Laboratorio de Densidad de Sólidos

El Laboratorio de Densidad de Sólidos consta de dos secciones, Sección de Densidad y Sección de Volumen.

Sección de Densidad

Unidad y realización

La unidad de densidad es el “kilogramo por metro cúbico” (kg/m³)

El Patrón Nacional correspondiente a la magnitud Densidad, mantenido, conservado y custodiado por el Centro Español de Metrología, queda establecido a través de las magnitudes fundamentales de masa y longitud.

Está materializado en una esfera de silicio monocristal ultra puro perfectamente pulida, con un valor de rugosidad Ra de 3,93 Ǻ, y un error de redondez de 90,2 nm. El espesor de la capa de óxido se determinó utilizando un elipsómetro de luz blanca con analizador rotante, obteniéndose unos valores entre 4,07 nm y 4,45 nm.

El material utilizado para su realización fue un lingote de monocristal de silicio, con las siguientes características: orientación de cristal de (1,0,0) con una desviación máxima de 2º, semiconductor “tipo N” dopado con fósforo, resistividad mínima de 1000 W·cm, contenido máximo de carbono de 5×10¹⁵ átomos por centímetro cúbico, contenido máximo de oxígeno de 2×10¹⁵ átomos por centímetro cúbico, coeficiente de dilatación térmica de 2,55×10^-6 ºC^-1, coeficiente de compresibilidad – 3,1×10^-9 kPa.

Las medidas de los radios absolutos se realizaron por interferometría con láseres Helio-Neón estabilizados con I₂. El valor de masa tiene trazabilidad al Patrón Nacional de Masa, copia nº 24, del Prototipo Internacional del Kilogramo.

Diseminación

Los patrones secundarios de densidad lo forman un conjunto de tres esferas de cuarzo perfectamente pulidas, con un defecto de redondez inferior a 500 nm. Su masa es de 840 g aproximadamente, y el diámetro es de 90 mm. El volumen de las esferas de cuarzo se determina por comparación con el Patrón Nacional de Densidad mediante un proceso de pesaje hidrostático, en un comparador con una resolución de 10 mg. La incertidumbre típica relativa obtenida en la calibración es de 6×10^-7 (para k=1).

Mantenimiento

El mantenimiento del Patrón Nacional de Densidad se garantiza a través de los procedimientos de medida y comparaciones establecidos en el Sistema de Gestión de la Calidad del CEM y en la participación en comparaciones internacionales de alto nivel entre Institutos Nacionales de Metrología.

Trazabilidad

La esfera de silicio es trazable a patrones primarios de longitud y masa.

El Patrón Nacional tiene como objetivo ofrecer trazabilidad a las mediciones de densidad de sólidos y líquidos que se realizan en el país.

Alcance

El sistema de pesada hidrostática está diseñado para realizar mediciones de densidad de cualquier líquido (inocuo para los patrones de densidad), y de sólidos cuya masa no sobrepase los 60 kg debido al alcance de los instrumentos de pesaje.

Principales actividades y objetivos

En la Sección de Densidad se realizan las tareas que se detallan a continuación:

• Mantenimiento, custodia y conservación del Patrón Nacional de Densidad.

• Transferencia y diseminación del Patrón Nacional de Densidad a los patrones primarios de acero inoxidable.

• Diseminación de la densidad en cuerpos sólidos y patrones de masa desde 100 mg hasta 50 kg.

• Cooperación con organismos metrológicos, tanto a nivel nacional como internacional.

• Desarrollo de software para aplicaciones de gestión y control de equipos en calibraciones de densidad.

• Determinación de densidad de líquidos.

Servicios:

• Calibraciones de:

  • densidad en pesas, desde 10 mg a 50 kg

  • densidad en probetas (muestras del material de las pesas)

  • densidad en cuerpos sólidos específicos

Nota: Estas calibraciones, en su caso, se llevan a cabo acorde a las capacidades de medida publicadas en la base de datos del BIPM. (http://kcdb.bipm.org).

• Asesoramiento en:

  • procedimientos de calibración de densidad de sólidos,

  • evaluación de incertidumbres de medida en la magnitud densidad,

  • implantación de sistemas de gestión de la calidad en la magnitud densidad.

• Formación de expertos y cursos específicos hechos a medida.

Proyectos e investigaciones:

Se está trabajando en la mejora de la calibración de las pipetas de pistón (también llamadas micropipetas).