Il Dipartimento di Metrologia Termica conduce le sue ricerche nei campi di competenza del CCT (Comitato Consultivo di Termometria) e più precisamente sono attivi dei progetti che riguardano la definizione della Scala Internazionale di Temperatura del 1990 (ITS-90), l’igrometria e le proprietà termiche del materiali (proprietà termofisiche, radiative, termodinamiche e chimicofisiche).
Il Dipartimento partecipa e coordina vari progetti di ricerca internazionali (16 progetti EUROMET e 4 coordinamenti) e confronti internazionali organizzati dal BIPM e dall’EUROMET (11 confronti nel 2005). Sono stati attivati anche alcuni contratti di ricerca per sviluppare metodi di misura e strumenti innovativi. Nel 2005 i contratti attivi con organismi nazionali e internazionali, con ditte private e amministrazioni pubbliche erano 11.
I servizi di misura che vengono offerti spaziano nel campo della temperatura, del flusso termico, delle proprietà termofisiche e dell’umidità: nel 2005 sono stati emessi 209 certificati di taratura. Nel novembre 2005, è stato organizzato un incontro in ricordo del decimo anniversario della scomparsa del Prof. Luigi Crovini, scienziato di fama internazionale che guidò la scuola italiana di termometria ai più alti livelli scientifici. In questa occasione, l’edificio di Metrologia Termica è stato dedicato alla sua memoria, diventando così "l’edificio Luigi Crovini".
L’impegno sperimentale si è concentrato principalmente sulla conclusione delle misure riguardanti il termometro a gas interpolatore (ICVGT) che consentiranno nel 2006 all’INRIM l’estensione del campione nazionale da 25 K a 4 K con la sua certificazione internazionale in ambito MRA. Si sono completate inoltre le funzionalità del nuovo criostato automatico basato su un refrigeratore a ciclo chiuso per la realizzazione del campione sopra 25 K e si è acquistato un nuovo refrigeratore a ciclo chiuso che, operando fino ad una temperatura minima di 1.5 K, consentirà nei prossimi anni il mantenimento del campione nazionale e la maggior parte degli studi termici in campi criogenici senza più la necessità di utilizzare elio liquido. Infine, con un’azione iniziata nel 2004 nell’ambito dell’accordo Italia (MAE)-Cina, si è riusciti a far ripartire in Cina una produzione di termometri RhFe di elevata precisione, necessari, in particolare in INRIM, per la STI-90 sotto 25 K, e di cui non esisteva più da alcuni anni alcuna disponibilità a livello mondiale. La prima serie di tali termometri sarà acquistata, oltre che da INRIM, da altri 5 NMI di vari Paesi.
Celle sigillate per i punti fissi criogenici (ciascuna con diametro 10 mm).
L’attività nel campo della termometria a contatto con termometri a stelo lungo è stata incentrata sull’estensione regionale del Confronto Chiave K4 del CCT, circa il confronto ai punti di solidificazione dell’alluminio e dell’argento. I risultati dei confronti precedenti, ovvero l’estensione regionale dei Confronti Chiave del CCT K3 e K7, sono stati pubblicati sulla rivista Metrologia. Il Confronto Chiave K7 ha visto coinvolte le celle del punto triplo dell’acqua per la definizione del kelvin. Questo lavoro ha portato alla Raccomandazione T1 del CCT, ripresa dal CIPM con la Raccomandazione CI-2005, in cui vengono specificate la composizione isotopica di riferimento per il campione di acqua nelle celle del punto triplo e le correzioni necessarie da apportare nel caso in cui la composizione sia differente da quella di riferimento. All’interno del progetto EUROMET 772, è proseguita l’attività di ricerca sulla definizione della Scala Internazionale di temperatura attraverso le scale di pressione di vapore, tra 200 oC e 1000 oC, coordinata dall’INRIM. Tutti i sistemi di controllo di pressione e temperatura per i tubi di calore a controllo di pressione (GCHPs) sono stati ultimati, assemblati, testati e caratterizzati. L’intero sistema al momento è operativo e rappresenta il punto cruciale per la realizzazione dell’Amplificatore di Temperatura, proposto dall’IMGC e accettato da altri dieci laboratori europei. Anche il primo nuovo GCHP al mercurio è attualmente operativo: i primi risultati sull’uniformità e sulla stabilità di temperatura sono promettenti.
Insieme di celle per punti fissi.
Il gruppo di termometria a radiazione ha lavorato per sviluppare diversi apparati termometrici, nell’ambito dei contratti di ricerca con due istituti metrologici, l’IPQ (Portogallo) e l’NMC (Singapore). Sono stati costruiti, pienamente caratterizzati e recapitati ai due istituti, due termometri IR di precisione (termometri basati sull’InGaAs che coprono un intervallo di temperatura da 150 oC a 1100 oC con un NETD inferiore a 4 moC a 150 oC), una cella per il punto fisso dell’indio (156 oC) e un forno per la realizzazione di punti fissi. Inoltre, sono stati tenuti dei corsi all’IPQ e all’NMC sull’utilizzazione di tali strumenti.
L’attività sulle termocoppie Pt/Pd è andata avanti con il completamento e la caratterizzazione della nuova sorgente di trasferimento per tarature ad alte temperature (tra 900 oC e 1500 oC). Il nuovo forno semplifica le operazioni e consente di ottenere una regione di uniformità più estesa, migliorando in questo modo l’accoppiamento tra le termocoppie e la cavità di corpo nero. Sono state costruite e caratterizzate cinque termocoppie Pt/Pd per sostituire le termocoppie in Pt e lega di Pt-Rh attualmente in uso come campioni di riferimento secondari.
Forno per alta temperature per la taratura di termocoppie Pt/Pd.
L’istituto è impegnato nello sviluppo di un campione per la taratura di termometri per contatto nel campo tra 50 oC e 350 oC in modo da assicurare la riferibilità delle misure di temperatura superficiale. L’attività, volta a sopperire alla mancanza di un riferimento in ambito nazionale, è stata orientata alla progettazione ed alla modellizzazione del sistema e, quindi, alla caratterizzazione metrologica di un primo prototipo.
Lo sviluppo di termometri campione di trasferimento con ottica in fibra per applicazioni biomediche ed industriali ha richiesto il miglioramento delle tecniche di misura di decadimento fluorescente. Risultati promettenti sono stati ottenuti in un recente studio (in corso di pubblicazione) in cui sono stati confrontati metodi di elaborazione dei segnali nel dominio del tempo e della frequenza.
Modello termofluido-dinamico del sistema di riferimento ottenuto con il metodo agli elementi finiti.
La necessità di estendere il campo di misura a basse concentrazioni di vapore d’acqua (< 10-6mol/mol) è un’esigenza particolarmente sentita in vari settori industriali, dalla microelettronica alla produzione di gas. Il completamento di un generatore di umidità ibrido ( a saturazione e a diluizione) in grado di generare concentrazioni comprese tra 10-7mol/mol e 10-5mol/mol risponde proprio a questa esigenza.
E’ stata, inoltre, avviata una collaborazione con il Museo Archeologico dell’Alto Adige di Bolzano per lo sviluppo di metodi e di strumenti di misura atti a garantire la riferibilità all’interno della cella in cui è conservata la mummia dell’Uomo venuto dal ghiaccio. Per la conservazione della più antica mummia umida al mondo si devono riprodurre le condizioni termo-igrometriche che ne hanno permesso la conservazione sino ai giorni nostri (a bassa temperatura in aria satura di vapore d’acqua). I problemi di misura da affrontare sono prossimi allo stato dell’arte in quanto nella cella di conservazione la stabilità della temperatura dell’aria è entro 0,05 oC con un’umidità relativa del 99 %.
Una fase di caratterizzazione della cella di conservazione condotta in collaborazione con il museo
(per gentile concessione del Museo Archeologico dell’Alto Adige di Bolzano).
Nel 2005 l’IMGC ha contribuito in modo determinante non solo al completamento delle attività che hanno reso possibile il lancio pubblico del sito web del progetto nel settembre 2005, ma anche alla stesura dello Statuto e degli altri atti formali necessari per la costituzione di un’entità legale permanente di diritto inglese, "The evitherm Society", di cui Pavese è stato nominato Vice Presidente per la Metrologia, che proseguirà l’azione di promozione della Metrologia termica a livello non solo Europeo.
Il 2005 ha visto il termine della Rete Tematica europea SofTools_MetroNet, coordinata da Pavese, con 24 membri oltre ad ulteriori 15 partecipanti, con l’ultima Conferenza AMCTM a Lisbona nel giugno 2005 e con la pubblicazione, avvenuta nel febbraio 2006, del settimo volume della serie per la World Scientific.
Due sono per ora i principali followup di tale attività, iniziata nel 1993:
- l’attività del IMEKO Technical Committee TC21 "Mathematical Tools for Measurement", formato a fine 2004 e di cui Pavese è la Chairperson e Alistair Forbes (NPL) il Scientific Secretary;
- il nuovo Euromet/iMERA Joint Research Project "SofTools", di cui Pavese è coordinatore, che, con una quarantina di partecipanti, costituisce la prosecuzione diretta del Progetto EUROMET 668 e della rete europea.
Infine è stato costituito in ambito Euromet INTMET un focus group "mathematics and software" di cui Pavese è la Contact Person per l’Italia.
Quanto alle relative attività scientifiche del Gruppo, oltre a numerosi articoli, va segnalata la continuazione dell’impegnativa attività su contratto CERN per l’analisi delle tarature dei 5000 termometri criogenici usati in LHC.