d’automatiser l’équilibre du pont ainsi que la
répétition des mesures.
4 Place de mesure des inductances à METAS.
déterminent les courants qui circulent dans les deux étalons.
Le rapport des amplitudes ainsi que la phase relative de ces
deux sources sont ajustés de manière à ce que la tension, VW,
du point milieu du pont soit zéro. Dans ces conditions, le
rapport des impédances est directement donné par la mesure
du rapport des tensions :
Zb
V
= b
Zt
Vt
La mesure précise de ce rapport de tension est obtenue
par une méthode d’échantillonnage synchrone décrite dans
l’encadré 3. Cette méthode d’échantillonnage permet non
seulement d’obtenir le rapport des amplitudes mais également
la déphase relatif de ces deux tensions. L’inductance série et la
résistance série de l’étalon d’inductance sont ainsi déterminés
par la mesure du rapport de tension et la connaissance de la
résistance de référence.
Finalement, METAS a participé en 2007 à une comparaison
internationale des possibilités de mesure des inductances de
100 mH à 1 kHz (EUROMET.EM-S26). Seize instituts nationaux ont participé et les résultats obtenus par METAS sont en
bon accord avec ceux obtenus par les autres instituts.
Les étalons d’inductance et leur dépendance en fréquence
Comme illustré par la figure 6, un étalon d’inductance est
­simplement formé de plusieurs boucles d’un fils conducteur (A).
Le nombre de spire, le diamètre du fils ainsi que la géométrie
du dispositif déterminent la valeur de l’inductance. Afin de
garantir une bonne stabilité de l’inductance, le fils est enroulé
ΔL/L /(µH/H)
3700
3600
3500
3400
Validation du nouveau système de mesure
Afin de garantir l’exactitude des étalonnages réalisés avec ce
nouveau système de mesure, toute une série de tests ont été
effectués en comparant différents étalons de différentes
valeurs à différentes fréquences. De plus, les valeurs de référence obtenues avec ce nouveau système sont cohérentes avec
celles obtenues lors des étalonnages antérieurs réalisés au
NPL. Comme le montre le diagramme 5, il y a une continuité
dans l’évolution temporelle des valeurs mesurées à 1 kHz au
NPL et à METAS.
1 H (GenRad S/N 9863)
-350
-400
-450
-500
-550
-600
100 mH (Sullivan S/N 3662)
1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
Dates d’étalonnage
Étalonnages réalisés au NPL
Étalonnages réalisés à METAS
5 Comparaison de l’étalonnage d’inductances de 1 H et 100 mH à 1 kHz
réalisés au National Physical Laboratory (NPL), UK, et à METAS entre
1990 et 2010.
12 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
A
B
C
6 A : une inductance est simplement formée par quelques spires de fils.
B : étalon de type Sullivan-Grifiths. C : étalon de type GenRad.
ΔL/L /(µH/H)
100
10
1
102
7 Mesure de la variation relative d’une inductance de 100 mH en fonction de la fréquence
entre 50 Hz et 20 kHz.
103
10 4
Fréquence /Hz
autour d’un support fait dans un matériau présentant un faible
coefficient de dilatation thermique (B). Dans ce cas, le champ
magnétique généré par le courant circulant dans les spires
s’étend librement autour de l’inductance et peut interagir
avec des champs magnétiques extérieurs ou des matériaux
conducteurs environnants; ce qui peut modifier d’une manière
significative la valeur de l’inductance mesurée. Afin de s’affranchir de ces perturbations extérieures, le tout peut être monté
dans un boiter métallique (C).
circuit résonnant avec l’inductance. Ainsi, l’inductance apparente,
mesurée aux borne de l’étalon croit avec le carré de la fréquence.
Le deuxième phénomène qui intervient aux basses fréquences
est lié aux courants de Foucault qui circulent dans les parties
métalliques environnantes, et qui induisent une dépendance
en fréquence inversement proportionnelle à la racine carrée de
la fréquence. Finalement, il a été montré [6] que la dépendance
en fréquence d’une inductance peut être modélisée par l’équation suivante :
Le diagramme 7 représente la dépendance en fréquence de
l’inductance d’un étalon de 100 mH mesuré entre 50 Hz et
20 kHz.
Lmesuré =
Il y a principalement deux phénomènes responsables de la
dépendance en fréquence mesurée. Le premier, qui intervient
aux fréquences élevées, est simplement lié à la capacité, distribuée entre les différentes spires de la bobine, qui forme un
où le trois paramètres L0, L1 et C suffisent à décrire, dans une
bonne approximation, la dépendance en fréquence d’une
inductance entre 50 Hz et 20 kHz.
L0 + L1
ω
2
1 – ω L0 + L1 C
ω
Fréquence /Hz
50
8 Incertitude étendue en µH/H (k = 2) avec laquelle METAS peut étalonner les inductances
allant de 1 µH à 10 H à des fréquences allant de
50 Hz à 20 kHz. L’incertitude liée à l’effet de la
tempé­rature sur l’inductance mesurée n’a pas
été prise en compte dans ce tableau.
Inductance
100
400
1000
5000
10 000
15 000
20 000
1 µH
–
–
–
36 000
7200
3600
2400
1800
10 µH
66 000
34 000
9000
3600
720
360
240
200
100 µH
6600
3400
880
360
70
46
62
100
1 mH
660
340
86
36
66
44
62
100
10 mH
66
34
54
22
22
38
66
120
100 mH
42
34
22
22
50
120
240
440
1H
42
34
22
24
260
1600
–
–
10 H
42
34
22
100
–
–
–
–
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 13
Article spécialisée
Inductance
Service d’étalonnage des inductances
et budget d’incertitude
L’utilisation de ce nouveau système de mesure à permis
l’extension de l’offre actuelle d’étalonnage des inductances aux
fréquences allant jusqu’à 20 kHz. De plus, un nouveau service
est maintenant disponible pour les clients qui requièrent une
plus petite incertitude d’étalonnage. Le tableau 8 résume l’incertitude étendue (k = 2) avec laquelle METAS peut étalonner
les inductances allant de 1 µH à 10 H à des fréquences allant
de 50 Hz à 20 kHz.
Il faut noter que les étalons d’inductance ont généralement un
coefficient de température de l’ordre de 30 · 10-6 /°C. Par conséquence, si la température de l’étalon n’est pas stabilisée, les
valeurs indiquées dans le tableau 8 doivent être majorées afin
de tenir compte de ce coefficient de température relativement
élevé.
Constant Based on Quantized Hall Resistance, Phys.
Rev. Lett., Vol. 45, No. 6, pp. 494–497, 1980.
[4] B. Jeckelmann, B. Jeanneret: The Quantum Hall Effect
as an Electrical Resistance Standard, Rep. Prog. Phys.,
Vol. 64, No. 12, pp. 1603–1656, 2001.
[5] B. Hague, T. Foord: Alternating Bridge Methods, Pitman
Publishing, Sixth ed., 1971.
[6] R. Hanke, K. Dröge: Calculated Frequency Characteristic
of GR1482 Inductance Standards between 100 Hz and
100 kHz, IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 40, No. 6,
pp. 893–896, 1971.
[7] F. Overney, B. Jeanneret: Realization of an Inductance
Scale Traceable to the Quantum Hall Effect Using an
Automated Synchronous Sampling System, soumis pour
publication dans Metrologia, 2010.
Pour les lecteurs intéressés, une description complète du système
de mesure ainsi que du budget d’incertitude est fournie dans [7].
Références
[1] A. Campbell: On a Standard of Mutual Inductance, Proceeding of the Royal Society, Vol. 79, pp. 428–435, 1907.
[2] A. M. Thompson and D. G. Lampard: A new Theorem in
Electrostatic and its Application to Calculable Standards
of Capacitance, Nature, Vol. 177, p. 888, 1956.
[3] K. von Klitzing, G. Dorda, M. Pepper: New Method
for High-Accuracy Determination of the Fine Structure
Frédéric Overney, Laboratoire de métrologie
quantique, tél. direct +41 31 32 33 296, frederic.
[email protected].
Realisierung der Induktions-Skala
im METAS
In der Industrie wird die Induktion mit Hilfe
von RLC-Messbrücken gemessen. Um die
Zuverlässigkeit der Resultate zu gewährleisten, ist es unabdingbar, diese Messbrücken
regelmässig mit Referenznormalen zu kalibrieren, die auf das Internationale Einheitensystem rückverfolgbar sind.
Um solche Kalibrierungen durchzuführen,
hat das METAS ein System aufgebaut, mit
dem RLC-Messbrücken rückverfolgbar auf
den elektrischen Widerstand Ohm und die
Zeiteinheit Sekunde gemessen werden
­können. Als Primärlabor ist das METAS nun
in der Lage, Induktionsmessungen von 1 µH
bis 10 H mit zehnmal kleinerer Mess­
unsicherheit anzubieten. Zudem ist der
Frequenzbereich von 50 Hz bis 20 kHz
erweitert worden.
14 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
Realizzazione della scala di induttanza
presso il METAS
Nel campo industriale, le misure dell’induttanza sono generalmente eseguite mediante
un ponte di misura RLC. Al fine di garantire
l’affidabilità dei risultati, i ponti RLC vengono confrontati periodicamente con diversi
campioni di induttanza la cui riferibilità dei
valori di riferimento alle unità SI è garantita.
A tale scopo, METAS ha sviluppato un
sistema di misura che permette di tarare
campioni di induttanza a partire dall’Ohm
e dal secondo. L’Ufficio è diventato quindi
primario in questo ambito. Ne risulta una
diminuzione di un fattore fino a 10 dell’incertezza di misura proposta alla nostra
clientela per la taratura delle induttanze da
1 µH a 10 H. Inoltre, il campo di frequenza
è stato allargato da 50 Hz a 20 kHz.
Implementation of inductance ­standards
at METAS
In the industrial sector, inductance is gene­
rally measured using an RLC bridge. In order
to ensure reliable results, such RLC bridges
require regular calibration, which involves
measuring diverse inductance standards
with guaranteed traceability of the refe­
rence values to SI units.
To this end, METAS has developed a mea­
surement system that enables calibration of
inductance standards based on the ohm
and the second, and is now primary in this
field. As a result, the uncertainty we can
offer to our customers has decreased by a
factor of up to 10 for calibration of induc­
tance between 1 µH and 10 H. Moreover,
the frequency range has now been expanded
to cover frequencies between 50 Hz and
20 kHz.
Fachartikel / Article spécialisé
Labormedizin / Analyses médicales
Vergleichbare Messresultate
dank Rückverfolgbarkeit
Résultats de mesure comparables
grâce à la traçabilité
Labormedizinische Messungen liefern Resultate, die Ärztinnen und Ärzten als Grundlage für
(lebens-)wichtige Entscheidungen dienen. Ziel jeder Messung ist es, einen Wert zu erhalten, der mit
Werten gleichartiger Messungen vergleichbar ist. Das setzt voraus, dass diese Resultate auf inter­
national harmonisierte Normale (englisch: Standards) rückverfolgbar sind und die Messunsicherheiten
angegeben werden.
Les résultats de mesures des laboratoires d’analyses médicales servent de base aux médecins pour des
décisions d’importance vitale. Le but de chaque mesure consiste à obtenir une valeur comparable à celles
d’autres mesures analogues. Cela suppose que les résultats obtenus soient traçables à des étalons (anglais:
Standards) harmonisés au niveau international et que leurs incertitudes de mesure soient indiquées.
Samuel Wunderli, Hanspeter Andres
Messergebnisse, die über eine Kette von Messvergleichen mit
bekannter Messunsicherheit auf den Wert eines Normals
­zurückverfolgt werden können, werden als metrologisch
rückverfolgbar bezeichnet. Dabei sind alle bekannten und bedeutenden Einflussfaktoren und deren Unsicherheiten zu
­berücksichtigen. Messergebnisse der gleichen Messgrösse
müssen innerhalb ihrer Unsicherheiten übereinstimmen (Diagramm 2).
Die Problematik fehlender Rückverfolgbarkeit
Die sinnvolle Verwendung analytisch-chemischer Messresultate in der Labormedizin scheitert oft an der fehlenden Rückverfolgbarkeit. Problematisch ist es, wenn nicht vergleichbare Analyseresultate für Diagnosen und die daraus
abgeleiteten Therapien verwendet werden. Beziehen sich die
Resultate nicht auf international vereinbarte, rückverfolgbare
Messwerte, besteht die Gefahr, dass sich die therapeutischen
Massnahmen auf falsche Annahmen abstützen. Das kann
schwer wiegende Konsequenzen haben: Leben wird gefährdet oder die Therapie wird nicht die bestmögliche Wirkung
entfalten.
In Diagramm 3 sind die Messergebnisse eines nationalen
Messvergleichs für Glukose in Serum dargestellt. Alle Mess­
resultate wurden für jeden der zehn Messgerätetypen (1 bis 10)
separat ausgewertet. Es ist ersichtlich, dass die Resultate
verschiedener Gerätetypen meist nicht vergleichbar sind.
­Einen geräteunabhängigen, auf ein gemeinsames Normal
­bezogenen Referenzwert gibt es nicht!
Les résultats de mesure traçables à un étalon par l’intermédiaire
d’une chaine continue de comparaisons, toutes réalisées avec des
incertitudes bien déterminées, sont désignées comme métrologiquement traçables. Il convient ici de prendre en considération
tous les facteurs d’influence connus et importants avec leurs
incertitudes (diagramme 2).
Problématique de l’absence de traçabilité
L’utilisation significative des résultats de mesure analytico-chimiques en laboratoire médical se heurte souvent à l’absence de
traçabilité. Utiliser des résultats d’analyse non comparables et
appuyer une thérapie sur la base de tels résultats est probléma­
tique: si les résultats ne se réfèrent pas à des grandeurs traçables
convenues au niveau international, les mesures thérapeutiques
choisies risquent d’être basées sur des données erronées, ce qui
est lourd de conséquences : la vie du patient est compromise et
l’effet de la thérapie n’est pas optimal.
Le diagramme 3 présente les résultats de mesure d’une comparaison de mesure nationale pour le glucose dans le sérum humain.
Tous les résultats de mesure ont été évalués séparément pour
chacun des dix types d’appareils de mesure (1 à 10). Il en est
ressorti que la plupart des résultats de divers types d’appareils ne
sont pas comparables. Il n’existe pas de valeur de référence
­rattachable à un étalon commun!
Tenir compte des influences systématiques!
Pour une grandeur déterminée, la traçabilité peut dépendre du
type d’appareil de mesure utilisé, mais les résultats doivent rester
comparables. Si l’on utilise des appareils de mesure reposant sur
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 15
Fachartikel / Article spécialisé
Labormedizin / Analyses médicales
différents principes, divers influences systématiques peuvent
entrer en jeu et se répercuter différemment sur le résultat de la
mesure. Le résultat devra être corrigé en conséquence.
Des influences systématiques non décelées ou non corrigées ont
des effets déterminants sur les résultats de mesure qui peuvent
alors présenter des écarts inexplicables. On parle d’écarts de
mesure systématiques (anglais : bias). Le but suprême consiste,
pour la même grandeur de mesure, à obtenir des résultats indépendants du principe de mesure et du type d’appareil choisis, se
situant de surcroît à l’intérieur d’un domaine de mesure accepté.
1 Die patientennahe Labordiagnostik erlaubt eine dezentrale Diagnostik
mit sehr kurzen Antwortzeiten zwischen Probenahme und Ausgabe des
Analysenergebnisses. Diese vorteilhafte Arbeitsweise bedingt jedoch
­einen höheren Aufwand bei der Qualitätssicherung und dass die eingesetzten Messgeräte robust gebaut und einfach zu bedienen sind.
1 Les diagnostics de laboratoire personnalisés permettent un diagnostic
décentralisé avec un temps de réponse très court entre le prélèvement de
l’échantillon et l’émission du résultat de l’analyse. Cette méthode de travail
avantageuse implique toutefois un travail plus intensif pour l’assurance de
la qualité et nécessite des appareils de mesure solides et faciles à manier.
Systematische Einflüsse berücksichtigen!
Die Rückverfolgbarkeit kann für eine bestimmte Messgrösse
zwar abhängig vom verwendeten Messgerätetyp sein, die Resultate
müssen jedoch vergleichbar bleiben. Setzt man Messapparaturen ein, die auf unterschiedlichen Prinzipien beruhen, ist zu
erwarten, dass verschiedene systematische Einflüsse im Spiel
sind, die unterschiedliche Auswirkungen auf das Messresultat
haben. Diese sind im Ergebnis entsprechend zu korrigieren.
Le diagramme 4 indique comment on peut détecter les écarts
systématiques : toutes les grandeurs de mesure pour la créatinine
dans le sérum humain dont l’incertitude de mesure des résultats
ne concorde pas avec la valeur de référence et son incertitude de
mesure, présentent des écarts systématiques. D’après la comparaison de mesures, on reconnaît les laboratoires participants qui
doivent analyser et éliminer leurs écarts systématiques.
Avantages des résultats de mesure traçables
Comme il est d’usage en science et en technique, il convient aussi
d’assurer la traçabilité des résultats de mesure en laboratoire
médical et de déterminer leur incertitude de mesure. Des résultats comparables ne sont possibles que lorsque ces exigences sont
remplies. Les études scientifiques en recherche et développement
nécessitent des résultats comparables.
Les résultats comparables apportent en outre une sécurité, réduisent les risques liés aux erreurs de mesure et réduisent les coûts
car ils permettent d’éviter des mesures inutiles. Les résultats de
mesures comparables favorisent en outre les échanges scienti­
fiques, l’efficacité de la recherche et la comparabilité à long terme
et permettent ainsi d’établir des diagnostics plus exactes.
Messresultate in Bezug zum Referenzwert des Normals
Résultats de mesure par rapport à la valeur de référence de l’étalon
Messwert mit Messunsicherheit
Valeur de mesure avec son incertitude de mesure
Referenzwert mit Messunsicherheit
Valeur de référence avec son incertitude de mesure
A und B: rückverfolgbar und übereinstimmend
C und D: weder rückverfolgbar noch übereinstimmend
E und F: rückverfolgbar und mit dem Referenzwert übereinstimmend
G: rückverfolgbar, aber nicht übereinstimmend mit H
H: nicht rückverfolgbar und weder mit dem Referenzwert
noch mit G übereinstimmend
A et B : traçables et concordants
C et D : ni traçables, ni concordants
E et F : traçables et concordant avec la valeur de référence
G : traçable, mais ne concordant pas avec H
H : n on traçable et ne concordant pas avec la valeur de référence ni avec G
A B
C D
E
F
G H
Messungen
Mesures
2 Messwerte, die auf ein gemeinsames Normal rückverfolgbar sind, stimmen innerhalb der angegebenen Messunsicherheit mit dem Referenzwert überein.
2 Les grandeurs traçables à un étalon commun concordent avec la valeur de référence à l’intérieur de l’incertitude de mesure.
16 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
Bleiben relevante systematische Einflüsse unentdeckt oder
werden sie nicht korrigiert, hat das massgebliche Auswirkungen
auf die Messresultate. Diese können unerklärbare Abweichungen aufweisen. Man spricht hier von systematischen Mess­
abweichungen (englisch: Bias). Oberstes Ziel muss sein, für
die gleiche Messgrösse Resultate zu erhalten, die unabhängig
vom Messprinzip und dem jeweiligen Gerätetyp sind und
zudem innerhalb eines akzeptierten Messwertebereichs liegen.
Messgerätetyp
Type d’appareil de mesure
1
2
3
4
5
Diagramm 4 zeigt, wie systematische Abweichungen erkannt
werden können: Alle Messwerte für Kreatinin im menschlichen
Serum, die innerhalb ihrer Messunsicherheit nicht mit dem
Referenzwert und seiner Messunsicherheit übereinstimmen,
weisen systematische Abweichungen auf. Nach dem Mess­
vergleich ist erkenntlich, welche teilnehmenden Laboratorien
ihre systematischen Abweichungen zu analysieren und zu
­eliminieren haben.
Die Vorteile rückverfolgbarer Messresultate
Wie in Wissenschaft und Technik üblich, ist es auch in der
Labormedizin nötig, die Rückverfolgbarkeit der ­Messergebnisse
sicherzustellen und die Messunsicherheiten zu bestimmen.
Nur wenn diese Anforderungen erfüllt werden, sind vergleichbare Resultate möglich. Wissenschaftliche Studien in Forschung
und Entwicklung verlangen vergleichbare Resultate.
Vergleichbare Resultate geben Sicherheit, reduzieren Risiken
durch Fehlmessungen und sparen Kosten, weil unnötige
­Messungen vermieden werden. Zusätzlich ermöglichen rückverfolgbare Messresultate den wissenschaftlichen Austausch
und eine effiziente Forschung ebenso wie langfristige Vergleichbarkeit und damit genauere Diagnosen.
Rückverfolgbare Messresultate ermöglichen
Ärztinnen und Ärzten,
• Labordaten sicher zu interpretieren und Medikamente
­richtig zu dosieren;
• Laborwerte mit Kolleginnen und Kollegen auszutauschen;
• Laborwerte über längere Zeit hinweg zu beurteilen, auch wenn
das Mess- oder Analysegerät zwischendurch ersetzt wird;
• Laborwerte mit publizierten Daten zu vergleichen.
Forscherinnen und Forschern,
• Messresultate zu publizieren, die ihre Fachkolleginnen
und -kollegen verstehen und nachprüfen können, auch
wenn sie andere Mess- oder Analysegeräte verwenden.
den Gesundheitsbehörden,
• labormedizinische Werte in die Gesundheitskarten
aufzunehmen.
Patientinnen und Patienten,
• mit anderen Betroffenen über ihre Laborwerte zu sprechen
und diese zu vergleichen.
Labormedizin / Analyses médicales
6
7
8
9
10
5.0
5.7
6.4
7.1
7.8
8.5
9.2
9.9
10.6
11.3 12.0
Molarität von Glukose /(μmol · L-1)
Molarité du glucose /(µmol · L-1)
3 Die Messergebnisse für Glukose in Serum wurden für jeden Mess­
gerätetyp separat ausgewertet. Nur die Resultate sind übereinstimmend,
deren Verteilungen überlappen. Es gibt zwar «Zielwerte» für jeden Typ,
aber keinen rückverfolgbaren Referenzwert, der unabhängig vom
­Messgerätetyp ist. Gerätespezifische Ziel­werte haben keine metro­
logische Grundlage (Quelle: www.mqnet.ch ➞ 2009-4).
3 Les résultats obtenus pour le glucose présentes dans le sérum ont été
interprétés séparément pour chaque type d’appareil de mesure. Uniquement les résultats, dont la répartition se recoupe, sont comparables. Il
existe des « valeurs cible » pour chaque type, mais aucune valeur de référence
traçable indépendante du type d’appareil de mesure. Les valeurs cible spéci­
fiques n’ont pas de base métrologique (source : www.mqnet.ch ➞ 2009-4).
La traçabilité des valeurs mesurées permet
aux médecins,
• d’interpréter correctement les données de laboratoire
et de bien doser les médicaments;
• d’échanger des valeurs de laboratoire avec des collègues;
• d’apprécier les valeurs de laboratoire à long terme,
même lorsque l’appareil de mesure ou d’analyse est
remplacé entre temps;
• de comparer des valeurs de laboratoire avec des données
publiées.
aux chercheurs,
• de publier des résultats de mesure compréhensibles par
leurs collègues, même lorsqu’ils utilisent d’autres appareils
de mesure ou d’analyse.
aux autorités sanitaires,
• d’intégrer des valeurs médicales de laboratoire dans
la carte de santé de leurs patients.
aux patients,
• de discuter avec d’autres intéressés de leurs valeurs
de ­laboratoire et de les comparer.
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 17
Fachartikel / Article spécialisé
Labormedizin / Analyses médicales
4 Kreatinin in menschlichem Serum: Die meisten Ergebnisse dieses internationalen Messvergleichs stimmen mit dem Referenzwert und
untereinander nicht überein (Quelle: Material 1,
IMEP-17, JRC-IRMM, Geel, Belgien, Trace and
minor constituents in human serum). Die
­Situation ist noch unbefriedigend und zurzeit
typisch – Verbesserungen sind mehrheitlich
anzustreben.
4 La plupart des résultats de cette comparaison
de mesure internationale ne concordent pas avec
la valeur de référence ni entre eux (source :
Matériel 1, IMEP-17, JRC-IRMM, Geel, Belgien,
Trace and minor constituents in human serum).
La situation actuelle, typique, reste insatis­
faisante – des améliorations sont nécessaires à
plusieurs égards.
Konzentration c /(µmol ∙ L-1)
Concentration c /(µmol ∙ L-1)
Abweichung vom zertifizierten Referenzwert /%
Écart à la valeur étalon certifié /%
104.4
40
96.9
30
89.5
20
82.0
10
74.6
0
67.1
-10
59.7
-20
Messungen
Mesures
Zertifizierter Referenzwert: 74.57 ± 0.57 (µmol · L-1), Vertrauensbereich 95 %
Valeur étalon certifié : 74.57 ± 0.57 (µmol · L-1), intervalle de confiance 95 %
Internationales Engagement des METAS
Das Bewusstsein um den Mehrwert vergleichbarer labormedizinischer Resultate ist bei Ärzten, Forschern, Gesundheits­
behörden und nicht zuletzt bei den Patienten noch zu wenig
vorhanden. Von der Einführung metrologischer Prinzipien in
der Labormedizin werden sie aber alle profitieren (Bild 1).
Engagement de METAS au niveau international
La valeur ajoutée des résultats comparables en laboratoire
­médical est encore méconnue des médecins, des chercheurs, des
autorités sanitaires, ainsi que des patients. Mais dès que les principes métrologiques auront été introduits dans les laboratoires
médicaux, tous en profiteront (photo 1).
Das 2002 geschaffene Joint Committee for Traceability in
­Laboratory Medicine (JCTLM) hat sich zum Ziel gesetzt, metrologisch korrekte Referenzmesssysteme in der Labormedizin zu
entwickeln und zu fördern. Dadurch wird das Gesundheits­
wesen verbessert und der nationale und internationale Handel
von In-vitro-Diagnostika gefördert. Träger des JCTLM sind
das Internationale Büro für Mass und Gewicht (BIPM), die
Inter­national Federation for Clinical Chemistry and Labora­
tory ­Medicine (IFCC) und die International Laboratory Accreditation Cooperation (ILAC).
Créé en 2002, le Joint Committee for Traceability in ­Laboratory
Medicine ( JCTLM) s’est fixé pour but de développer et de promouvoir des systèmes de mesure de référence en labo­ratoire médical
corrects au plan métrologique. Le but visé est d’améliorer la
santé et de promouvoir le commerce national et international de
dispositifs médicaux de diagnostics in vitro. Le JCTLM a été fondé
par le Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), la
Inter­national Federation for Clinical Chemistry and Laboratory
­Medicine (IFCC) et par la International Laboratory Accreditation Cooperation (ILAC).
Innerhalb des Joint Committee for Traceability in Laboratory
Medicine ( JCTLM) setzen sich Metrologen, klinische ­Chemiker
und Mediziner sowie Akkreditierer weltweit für vergleichbare
Messwerte in der Labormedizin ein [1–5].
Au sein du Comité Commun pour la Traçabilité en Médecine
de Laboratoire ( JCTLM), des métrologues, des biologistes
­médicaux, des médecins et des accréditeurs travaillent au niveau
mondial sur des valeurs de mesure comparables en laboratoire
médical [1–5].
Auch das METAS ist in zwei Arbeitsgruppen des JCTLM be­
teiligt, die a) neue Referenzmaterialien und -methoden in der
Labormedizin und b) vorgeschlagene Dienstleistungen labormedizinischer Referenzlaboratorien bewerten. Die ­akzeptierten
Referenzmaterialien und -methoden sowie Dienstleistungen
werden in einer zentralen Datenbank beim BIPM aufgeführt
(www.bipm.org/jctlm/).
Als Fachbehörde des Bundes für das Messen ist das METAS
dafür verantwortlich, dass Messergebnisse in der Schweiz vergleichbar sind. In der Labormedizin stellt das METAS Referenzwerte für physiologisch wichtige Substanzen zur Verfügung.
18 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
METAS est également présent dans les deux groupes de travail
du JCTLM qui visent d’une part à évaluer des matériaux et des
méthodes de référence nouveaux et d’autre part à évaluer des
services proposés des laboratoires de référence. Les matériaux et
méthodes de référence acceptés ainsi que les prestations sont
inscrites dans une base de données centrale auprès du BIPM
(www.bipm.org/jctlm/).
En tant qu’autorité fédérale compétente en matière de métro­
logie, METAS veille à assurer la comparabilité des résultats de
mesure en Suisse. METAS met à disposition aux laboratoires
d’analyses médicales des valeurs de référence pour des substances
physiologiquement importantes.
Referenzen / Références
[1] Samuel Wunderli et al.: Metrology in Chemistry, Chimia,
Vol. 63, Nr. 10, special issue on Metrology in Chemistry, 2009.
[2] Bernd Güttler, Wolfgang Richter: Traceability of chemical
­measurement results, Chimia, Vol. 63, Nr. 10, p. 619, 2009.
[3] R. I. Wielgosz: A Database of Higher Order Reference Materials
and Reference Measurement Procedures, JCTLM Meeting, 2008,
www.bipm.org/utils/en/pdf/Traceability_in_LabMed.
[4] Lothar Siekmann: Establishing measurement traceability in
­clinical chemistry, Accred. Qual Assur. 9, pp. 5–17, 2004.
[5] H. W. Vesper, L. M. Thienpont: Traceability in Laboratory
­Medicine, Clinical Chemistry 55, pp. 1067–1075, 2009.
Dr. Samuel Wunderli (links), Laborleiter Chemie,
Direktwahl +41 31 32 33 383, samuel.wunderli@
metas.ch, und Dr. Hanspeter Andres, Sektionschef Analytische Chemie, Direktwahl +41 31 32 33
370, [email protected].
Samuel Wunderli (à gauche), chef de Laboratoire
Chimie, ligne directe +41 31 32 33 383, samuel.
[email protected], et Hanspeter Andres,
chef de section Chimie analytique, ligne directe
+41 31 32 33 370, [email protected].
Labormedizin / Analyses médicales
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 19
International
Ernennungen und Auszeichnung
METAS-Wissenschaftler
sind auch international aktiv
Als nationales Metrologieinstitut der Schweiz ist das Bundesamt für Metrologie (METAS) international
­vernetzt. Das zeigt sich unter anderem auch darin, das METAS-Wissenschaftler kürzlich in wichtige
­Positionen internationaler Organisationen gewählt worden sind und zwei METAS-Chemiker einen Best
Paper Award erhalten haben.
Christian Antener
Die Delegierten der EURAMET-Generalversammlung wählten
Ende Mai in Lissabon Dr. Beat Jeckelmann, Leiter der Produkt­
gruppe Nationale Messbasis des METAS, in das Direktorium
von EURAMET. Die Wahl war alles andere als selbstverständlich, standen doch für zwei Sitze sechs Kandidaten zur Ver­
fügung. Sie kam in erster Linie dank des jahrelangen, hohen
Engagements von Beat Jeckelmann auf internationaler Ebene
zustande.
Nationale Metrologieinstitute und Designierte Institute aus
36 Ländern bilden EURAMET, die regionale Metrologieorganisation in Europa. Sie koordiniert die Aktivitäten der nationalen
Metrologieinstitute Europas auf den Gebieten der Forschung
(Europäisches Metrologie-Forschungs- und Entwicklungs­
programm), der Rückverfolgbarkeit von Messungen auf das
Internationale Einheitensystem (SI), der internationalen Anerkennung der nationalen Referenzmasse sowie der Kalibrierund Messmöglichkeiten seiner Mitglieder (Calibration and
Measurement Capabilities).
Das Direktorium (Board of Directors) ist das leitende ­Gremium
von EURAMET. Es besteht aus drei Vorsitzenden und sechs
Mitgliedern. Zu seinen Aufgaben gehören die Steuerung von
EURAMET, die Identifizierung von Zielen und Entwicklung
von Strategien, die Umsetzung der Beschlüsse der Mitgliederversammlung, die Beratung der Geschäftsstelle sowie die
­Diskussion des Budgets für das nächste Geschäftsjahr. ­Weitere
Informationen finden sich auf www.euramet.org.
Best Paper Award
Einmal mehr sind METAS-Wissenschaftler mit einem Best Paper
Award ausgezeichnet worden, dieses Mal auf dem Gebiet der
analytischen Chemie: Jedes Jahr zeichnet die Cooperation of
International Traceability in Analytical Chemistry (CITAC) drei
ausserordentliche wissenschaftliche Beiträge auf dem Gebiet
der analytischen Chemie aus und stellt diese einer breiteren
Leserschaft zur Verfügung. Im April 2010 erhielten die beiden
METAS-Mitarbeiter Dr. Hanspeter Andres und Dr. Samuel
Wunderli für ihre Arbeit über die metrologischen Aspekte
von Glukosemessungen, veröffentlicht in Electroanalysis 21,
pp. 1984–1991, 2009, den Best Paper Award 2009.
20 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
1 Die kürzlich in internationale Gremien gewählten und mit einem Best
Paper Award geehrten METAS-Wissenschaftler im Gespräch. Von links:
Dr. Beat Jeckelmann, neu gewähltes Mitglied des Direktoriums der
­e uropäischen Metrologieorganisation EURAMET, Dr. Samuel Wunderli,
neu gewählter Sekretär der Cooperation of International Traceability in
Analytical Chemistry (CITAC), und Dr. Hanspeter Andres, zusammen mit
Samuel Wunderli Gewinner eines Best Paper Awards der CITAC.
Die CITAC setzt sich für international vergleichbare Mess­
resultate in der analytischen Chemie ein. Bekannt ist diese
internationale Organisation in chemisch-analytischen Laboratorien insbesondere durch ihre praxisbezogenen Leitfäden
über die chemische Metrologie, wie der EURACHEM/CITAC
Guide on Quantifying Uncertainty in Analytical Measurement.
Dr. Samuel Wunderli, Wissenschaftlicher Mitarbeiter der
­Sektion Analytische Chemie des METAS, wurde kürzlich zum
Sekretär der CITAC gewählt: Am 1. Juli hat er dieses Amt von
Dr. Philippe Charlet, Laboratoire National de Métrologie et
d’Essais (LNE), Paris, übernommen.
CH-Metro
Biocapteurs
Mesure de l’activité d’électrolytes
pour la traçabilité en laboratoire médical
La Directive 98/79/EC du Parlement européen relative aux dispositifs médicaux de diagnostic in vitro [1] vise
à harmoniser les législations nationales concernant la fiabilité des produits, la protection de la santé et de la
sécurité des patients et utilisateurs. En Suisse, l’Ordonnance sur les dispositifs médicaux [2] est basée sur les
exigences de cette directive. Dans cette optique, le laboratoire de chimie à METAS collabore au sein du projet
iMERA-Plus Tracebioactivity [3, 4] de l’association européen des instituts de métrologie (EURAMET) pour
­établir la traçabilité de mesures de l’activité chimique d’ions essentiels en analyse médicale.
Daniel Berdat
L’application de la traçabilité métrologique dans le domaine de
la chimie analytique en général et de l’analyse médicale en
particulier est un engagement relativement récent de METAS.
Le laboratoire de chimie a établi de nouvelles valeurs de
­référence métrologiquement traçables pour la mesure de
­l’activité chimique d’ions monovalents (sodium, potassium et
chlorure) et divalents (calcium et magnésium), à l’image de
l’échelle plus connue de l’acidité (pH) qui est une expression
de la mesure de l’activité du proton hydraté (photo 1).
Projet de recherche Tracebioactivity
Le but de ce projet est la mise à disposition des éléments de
référence requis pour des analytes de haute importance encore
non-traçables, à savoir les espèces biologiques et les ions principaux de mélanges d’électrolytes. Ces composés sont d’une
importance clé en tant qu’indicateurs de l’état de santé d’un
patient souffrant de maladies critiques telles qu’infarctus,
néphropathie, cancer ou dépression. L’identification et la quantification de ces différentes espèces, en incluant l’information
sur l’incertitude de mesure, sont essentielles pour faire la
­distinction entre un état pathologique ou sain.
Par exemple, le calcium est l’analyte le plus fréquemment
mesuré en chimie clinique car le calcium ionisé est d’une
importance vitale dans les processus de coagulation du sang,
de conduction nerveuse, de transmission neuromusculaire et
de contraction musculaire. La potentiométrie est la méthode
principalement utilisée pour l’analyse du calcium ionisé,
Pureté correspondante /%
104.0
103.5
103.0
100.0
99.5
99.0
98.5
NaCl
KCl
METAS,
Suisse
Cl
MgCl2 · 6H2O
PTB,
Allemagne
CaCl2 · 2H2O
SMU,
Slovaquie
-
Ca2+ ou Mg 2+
1 METAS a développé un systeme de mesure d’ions basé sur des élec­
trodes sélectives. Ce dispositif permet la certification des solutions de
référence et l’étalonnage direct d’appareils de mesure médicaux.
2 La comparaison de la pureté des standards de référence METAS montre
une bonne concordance des résultats, notamment pour l’évaluation de la
pureté de l’anion chlorure ou des cations calcium et magnésium.
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 21
CH-Metro
Biocapteurs
Électrode de mesure 3
Électrode de mesure 2
Électrode de mesure 1
Électrode de référence
Potentiomètre
Échantillon
Membrane
de cellulose
Membranes
sélectives d’ions
3 Principe des mesures potentiométriques avec
électrodes sélectives d’ions (ISE) : Quatre électrodes sont plongées dans l’échantillon, dont
trois électrodes de mesure, qui sont couvertes
d’une membrane perméable aux ions ciblés.
L’électrode de référence est couverte d’une
membrane non sélective de cellulose. Les­
ions ciblés traversent la membrane sélective et
induisent une différence de potentiel entre
l’électrode de référence et les électrodes de
­mesure.
t­ outefois la plupart des méthodes et matériaux d’étalonnage
ne peuvent fournir la traçabilité métrologique requise pour des
résultats de mesure fiables et comparables.
est basé sur le modèle d’interaction semi-empirique de
­Pitzer. Des solutions de référence contenant un mélange de
ces cinq ions sont utilisées pour effectuer les étalonnages.
Dans un groupe de travail, METAS collabore avec la Physi­
kalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) d’Allemagne et l’Institut slovaque de métrologie (SMU) pour le développement
d’une méthode de référence pour l’activité chimique.
3.L’élaboration d’un système de mesure par potentiométrie
ISE (électrodes sélectives d’ions) et des procédures de
­calibration pour la détermination de l’activité. La méthode
sera évaluée et les budgets d’incertitude pour les valeurs
d’activité seront établis.
Tâches à réaliser
Le projet est jalonnée par des livrables qui se composent des
tâches suivantes :
1.La détermination du degré de pureté des composés choisis
comme matière de référence : les sels de chlorure de sodium
(NaCl), potassium (KCl), calcium (CaCl2 · 2H2O) et magnésium (MgCl2 · 6H2O). Des méthodes coulométriques ou titrimétriques de précision sont employées pour établir les valeurs
de la quantité de matière. Ces substances sont ensuite
­utilisées pour la préparation de solutions de référence.
2.Le développement et l’évaluation d’échelles d’activité (droites
d’étalonnage) pour les ions monovalents Na+, K+, Cl- et divalents Ca2+ et Mg2+, dont le calcul des coefficients d’activité
22 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
4.Le développement du système de mesure pour la détermination de l’activité chimique des ions divalents dans le sérum
humain. Une méthode sera développée pour quantifier
les différentes fractions (totale, liée et ionisée) de calcium.
Une évaluation de l’influence de protéines sera également
effectuée.
5.L’organisation d’une comparaison de mesure entre METAS,
PTB et SMU pour l’activité chimique. Il s’agit de démontrer
que l’activité chimique traçable au Système international
d’unités (SI) pour les ions de référence dans des solutions
physiologiques peut être déterminée avec précision.
CI- : ETH9033
K+ : Valinomycine
Ca2+ : ETH1001
Na+ : ionophore X
Mg2+ : ETH5506
Évaluation de la pureté des électrolytes
Une comparaison de mesure effectuée entre METAS, PTB et
SMU a été organisée pour déterminer le degré de pureté des
standards de référence de METAS NaCl, KCl, CaCl2 · 2H2O et
MgCl2 · 6H2O. La détermination de la pureté de ces matériaux
a été effectuée à METAS par titration argentométrique pour le
chlorure et complexométrique pour le calcium et magnésium.
SMU a procédé à la mesure du contenu par titration complexométrique et par coulométrie à courant constant et PTB par
titration complexométrique et argentométrique.
La comparaison montre une bonne concordance des résultats
qui se situent dans la plage d’incertitude de mesure (diagramme 2). Les teneurs en magnésium, calcium et chlorure des
quatre matériaux de référence, mesurées par METAS, concordent avec les valeurs obtenues par PTB et SMU. La valeur de
référence acceptée pour la détermination coulo­métrique du
chlorure est celle présentant la plus faible incertitude.
Mesure de l’activité par potentiométrie ISE
Lorsqu’il est solubilisé, un électrolyte (par exemple un acide
ou une base) est un mélange de différentes particules chargées
électriquement, les ions. Un électrolyte en solution aqueuse
ou à l’état liquide permet ainsi le passage du courant électrique
par déplacement d’ions. L’activité est la mesure de la teneur
en ions indépendants dans une solution, c’est-à-dire des ions
libres qui ne sont pas engagés dans une interaction. Nous
faisons ici une différenciation avec la teneur totale des ions
(exprimée en molalité) qui englobe toutes les particules présentes en solution, sans tenir compte des interactions. L’activité dépend entre autres de la quantité de composants dans le
mélange étudié, la charge des ions et la température.
Biocapteurs
4 Structure moléculaire des composés sélectifs
aux ions.
Les détecteurs potentiométriques mesurent la séparation
­partielle des charges électriques à la surface d’une électrode.
Par la séparation partielle, un champ électrique local est généré,
qui se traduit par la mesure d’une différence de potentiel entre
une électrode de mesure et une électrode de référence pour une
intensité de courant presque nulle (illustration 3). L’électrode
de mesure est couverte d’une membrane sélective perméable
à l’ion cible, celle de l’électrode de référence est non sélective.
Caractérisation des membranes sélectives
Les membranes sélectives employées dans le système de
mesure sont des membranes polymériques à quatre composants : l’ionophore sélectif, un polymère, un plastifiant et parfois un additif pour aider la separation des charges.
Les ionophores ou les échangeurs d’ions ont été soigneusement sélectionnés pour leur sélectivité envers l’ion cible, ayant
donc une discrimination suffisante envers les ions perturbants
de la solution. L’exemple le plus parlant est l’ionophore valino­
mycine, une molécule cyclique que le champignon aspergillus
niger – présent comme moisissure noire sur les fruits et
­légumes – utilise pour le transport du potassium à travers sa
membrane cellulaire.
Les membranes qui ont montré les meilleurs résultats pour
chaque ion cible sont : l’ionophore X (4-tert-Butylcalix[4]arenetetracetic acid tetraethylester) pour le sodium (Na+), la valinomycine pour le potassium (K+), le compose ETH 9033 pour le
chlorure (Cl-), ETH 1001 pour le calcium et ETH 5506 pour le
magnésium (illustration 4).
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 23
CH-Metro
Biocapteurs
Les membranes sélectives aux ions monovalents de sodium
et potassium ont donné des pentes de 61.9 mV et 57.2 mV
respectivement à T = 19.5 °C, des résultats satisfaisants car
proches des valeurs théoriques de Nernst de 58.4 mV attendues. Il en est de même pour l’ion chlorure, où la pente de
-57.9 mV obtenue offre également une bonne sélectivité pour
déterminer l’activité ionique dans un mélange. Les mesures de
la sensibilité envers les ions divalents de calcium et magnésium de 26.4 mV et 25.1 mV respectivement ont fourni des
valeurs acceptables, bien que légèrement plus faibles que la
valeur théorique de 29.6 mV.
La détermination du chlorure et du magnésium a posé certaines difficultés au niveau de la sélectivité des membranes, ce
qui a nécessité une étude de nouvelles compositions. Cette
mise au point a été effectuée en collaboration avec C-CIT pour
la fabrication et Zürcher Hochschule für angewandte Wissenschaften (ZHAW) pour la mesure des coefficients de sélectivité.
Il s’est avéré que le composé ETH 9033 contenant du mercure
a montré la meilleure sélectivité pour le chlorure, et la meilleure
sélectivité pour le magnésium a été obtenue avec ETH 5506.
La mesure de droites d’étalonnage pour la détermination de
l’activité se fait à METAS à l’aide de 13 solutions de référence
d’un mélange d’électrolytes. Pour chacun des ions composant
de ces solutions d’étalonnage, une membrane sélective est
placée dans le système fluidique pour créer l’électrode ISE. Les
molalités choisies pour les solutions sont dans le domaine
physiologique, compatible aux mesures en laboratoire d’analyse médicale [5]. Elles sont présentées dans le tableau 5.
Les droites d’étalonnage se mesurent en injectant consécu­
tivement les 13 solutions de référence dans le système à électrodes sélectives et en mesurant le potentiel durant une heure
de manière statique. Pour chacune des solutions, le potentiel
E est mesuré et mis en fonction de l’activité a calculée des ions
cibles : E = f[log(a)]. La pente de cette droite nous donne non
seulement une indication sur la sélectivité des membranes
utilisées, mais sert ensuite à la détermination de solutions à
l’activité inconnue, avec l’incertitude de mesure ­correspondante
(diagramme 6, référence [6]).
Espèce ionique
Sodium (Na+)
Potassium (K+)
Chlorure (Cl-)
Molalité /(mmol · kg-1)
130.00 … 150.00
3.00 … 5.00
138.00 … 158.00
Calcium (Ca2+)
0.70 … 1.75
Magnésium (Mg2+)
0.50 … 1.20
5 La mesurande molalité est définie en tant que quantité de matière par
masse de solvant. Son unité est la mole par kilogramme de solvant. Par
opposition à la concentration en quantité de matière (molarité), la molalité est indépendante de la densité du mélange et donc de la pression et
de la température.
24 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
Pente expérimentale S /mV
80
60
40
20
0
-20
-40
-60
-80
Na+
K+
Cations monovalents
Cl Anions monovalents
Ca 2+
Mg 2+
Cations divalents
6 Caractérisation des membranes sélectives testées à METAS : Le système de mesure potentiométrique de l’activité d’ions par ISE à METAS
a été employé avec succès pour l’évaluation de membranes sélectives aux
ions monovalents Na+, K+, Cl- et divalents Ca2+ et Mg 2+. Le diagramme
représente les valeurs des pentes expérimentales obtenues par cinq
­c ycles de mesure. Evidemment les ions Cl- et Mg 2+, les plus difficiles
à mesurer, ont une distribution plus large.
Progression du projet selon programme
Les sels de chlorure employés comme standards de référence
ont été caractérisés avec succès, en concordance avec la comparaison des mesures fournies par PTB et SMU. Les systèmes
fluidiques de mesure de l’activité d’ions par ISE sont opérationnels à METAS et PTB et ont été employés avec succès pour la
détermination de membranes sélectives aux ions monovalents
Na+, K+, Cl- et divalents Ca2+ et Mg2+. La série de membranes et
ionophores, caractérisés avec les standards de référence d’ions
mélangés, a permis de tracer les droites d’étalonnage nécessaires à l’analyse d’échantillons inconnus. Des difficultés de
mesure sont toutefois apparues lors de la détermination du
chlorure et du magnésium, la composition des membranes
employées a été mise au point en collaboration avec C-CIT et
ZHAW pour obtenir la meilleure sélectivité.
Le projet Tracebioactivity a été lancé en mai 2008, et a été
planifié jusqu’en avril 2011. Actuellement au 29ème mois, le
développement de la méthode de mesure de l’activité des cinq
ions essentiels ciblés se déroule selon le programme, les
tâches 1 à 3 étant complétées dans le temps imparti. Les tâches
4 et 5 sont la mise en place et validation de l’échelle d’activité
pour les ions divalents Ca2+ et Mg2+, ainsi que l’organisation
d’une comparaison de la détermination de l’activité chimique
avec l’incertitude de mesure correspondante. L’influence de
protéines sur la détection des ions calcium ionisés sera également étudiée dans une phase avancée du projet.
Références
[1] Directive 98/79/CE du Parlement européen et du Conseil
du 27 octobre 1998 relative aux dispositifs médicaux
de diagnostic in vitro, journal officiel de la Communauté
européen L 331, pp. 1–37, 1998.
[2] Ordonnance sur les dispositifs médicaux (ODim) du
17 octobre 2001 (SR 812.213).
[3] EURAMET Joint Research Project T2J10 Tracebioactivity,
i-MERA-Plus Grant Agreement No. 217257,
www.euramet.org/index.php?id=jrps.
[4] Beat Jeckelmann: Europäisches Metrologie-Forschungsund Entwicklungs-Programm (EMRP), METAS ist an
­sieben Forschungsprojekten beteiligt, METinfo, Vol. 15,
Nr. 2, pp. 16–18, 2008.
[5] Samuel Wunderli, Hanspeter Andres: Metrological
Aspects of Activity Measurements in Mixed Electrolytes
by Ion-Selective Electrodes, Electroanalysis, Vol. 20,
Nr. 3, pp. 234–330, 2008.
[6] Daniel Berdat, Hanspeter Andres, Samuel Wunderli:
Development of Suitable ISE Measurement Procedures
for SI-Traceable Chemical Activity Determination,
Chimia, Vol. 63, Nr. 10, pp. 670–677, 2009.
Dr Daniel Berdat, collaborateur scientifique, tél.
direct +41 31 32 33 432, [email protected],
a terminé son travail de thèse en 2009 à l’École
polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) dans
le domaine des biocapteurs. Depuis octobre
2009 il est engagé à METAS à un poste à durée
déterminée où il s’occupe principalement du
projet Tracebioactivity.
«METAS-Porträt» erschienen
«Im Dienste des Messens» lautet der Titel der neuen Broschüre, die das METAS soeben veröffentlicht hat.
Darin werden seine Aufgaben und Tätigkeiten als nationales Metrologieinstitut der Schweiz vorgestellt.
Christian Antener
Auf 24 Seiten zusammengefasst, beleuchtet das «METASPorträt» die vielfältigen Aspekte des Messens und seine
Bedeutung für Forschung, Wirtschaft und Gesellschaft. Diese
Broschüre ist in deutscher, französischer und italienischer
Sprache erhältlich und kann bei METAS kostenlos bezogen
werden: www.metas.ch/order, [email protected] oder Telefon
+41 31 32 33 111.
La nouvelle brochure que METAS vient de publier s’intitule « Au service de
la mesure ». Elle présente les tâches et les activités de l’institut national
suisse de métrologie. Sur 24 pages, ce « portrait de METAS » met en lumière
les multiples aspects de la métrologie et son importance pour la recherche,
l’économie et la société. Cette brochure est éditée en français, en allemand
et en italien. Elle peut être obtenue gratuitement sur www.metas.ch/order,
à l’adresse [email protected] ou par téléphone au numéro +41 31 32 33 111.
«Al servizio della metrologia» è il titolo della brochure appena pubblicata
da METAS. In essa sono presentati i compiti e le attività svolti dall’istituto
di metrologia svizzero. Nelle 24 pagine rilegate il «profilo METAS» introduce ai molteplici aspetti del misurare e al suo significato per la ricerca
scientifica, l’economia e la società. L’opuscolo è stato realizzato in italiano,
francese e tedesco si può ottenere gratuitamente scaricandolo da
www.metas.ch/order, [email protected] oppure richiedendolo al numero
telefonico +41 31 32 33 111.
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 25
CH-Metro
Balance de watt
Un chemin vers
la nouvelle définition du kilogramme
En 1997, METAS s’est lancé dans le développement d’une balance de watt qui semble être la méthode la plus
prometteuse pour relier le kilogramme à la constante de Planck h. Cette première version de l’expérience est
en passe de livrer un résultat. Afin de réduire encore l’incertitude de cette détermination de h, une seconde version est déjà à l’étude avec comme partenaires principaux le CERN, l’EPFL et Mettler-Toledo.
Ali-Laurent Eichenberger, Henri Baumann
L’unité de masse est la dernière grandeur du Système inter­
national d’unités (SI) basée sur un artefact, le Prototype international du kilogramme (IPK). Il s’agit d’un cylindre en alliage
de platine-iridium déposé au Bureau International des Poids
et Mesures (BIMP) à Sèvres. Le Prototype international, ainsi
qu’un certain nombre de copies destinées aux instituts de
métrologie nationaux des pays signataires de la Convention du
mètre, ont été construits en 1889 et comparés ensuite entre
eux à deux reprises (1946, 1989).
Ces comparaisons ont montré que la masse des copies nationales augmente en moyenne de 0.5 µg/année par rapport
au Prototype international. S’agissant de mesures relatives,
la question de savoir qui augmente ou diminue reste ouverte.
Le seul moyen d’y répondre serait de relier la définition du
­kilogramme à une constante fondamentale comme c’est le cas
pour d’autre grandeurs comme, par exemple, le mètre qui se
réfère à la vitesse de la lumière c.
Plusieurs approches ont été envisagées, comme l’accumu­
lation ionique [1], la lévitation magnétique [2], l’expérience
d’Avogadro [3] ou la balance de watt [4–6] pour ne citer que les
principales. À ce jour, trois expériences ont livré un résultat
avec une incertitude relative inférieure à 10-6. L’un de ceux-ci
se base sur l’expérience d’Avogadro et les deux autres sur des
balances de watt [7, 8]. Toutefois, ces trois résultats montrent
une certaine divergence et ne permettent pas d’envisager une
nouvelle définition du kilogramme dans l’immédiat.
Le principe de fonctionnement de la balance de watt
L’expérience de la balance de watt permet de relier l’unité de
masse à la constante de Planck par une comparaison virtuelle
de la puissance mécanique à la puissance électrique [9]. Cette
comparaison s’effectue en deux phases, la phase statique et la
phase dynamique (illustration 1).
Lors de la phase statique, le poids d’un corps de masse M
dans le champ de pesanteur g est contrebalancé par une
force électromagnétique agissant sur une bobine de longueur l
parcourue par un courant i plongée dans un champ magné­
tique B. À l’équilibre, on peut écrire
M · g = B · l · i (1).
Mass comparator
Clamping arm
Parallelogram
Test mass (100 g)
Parallelogram
Main coil in
weighing position
Main coil with
moving mirror
U/I converter
Servo coil
Clamping arm
Uj
SNS voltage source
PID
Uj
Detector
V
Rref
U/I converter
DAC
Soft-PID
Counter
Interferometer
Reference
mirror
1 Principe de fonctionnement de la balance de watt de METAS.
À gauche la phase statique (pesée) : La masse de test (Test mass) est suspendue au comparateur (Mass comparator). La force gravitationnelle est
contrebalancée par une force électromagnétique générée par le courant (source stabilisée, en bleu) qui traverse la bobine plongée dans le champ
magnétique.
À droite la phase dynamique (induction) : La bobine est posée sur le parallélogramme (Parallelogram) et translatée verticalement à l’aide d’un moteur
(Servo coil) piloté par une boucle de régulation. La tension induite est mesurée au borne de la bobine.
26 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
2 Vue générale de l’expérience. La chambre à
vide est ouverte et laisse apparaitre le comparateur de masse et le système de déplacement
de la bobine.
Au cours de la phase dynamique, la bobine est déplacée à une
vitesse v dans le champ magnétique B ce qui génère une
­tension induite u au borne de la bobine qui est égale à
champ dans l’entrefer qui se paie par une certaine sensibilité
au champ extérieur, contrairement à un circuit à géométrie
cylindrique.
u = B · l · v (2).
La troisième particularité provient du déroulement même de
la séquence de mesure. Pour la plupart des expériences en
service, la bobine est suspendue à un système de translation
(roue, fléau,…) duquel elle reste solidaire lors des deux phases
expérimentales. Dans le cas de la balance de watt de METAS,
les deux cycles sont indépendants. Ainsi, lors de la phase statique de pesée, la bobine plongée dans le champ magnétique,
est suspendue à un comparateur de masse. Lors de la phase
dynamique, la bobine est transférée sur un parallélogramme
qui permet de mouvoir la bobine à une vitesse déterminée
dans le champ magnétique. Le passage de la bobine du
­comparateur au parallélogramme est effectué par un système
d’accrochage.
Si l’on suppose que dans les deux phases aussi bien l que B ne
varient pas, la combinaison des équations (1) et (2) donne
M · g · v = u · i (3).
En utilisant les phénomènes quantiques, que sont l’effet
­Josephson et l’effet Hall quantique, on peut alors montrer que
la masse M est directement liée à la constante de Planck h et
on peut écrire
h g · v (4),
=
A
M
où A est une constante qui regroupe les différents paramètres
expérimentaux. Ainsi, une proposition pour la redéfinition de
l’unité de masse consiste à fixer la valeur de la constante de
Planck déterminée à l’aide des valeurs disponibles.
Évolution de l’expérience
Après sa mise en service en 2002 et une première phase de
test, il s’est rapidement avéré, qu’un certain nombre de modifications devaient être effectuées :
Les particularités de l’approche expérimentale de METAS
L’expérience de la balance de watt de METAS (vue d’ensemble
sur photo 2) se différentie des autres expériences à plusieurs
titres. La première différence majeure provient du choix de la
masse de test qui a été fixée à 100 g et non à 1 kg. L’avantage
principal de ce choix est une réduction significative de la taille
de l’ensemble de l’expérience. Ceci se traduit en particulier par
la dimension de l’aimant permanent qui ne pèse que quelques
kilogrammes alors que celui du National Physical Laboratory
(NPL) de la Grande-Bretagne, par exemple, pèse près d’une
tonne.
Nouveau circuit magnétique
La stabilité du champ magnétique lors des deux phases de
l’expérience est une condition sine qua none par assurer la
pertinence des résultats. La première version du circuit magnétique a montré des phénomènes d’hystérèse prononcés qui
ont été confirmés par des simulations. Afin de remédier à ce
problème, le circuit magnétique a été entièrement reconstruit.
Une autre spécificité propre à la balance de watt de METAS est
son circuit magnétique composé d’une bobine en forme de
« 8 » et d’un champ parallèle. L’avantage principal de ce type
de circuit magnétique est une très grande homogénéité du
Balance de watt
Nouvelle suspension masse
et surveillance de l’attitude de la bobine
Une exigence essentielle de l’expérience de la balance de watt
est d’assurer une position identique de la bobine dans les deux
phases. Dans ce but, la suspension de l’ensemble bobine et
masse de test a été modifiée. En augmentant le nombre de degré
de liberté, la nouvelle suspension permet un auto-­centrage de
la masse et donc de la position du centre de masse de l’ensemble
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 27
CH-Metro
Balance de watt
3 Nouvelle suspension.
du système (photo 3). Afin de surveiller la reproductibilité de la
position de la bobine lors des deux phases de l’expérience, un
système de détecteurs optiques a été conçu et implémenté. De
cette manière, l’attitude de la bobine peut être surveillée avec
une résolution micrométrique dans les différents modes.
Exploitation et premiers résultats
Après la série de modifications et d’améliorations du système,
dont les principales sont décrites ci-dessus, de longues séries
de mesures ont été effectuées pour caractériser les différents
composants et facteurs d’influence. Dans l’analyse d’un set de
données pris sur une période de 500 h, certains effets systématiques n’ont pu être éliminés et le recours à une analyse de
corrélations s’est avérée nécessaire. Une valeur de la constante
de Planck inférieur de 0.14 ppm par rapport à la valeur CODATA
2006 avec une incertitude de 0.42 ppm (k = 1) a ainsi pu être
extraite de ces données et présentée à la conférence CPEM
2010 à Daejeon (Corée du Sud).
La nouvelle balance de watt METAS BWM II
Fort de l’expérience acquise au cours de dix dernières années,
METAS a initié une seconde phase dont le but est non seulement de participer activement à la nouvelle définition du kilogramme mais également d’être en mesure de réaliser et de
disséminer l’unité de masse une fois la nouvelle définition
établie. Afin d’atteindre ce but ambitieux, des collaborations
techniques et scientifiques ont été établies avec des parte­
naires spécialisés dans les différents domaines :
Mettler-Toledo pour la mesure de force
Pour la mesure de force, Mettler-Toledo s’est engagé à développer une cellule de pesée monobloc spécialement conçue
pour l’expérience BWM II. Dans cette nouvelle approche, la
cellule de pesée sera solidaire de la bobine et sera donc également déplacée lors de la phase dynamique. La contrainte de
poids du dispositif en mouvement mise en relation avec la
28 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
haute résolution nécessaire représentent un sérieux challenge
technologique. Les récents résultats du premier prototype sont
extrêmement encourageants.
Le laboratoire de système robotique de l’EPFL
pour le système de translation
La précision du positionnement et du déplacement de la
bobine lors des deux phases de l’expérience est primordial
pour une mesure cohérente. L’équipe du Prof. Reymond Clavel,
directeur du Laboratoire de système robotique (LSRO) de
l’EPFL (http://lsro.epfl.ch) possède une expérience reconnue
au niveau international pour ce genre de défit. Un travail de
doctorat, dont le sujet est le développement d’un système de
translation de haute précision pour la balance de watt de
METAS, a débuté en 2009 (illustration 4). Deux prototypes
basés sur des principes de guidage différents sont en phase
de réalisation et seront évalués d’ici la fin de l’année.
Le CERN pour le circuit magnétique
La stabilité et l’homogénéité du champs magnétique durant
les deux phases de l’expérience sont des exigences fonda­
mentales. En collaboration avec le groupe de développement
de système magnétique du CERN, dirigé par le Dr Davide
­Tommasini, un circuit magnétique a géométrie cylindrique a
été évalué par simulation numérique à éléments finis. Un soin
particulier a été porté à la compensation des effets liés à la
température. Si les caractéristiques observées se confirment
dans la pratique, cet aimant sera l’un des plus stables jamais
conçu pour ce genre d’application. Un premier prototype sera
assemblé durant cette année et caractérisé à l’aide du système
de translation de l’EPFL.
Les premiers résultats et l’excellent déroulement de ces dif­
férentes collaborations permettent d’envisager l’avenir avec
optimisme pour atteindre une incertitude de quelques dizaines
de nW/W en 2015.
4 Prototype de déplacement basé sur le système Sarrus. L’intersection des deux plans définis par chaque parallélogramme décrit une trajectoire
­linéaire.
Références
[1] M. Gläser: Tracing the atomic mass unit to the
kilogram by ion accumulation, Metrologia, Vol. 40,
pp. 376–386, 2003.
[2] H. Kajastie, K. Riski, A. Satrapinski: Mass determination
with the magnetic levitation method – proposal for a
new design of electromechanical system, Metrologia,
Vol. 46, pp. 298–304, 2009.
[3] P. Becker, H. Bettin, H-U. Danzebrink, M. Gläser,
U. Kuetgens, A. Nicolaus, D. Schiel, P. De Bièvre,
S. Valkiers, P. Taylor: Determination of the Avogadro
constant via the silicon route, Metrologia, Vol. 40,
pp. 271–287, 2003.
[4] B. Jeckelmann, W. Beer: Hat das Urkilogramm aus­
gedient?, OFMET-Info, Vol. 5, Nr. 2, pp. 10–17, 1998.
[5] P. Richard: Pourquoi la masse diminue-t-elle sous vide ?,
METinfo, Vol. 12, Nr. 1, pp. 19–21, 2005.
[6] P. Fuchs: Dem Kilogramm auf der Spur, METinfo, Vol 13,
Nr. 1, pp. 24–25, 2006.
[7] I. A. Robinson, B. P. Kibble: An initial measurement of
Planck’s constant using the NPL Mark II watt balance,
Metrologia, Vol. 44, Nr. 6, pp. 427–440, 2007.
[8] R. Steiner, E. R. Williams, D. B. Newell, R. Liu: Towards
an electronic kilogram: an improved measurement
of the Planck constant and electron mass, Metrologia,
Vol. 42, 2005.
[9] A. Eichenberger, G. Genevès, P. Gournay: Determination
of the Planck constant by means of a watt balance, Eur.
Phys. J. 172, pp. 363–383, 2009.
Dr Ali-Laurent Eichenberger (à gauche), chef du
projet Balance de watt, tél. direct +41 31 32 33 551,
[email protected], et Dr. Henri Baumann, chef de la section Mécanique, tél. direct
+41 31 32 33 243, [email protected].
Balance de watt
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 29
Flash
METAS-Dienstleistungen / Prestations de METAS
Neue und verbesserte Messeinrichtungen
Dispositifs de mesure nouveaux ou améliorés
In den METAS-Laboratorien wurden mehrere Messeinrichtungen und -verfahren neu aufgebaut und
­andere weiterentwickelt, wodurch das Dienstleistungsangebot weiter verbessert werden konnte.
Dans les laboratoires de METAS, plusieurs installations et procédés de mesure ont été créés ou développés,
ce qui a permis d’améliorer l’offre de prestations.
Rudolf Thalmann
Ein vollständiger, aktualisierter Katalog der Dienstleistungen
mit den Namen der dafür zuständigen Fachleute ist auf­
www.metas.ch/services zu finden.
Un catalogue complet et actualisé des prestations, avec les noms
des spécialistes correspondants, est disponible sous www.metas.
ch/services.
EMV-Dienstleistungen erweitert
Die europäischen Normen stellen bezüglich elektromagnetischer Verträglichkeit stets höhere Anforderungen: Einerseits
steigen die Genauigkeitsanforderungen
an die Testgeräte, andererseits erweitert sich der Frequenzbereich deutlich
über 1 GHz. Um dem Bedarf der Industrie gerecht zu werden, hat das METAS
seine Dienstleistungen erweitert: Kalibrierung von Rahmenantennen von
10 Hz bis 30 MHz, Erweiterung des
Frequenzbereiches für EMV-Antennen
bis 18 GHz. Das EMV-Labor bietet neu
die Charakterisierung von EMV-Hallen
bis 18 GHz an und hat im Weiteren die Messung von «Burst»und ESD- Adaptern (ESD = Electrostatic Discharge) verbessert.
Prestations CEM étendues
Les normes européennes posent des exigences de plus en plus
élevées en matière de compatibilité électromagnétiques. D’une
part, les instruments de mesure utilisés
lors de tests doivent satisfaire à des exigences toujours plus précises, d’autre
part, le domaine des fréquences s’étend
de plus en plus en dessus d’un GHz. Afin
de répondre au mieux aux besoins de l’industrie, METAS a étendu ses prestations :
étalonnage d’antennes circulaires de
10 Hz à 30 MHz, étalonnage d’antennes
monopoles, extension jusqu’à 18 GHz du
domaine de fréquence pour l’étalonnage
des antennes de CEM. METAS offre la caractérisation de
chambres anéchoïques jusqu’à 18 GHz et a également affiné
ses ­mesures de cibles ESD (Electrostatic Discharge) et d’adaptateurs de « burst » (transitoires).
Quellenimpedanz von Hochfrequenz-Generatoren
Die Ausgangsimpedanz bzw. der ausgangsseitige Reflexionsfaktor eines Hochfrequenz-Generators ist oft unbekannt oder
ungenügend spezifiziert. Wird der Generator mit einem Prüfling verwendet, der eine hohe Eingangsreflexion aufweist (zum
Beispiel ein Oszilloskop), kann dies bei der Bestimmung der
Leistungsübertragung zu einem erheblichen Fehler führen. Bei
Kenntnis der Quellenimpedanz des Generators hingegen kann
dieser Messfehler korrigiert und damit eine bessere Messgenauigkeit erzielt werden. Das METAS kalibriert komplexe
Ausgangsreflexionsfaktoren (Amplitude und Phase) von
50-Ohm-Generatoren bis 18 GHz. Das passive Messverfahren
basiert auf der Verwendung vorgängig charakterisierter Re­
flexionsstandards. Die erweiterte Messunsicherheit ist kleiner
als 0.03.
30 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
Impédance de source de générateurs à haute fréquence
L’impédance de sortie resp. le coefficient de réflexion de sortie
d’un générateur haute-fréquence est souvent inconnue ou insuffisamment spécifiée. Si le générateur est utilisé avec un objet à
étalonner à impédance interne élevée (comme un oscilloscope
par exemple), cela peut provoquer une erreur considérable dans
la détermination de la transmission de puissance. En revanche,
si l’on connaît l’impédance d’entrée du générateur, l’erreur de
mesure peut être corrigée et l’exactitude de mesure améliorée.
METAS étalonne des coefficients de réflexion de sortie complexes
(amplitude et phase) de générateurs 50-Ohm jusqu’à 18 GHz.
La procédure de mesure passive est basée sur l’utilisation de standards de réflexion préalablement caractérisés. L’incertitude de
mesure est inférieure à 0.03.
Optische Koordinatenmesstechnik
für kreisförmige Strukturen
Für die effiziente Vermessung komplexer Bauteile werden in
der industriellen Fertigung vermehrt optische Koordinatenmessgeräte eingesetzt. Für die Kalibrierung solcher Mess­
systeme werden Glasmassstäbe und zweidimensionale Photo­
masken verwendet, die mit der am
METAS entwickelten Maskenmess­
maschine mit Messunsicherheiten von
weniger als 50 nm kalibriert werden
können. Für die normengerechte
­Überprüfung bildgebender Sensoren
werden zunehmend Masken mit kreisförmigen Strukturen verwendet. Dank
eines neu entwickelten Verfahrens bietet das ­METAS nun auch die Kalibrierung von Durchmesser und Rundheitsabweichung kreis­förmiger Strukturen an, wobei auch gefilterte
Rundheitsparameter bestimmt werden können. Die Mess­
unsicherheit liegt im Subpixel­bereich von 0.1 µm bis 1 µm,
abhängig von der Qualität und der G
­ rösse der Struktur.
Effizientere und genauere Kalibrierungen
von Kolbenmanometern
Die Bestimmung des Wirkungsquerschnittes von Kolben-­
Zylinder-Paaren von Druckwaagen geschieht üblicherweise
durch Erzeugung eines Gleichgewichtes zweier Instrumente,
was eine äusserst langwierige Prozedur ist. Das Drucklabor hat
nun ein System aufgebaut, das den Vergleich von DrehkolbenManometern über einen differenziellen Druckaufnehmer erlaubt. Der durch das zu kalibrierende Manometer erzeugte
Druck ist damit durch die Summe der Werte der Referenzdruckwaage und des differenziellen Druckaufnehmers gegeben. Dank diesem Verfahren kann die Unsicherheit, die durch
die Wiederholbarkeit der Druckleckrate des Kolbens entsteht,
eliminiert und die Kalibrierung von Kolbenmanometern unterhalb 160 bar effizienter durchgeführt werden.
Mobiles Gasgemisch-Normal für die Luftreinhaltung
Luftschadstoffe wie Ammoniak, Stickstoffdioxid oder Formaldehyd sind reaktiv. Darum sind sie in Stoffmengenanteilen
unter 10 μmol/mol in Druckflaschen
nicht mehr stabil haltbar. Für die Kalibrierung und Kontrolle von Gasanalysatoren in Luftüberwachungsstationen
hat das Labor Gasanalytik in Zusammenarbeit mit einem externen Partner
einen mobilen Permeationsofen entwickelt. Bei der Permeation diffundieren
Gasmoleküle des Analyten entlang
­eines Konzentrationsgefälles durch
­eine Membran in ein inertes Trägergas.
Aufgrund der hohen Fluss- und Temperaturstabilität des
­mobilen Ofens können nun vor Ort Referenzgasgemische von
Luftschadstoffen im nmol/mol-Bereich mit relativen Unsicherheiten kleiner als 1 % erzeugt werden.
METAS-Dienstleistungen / Prestations de METAS
Métrologie dimensionnelle optique
pour structures circulaires
Pour un mesurage efficace de composantes complexes, la production industrielle utilise de plus en plus des machines à mesurer
les coordonnées optiques. L’étalonnage de ces systèmes de mesure
est effectuée à l’aide de règles en verre et de photomasques bidimensionnels, qui peuvent être étalonnés
avec la machine à mesurer les masques
développée à METAS, avec une incertitude de mesure inférieure à 50 nm. Pour
une vérification conforme aux normes de
capteurs d’image, on utilise de plus en
plus de masques à structures circulaire.
Grâce à un procédé récemment développé, METAS propose aussi l’éta­lonnage
du diamètre et de l’écart de ­circularité de
structures circulaires, tout en respectant
les conditions normalisées de filtrage. L’incertitude de mesure se
situe dans le domaine du sous-pixel, entre 0.1 µm et 1 µm, selon
la qualité et la taille de la structure.
Étalonnage plus efficace et plus précis
de manomètres à piston
On détermine habituellement la section effective des ensembles
piston-cylindre de balances de pression en réalisant un équilibre
entre deux instruments, ce qui représente une procédure particulièrement longue. Le laboratoire de pression a développé un système qui permet de comparer des manomètres à piston tournant
à l’aide d’un capteur de pression différentiel. La pression générée
par le dynamomètre en cours d’étalonnage est ainsi donnée par
la somme de la valeur du manomètre de référence et la valeur
donnée par le dynamomètre différentiel. Cette méthode a permis
d’éliminer l’incertitude provenant de la répétabilité du taux de
fuite du piston et permet d’étalonner de façon plus efficace les
manomètres à piston utilisés au dessous de 160 bars.
Étalon mobile de mélanges de gaz pour la protection de l’air
Les polluants atmosphériques comme l’ammoniac, le dioxyde
d’azote ou le formaldéhyde sont réactifs. Pour des fractions
molaires inférieures à 10 μmol/mol, une mauvaise stabilité à
long terme ne permet pas de les conserver en cylindres sous pression. Pour étalonner et contrôler les analyseurs de gaz, le laboratoire Analyse de
gaz, en collaboration avec un partenaire
extérieur, a développé un four à perméation mobile. Le principe de la perméation est basé sur la propriété des molécules de gaz de diffuser à travers une
membrane en raison d’une chute de
concentration dans un gaz inerte. En
raison de la stabilité élevée du débit et de
la température du four mobile, on peut
maintenant produire sur place des mélanges de gaz de référence
de polluants atmosphériques dans le domaine des nmol/mol,
avec une incertitude relative inférieure à 1 %.
METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010 | 31
Flash
METAS-Dienstleistungen / Prestations de METAS
Simulationsverfahren für die Prüfung
neuester Radarmessgeräte
Zur Zeit kommen neue Generationen von Radargeräten auf
den Markt, welche die Geschwindigkeiten mehrerer Fahrzeuge
auf mehreren Spuren gleichzeitig erfassen können. Bisher konnten Geräte für
solche komplexen Verkehrssituationen
nur im Verkehr geprüft werden, was
keine wiederholbaren Messungen zulässt. Das METAS hat nun ein Simu­
lationsverfahren entwickelt, mit dem
im Labor gezielt und wiederholbar
komplexe Fahrzeugsituationen simuliert und die Geräte zuverlässig geprüft
werden können.
Procédure de simulation pour contrôler
les derniers appareils radar
On trouve sur le marché de nouvelles générations d’appareils
radar, capables de mesurer en même temps la vitesse de plusieurs
véhicules circulant sur différentes voies.
Jusqu’à présent, on ne pouvait contrôler
de telles situations de trafic complexes
qu’en situation de trafic réel, ce qui
excluait toute répétabilité des mesures.
METAS a mis au point une procédure de
simulation en laboratoire qui permet de
simuler de manière ciblée et répétable
des situations de trafic routier complexes
et de contrôler les radars de manière
­fiable.
Agenda
Metrologiekurse / Cours en métrologie
Kurs / Cours
Datum / Date
Ort / Lieu
Grundlagen der elektrischen Kalibriertechnik
Spezifische Themen aus dem Bereich der elektrischen Kalibriertechnik
in Theorie und Praxis
7. – 8. September 2010
METAS, Wabern
EMC Pulses Measurement Uncertainty
Course for employees of calibration and emc testing laboratories,
performing pulse calibrations
15 September 2010
METAS, Wabern
Techniques de base des étalonnages électriques
Sujets spécifiques du domaine des étalonnages électriques du point de vue
­théorique que pratique
21 – 22 septembre 2010
METAS, Wabern
RF and Microwave Calibration Technique
Advanced training for the staff of calibration laboratories
24 – 25 November 2010
METAS, Wabern
RF and Microwave Calibration Technique
Advanced training for the staff of calibration laboratories
30 November – 1 December 2010
METAS, Wabern
Weitere Informationen sind über www.metas.ch/kurs erhältlich, Anmeldungen sind an [email protected]
oder Beatrice Steiner, Direktwahl +41 31 32 33 430, zu richten.
Weitere Veranstaltungen / Autres manifestations
Veranstaltung / Manifestation
Datum / Date
Ort / Lieu
Formation continue
pour les vérificateurs cantonaux
8 novembre 2010
METAS, Wabern
Weiterbildung
für die kantonalen Eichmeister
9. November 2010
METAS, Wabern
SGSMP-Jahresversammlung 2010
Jahresversammlung und wissenschaftliche Tagung der Schweizerischen Gesellschaft
für Strahlenbiologie und Medizinphysik (SGSMP)
11. – 12. November 2010
METAS, Wabern
32 | METinfo | Vol. 17 | No. 2/2010
Bundesamt für Metrologie METAS
Lindenweg 50, CH-3003 Bern-Wabern, Telefon +41 31 32 33 111, www.metas.ch