《欧洲计量创新和研究计划(EMPIR)项目助力推出全球首款自给式便携露霜点校准仪》

  • 来源专题:计量基标准与精密测量
  • 编译者: 李晓萌
  • 发布时间:2025-03-27
  • 高性能的光学方法将服务于湿度测量供应链。

    在超纯工艺气体(如氩气、氮气和氢气)中,痕量水分是最大的基质污染物。它会影响使用这些气体的产品质量。尽管超纯气体的生产服务于许多关键技术领域,如高价值半导体制造和制药,但在本项目之前,痕量水分测量在相关范围和基质气体中仍然缺乏计量可追溯性。

    最近完成的欧洲计量创新和研究计划(EMPIR)项目“超纯工艺气体中的痕量水分计量”(20IND06,PROMETH2O)致力于填补计量可追溯性方面的知识空白。该联盟开发了可追溯且改进的光学测量方法,用于测量超纯工艺气体生产中仅几亿分之一的痕量水分污染。

    世界首款

    该项目的研究使合作伙伴Qrometric能够以其霜点发生器达到前所未有的精度,验证温度低至-100°C的霜点,而此前没有任何商业便携式校准仪覆盖这一温度范围。该霜点发生器系统是世界上首款自给式便携露/霜点校准仪,可在现场提供测量可追溯性。

    现在,用于湿度传感器和分析仪的现场校准仪器首次问世。该仪器的校准温度测量范围为-100 °C至0 °C,精度在0.5 °C至0.05 °C之间,能够在比大多数主校准标准更低的温度下进行测量。

    这一进步将有助于提高痕量水分测量的准确性,支持欧洲战略部门(如微电子和能源气体)减少浪费,并为制药业提供更好的生产环境。

    来自意大利国家计量研究院(INRIM)的项目协调员Vito Fernicola表示:

    “PROMETH2O项目成功解决了超纯气体中痕量水分污染计量可追溯性方面的关键问题。通过开发经过验证的方法并支持QROMETRIC公司推出低霜点发生器(LFPG),该项目实现了在-100°C霜点下对湿度传感器进行准确的现场校准,确保测量结果的可靠性和可追溯性。

    这款世界首创的仪器代表了该领域的一项重大进展,因为它可以在痕量水分水平(十亿分之几)直接校准传感器和分析仪,极大地提升了工业校准系统的先进性。

    改进后的准确性和可追溯性将提高微电子和制药等行业的质量控制水平,从而提高产品的可靠性。这一成就凸显了欧洲计量研究在支持行业需求方面,通过高精度测量解决方案所产生的影响。”

    该EMPIR项目由欧盟的“地平线2020”研究与创新计划以及EMPIR参与国共同资助。

  • 原文来源:https://www.euramet.org/publications-media-centre/news/news/empir-project-enables-launch-of-worlds-first-self-contained-portable-dew-frost-point-calibrator
相关报告
  • 《欧洲计量创新和研究计划(EMPIR)项目开发了非捕获式降水量计量器具的校准方法》

    • 来源专题:计量基标准与精密测量
    • 编译者:张宇
    • 发布时间:2024-09-14
    • 该项目的工作确保了那些无法使用既定方法校准的降水量计量器具的可追溯性。 大气降水,最常见的形式是雨或雪,对日常生活有着深远的影响,从交通和生产力到娱乐和个人安全。它还被世界气象组织(WMO)定义为基本气候变量,因此其测量和特征描述对于研究气候变化的影响至关重要。 用于测量降水的最常见仪器是捕获型计量器具,它们通过物理方式收集降水以确定体积(例如,翻斗式雨量计)或质量(例如,称重式雨量计)。然而,由于直接暴露在自然环境中,这些仪器会受到恶劣环境条件的影响(例如极低的温度或大风),因此需要经常维护。此外,这些器具可能会由于雨滴粘附在仪器的收集漏斗上而低估了实际降水量。 非捕获型计量器具(如光学雨滴谱仪)它们不是直接收集降水,而是通过“感应”降水,因此受这些问题的影响较小,并且除了降水强度之外,还能提供额外的信息,如雨滴大小、分布和能见度。由于它们不需要与环境直接接触,因此也非常适合在偏远地区或自动气象站使用。 然而,由于非捕获型计量器具不收集降水,因此无法使用参考流速或流量和时间的可追溯标准品进行校准。相反,需要用已知的液滴大小、频率和下落速度来重现降雨事件的特征。这意味着非捕获型计量器具一直没有可用的可追溯校准技术。 EMPIR项目基于非捕获型计量器具测量液态/固态大气降水的校准和准确性(18NRM03,INCIPIT)开发了用于非捕获式降水量计量器具的可追溯校准方法,专门用于可以纳入 CEN 和 ISO 标准的形式来实施。这里面包括对 CEN/TC 318/WG 12(降雨强度)和 ISO/TC 113(水文测量)的估算。 该项目开发了三种雨滴发生器,用于非捕获型计量器具的校准。 第一种由丹麦指定机构 DTI 开发,能够生成直径从 0.2 毫米(使用平头针)到 7 毫米(使用特制喷嘴)的液滴。第二种由热那亚大学 (UNIGE) 开发,使用高精度注射泵产生直径在4.5 mm 到 20 mm 之间的液滴,然后使用高分辨率相机进行测量。第三个由比利时国家计量研究所 (SMD) 设计,使用蠕动泵和不同的喷嘴几何形状来产生直径在 2.2 mm 到 4.9 mm 之间的液滴。 DTI 的雨滴发生器已成功用于实验室和现场测试的校准测量,而 UNIGE的雨滴发生器现在在 UNIGE 雨量计实验室运行,主要用于研究和提高用户对气象测量中可追溯性重要性的认识。SMD的雨滴发生器用于实验室内测试。 该项目在瑞士 Payerne 和意大利 Vigna di Valle 的两个 WMO 认可的现场测试点进行了实验室和现场的测量活动。在瑞士,DTI 和 UNIGE 雨滴发生器被用来验证一台激光测距仪。该装置还使用了 INRiM 开发的专用结构,允许液滴从 10 米处垂直落下,穿过仪器的感应区域而不受风力偏转。在意大利,UNIGE 发生器被用于验证一台光散射测距仪。 这是第一次进行这种现场和实验室验证。 该项目为 CEN 技术报告 CEN/TR 17993:2023“非捕获式降雨测量仪器的校准和准确性”和欧洲标准 CEN/prEN 18097:2024 草案“水文测量 - 降水强度测量 - 非捕获型雨量计的计量要求和测试方法”都做出了贡献。 该项目已经发表了多篇论文,包括发表在《气象应用》期刊上的“非捕获型降水测量仪器的校准:综述”和发表在《传感器》期刊上的“非捕获型降水量计的校准不确定性”。 项目协调员 Andrea Merlone (INRiM) 在谈到该项目的工作时说: “非捕获和非接触式仪器在环境测量中的应用越来越普遍,计量学界也迅速响应并为这些新兴技术建立了可追溯性服务。INCIPIT 是一个规范性项目,起源于更广泛的MeteoMet项目‘家族’中,参与其中的各个国家计量机构和指定的研究所以独特的方式直接参与了气候、农业和水文保护等基本测量领域:降水。该项目在技术开发和测试的仪器校准等最佳实践方面的成果,立即以发布新标准和指南的形式直接传达给了用户社区。该项目成果还吸引了制造商的兴趣,他们的使命是通过更好地了解自己的测量能力来提供不断完善的系统。 这个EMPIR项目由欧盟的地平线2020研究和创新计划以及EMPIR参与国共同资助。
  • 《欧洲计量创新和研究计划(EMPIR)项目确定了一种用于安全高效储存氢气的标准物质》

    • 来源专题:计量基标准与精密测量
    • 编译者:李晓萌
    • 发布时间:2024-10-09
    • 氢气(H2)是一种可以储存的能源气体,为波动较大的能源提供备用,但该领域仍缺乏重要的计量。 欧盟的目标是到2030年,欧洲42.5%的能源使用将来自可再生能源。氢气是一种清洁能源气体,燃烧时只留下水的残留物。它还可以被存储以帮助平衡能源供需,并为风能或太阳能等间歇性能源提供备份。然而,储氢市场尚不可持续,因为重要的计量仍有待确定。其中包括能源转换过程,这些过程缺乏对准确计费和质量控制标准的可追溯性,而潜在的安全问题仍未得到解决。 目前,氢气主要使用压缩或液化氢气系统储存。一个有吸引力的替代方案是通过低温吸附将气体物理储存在多孔材料中,因为这些方法在较低的压力下提供了快速、可逆的储存。然而,到目前为止,还没有确定任何物质作为氢低温吸附测量的标准,因此很难根据可靠的标准对测量结果进行比较。 现已完成的EMPIR项目“先进储氢解决方案计量”(19ENG03,MefHySto)解决了这个问题。 储氢能力的实验室间比较 在该项目中,结晶金属有机材料Zeolitic咪唑盐骨架-8(ZIF-8)被确定为可能的储氢候选物质,由于其结构特性和机械稳定性,可以提供显著的氢气吸收。它还允许高度的填充和优异的循环性,这导致在其寿命期间可重复吸附和解吸大量氢气。 该材料也是疏水的,这有助于在制备和称重过程中减少水的吸附,提高测量的准确性,并在不使用惰性或干燥气氛的情况下促进简单、可靠的活化。 为了评估ZIF-8,该财团生产了大量ZIF-8颗粒,并将其分发到全球9个不同的实验室。这些实验室利用15种不同的实验装置,在77 K(-196.15℃)和高达100巴的条件下测量了ZIF-8的重量吸氢量。考虑到压力范围、分析仪类型、分析温度控制以及校正或补偿仪器中存在的热梯度的程序,对结果进行了评估。 这一大型实验室间比较的结果表明,H2吸附的再现性很高,相对标准偏差约为4%,并清楚地表明ZIF-8颗粒的处理和活化过程具有高稳定性、均匀性和易用性。 该项目实现的储氢基础计量将鼓励行业和投资者对支持向大规模使用这种清洁气体作为能源过渡所需的基础设施的推出充满信心。 项目协调员Dirk Tuma(BAM)谈到了所开展的工作: “该项目成功地解决了整个氢气供应链中储氢解决方案的各个重要方面,并采用严格的计量方法,通过单独的工作包解决了这些问题。这始于电解(氢气转化为电能)的氢气质量,然后是氢气和含氢混合物的状态特性,然后是燃料电池(氢气转化成电能)问题,最后是可逆和地质储氢”。 该EMPIR项目由欧盟地平线2020研究和创新计划和EMPIR参与国共同资助。