INRIM

Il Settore di Metrologia Elettrica svolge tre principali attività di ricerca riguardanti la metrologia elettrica per grandezze in continua, per grandezze in alternata e la metrologia elettrochimica.
In modo specifico nel Settore sono migliorati, mantenuti e disseminati i campioni di corrente, tensione continua, di resistenza, capacità, induttanza, trasferimento da alternata a continua, potenza ed energia elettrica e conducibilità elettrolitica.
Il Settore è stato coinvolto nello sviluppo di nuovi sistemi di misura e, come membro attivo del CCEM, CCQM, EUROMET e CODATA, ha preso parte all'attività di tali organismi e coordinato e partecipato a confronti internazionali.

La misurazione accurata di correnti continue dell'ordine del picoampere è importante per la taratura di strumenti quali: analizzatori delle curve caratteristiche di dispositivi elettronici,  dosimetri per radiazioni ionizzanti, amplificatori di carica.
E' in corso l'estensione del campione nazionale di corrente continua fino a valori dell'ordine del picoampere. A questo scopo sono state sviluppati due diversi generatori di corrente. Il primo opera nell'intervallo 100 pA - 100 fA ed è basato su un circuito di carica e scarica di un condensatore con dielettrico gassoso. Il secondo  può generare correnti da 10 µA fino a 10 pA per mezzo di  un resistore tarato. In entrambi i casi la corrente è riferibile ai campioni nazionali, rispettivamente di capacità e frequenza o di tensione e resistenza.  I due sistemi verranno utilizzati nel confronto internazionale EUROMET EM-S24.

La stazione di misura, dedicata alla taratura di resistori di basso valore ed elevata corrente, è stata completata con l'estensione della corrente di misura fino a 2000 A. E' ora possibile misurare resistori nel campo 1 µΩ - 10 Ω per confronto diretto con resistori campione da 1 Ω e 10 Ω con una accuratezza di poche parti in 10^-6.  

E' stato costruito un sistema per la taratura di pinze amperometriche in corrente alternata (50 Hz) operante nel campo 0-1500 A. Il sistema è costituito da un trasformatore di alimentazione in grado di erogare 1500 A sul secondario. La corrente generata è misurata da un sistema costituito da un trasformatore campione, da un resistore e da un multimetro. La pinza amperometrica, diposta su una piattaforma basculante, è applicata al circuito percorso dalla corrente. Il livello di accuratezza del metodo sono compresi tra1.5·10 ^-3 a 100 A e 4.2·10^-3 a 1500 A.

L'attività sperimentale è stata concentrata nella preparazione e partecipazione al Confronto Chiave CCQM-K36 su soluzioni con conducibilità elettrolitica nominale pari a 0.5 e 0.005 S/m. E' stata svolta attività per il miglioramento del campione nazionale di conducibilità elettrolitica di soluzioni acquose, consistita in particolare nella ridefinizione delle connessioni elettriche tra il ponte RLC e la cella elettrolitica, nella procedura di messa in punto open/short del ponte, nel perfezionamento del sistema automatico di acquisizione dei dati, e nella caratterizzazione di un campione di riferimento secondario.
Per verificare la possibilità di realizzare nuove celle per la misura di conducibilità elettrolitica di soluzioni diluite sono state effettuate alcune prove di inerzia chimica e di inquinamento delle soluzioni su rame, oro, acciaio e platino per utilizzare questi materiali come elettrodi, e sul vetro e sul Delrin per le pareti delle celle.
Utilizzando nuove celle con elettrodi planari depositati su una base di materiale isolante, progettati e sviluppati in Istituto, sono stati effettuati studi e misure di impedenza di soluzioni acquose con diversa concentrazione di KCl. L'obiettivo di questo lavoro, effettuato in collaborazione con il settore Elettromagnetismo Applicato, è stato quello di confrontare i dati sperimentali con i risultati ottenuti attraverso simulazioni numeriche.
È stata effettuata attività di consulenza alla ditta Chemifarm srl finalizzata all'accreditamento per la produzione di soluzioni di riferimento certificate per la frazione di massa e per l'indice di rifrazione. Durante questo lavoro sono stati effettuati studi di omogeneità e di stabilità sulle soluzioni, composte di acqua e saccarosio, per l'adeguamento del laboratorio al Sistema Qualità.

Il campione primario di potenza  è ora disponibile dalla DC a 40  GHz per tre differenti linee di trasmissione  a 50 Ohm (7 mm, 3.5  mm e 2.92 mm). Il campione è ottenuto con la tecnica del  microcalorimetro ed il dispositivo di trasferimento ora è un  sensore termoelettrico di potenza per tutta la  banda di frequenza e i  tipi di linea di trasmissione menzionati. Termocoppie commerciali  modificate sono risultate essere più efficienti dei più  tradizionali rivelatori bolometrici e sopratutto hanno permesso un  miglioramento significativo di accuratezza.
Le misure di parametri S si estendono da 100 kHz a 50 GHz. Questa  tipologia di misura  e la relativa riferibilità è mantenuta  ufficialmente soltanto per linee coassiali da 7, 3.5, 2.92, 2.4  millimetri.

Nell'ambito del confronto internazionale EUROMET.EM-K11 sono state effettuate misure accurate dell'errore di trasferimento da alternata a continua a livello del millivolt mediante convertitori termici a singola giunzione e divisori resistivi. Per gli stessi livelli di tensione è stato sperimentato un nuovo metodo di taratura dei trasferitori che utilizza un trasformatore a larga banda per i confronti di tipo alternata-alternata.

Per la potenza elettrica è stato costruito in un nuovo divisore, che permette alla sezione di tensione del sistema primario di operare nelle portate più convenienti ed ad una frequenza più elevata. È stata migliorata, inoltre, la catena di riferibilità dai campioni nazionali al sistema di misura della potenza trifase.
È stato costruito un sistema per la caratterizzazione dei convertitori analogico-digitali (ADC) e digitali analogici (DAC), avente come riferimento metrologico un voltmetro a campionamento di elevata precisione. Il segnale di uscita del sistema è ottenuto sommando due contributi con peso diverso ottenuti da due DAC di pari risoluzione. La regolazione automatica consente di aumentare la precisione per la caratterizzazione statica o di diminuire la distorsione per quella dinamica.

E' stato costruito un nuovo ponte di rapporto per impedenze a quattro coppie di terminali, costruito per la generazione di scale di capacità e resistenza nel dominio delle frequenze acustiche. Diventerà parte della catena di riferibilità per la riproduzione dell'unità di capacità, il farad, a partire dalla resistenza di Hall quantizzata. L'incertezza di misura del rapporto è migliore di 1·10^-7.

E' stato costruito un nuovo sistema per la misura riferita di tensione, corrente e potenza di rumore nel dominio delle frequenze acustiche. La sensibilità è migliore di 10^-23 W/Hz. Verrà impiegato nella misura di spettri di rumore di dispositivi attivi e passivi, e nella misura del rumore Johnson di campioni di impedenza.