Hvor lang er en meter?

I et kælderrum på DTUs campus i Lyngby opbevares den danske rigsprototype på mål fra 1889: En meterstok i platin.

I dag tager man lasere i brug, når længden af en meter skal bestemmes.

Men fra 1907 til 1988 tjente platinstokken det danske kongerige som primærnormal.

Meteren opbevares sammen med et certifikat, der fortæller, at denne prototype måler en meter og 2,7 mikrometer (en mikrometer er en milliontedel af en meter, red.), og at længden er angivet med en usikkerhed på 0,1 mikrometer.

Certifikatet vidner om metrologiens største dyd: At måle med så stor nøjagtighed som muligt og at være i stand til at bestemme usikkerheden.

»En måling har ikke megen værdi, medmindre man kan knytte en usikkerhed til den. Det er usikkerheden, der gør målingen sammenlignelig med andre målinger,« forklarer Kai Dirscherl.

Han og Jørgen Garnæs, der begge forsker ved Danmarks nationale måletekniske institut, Dansk Fundamental Metrologi (DFM), viser rundt i kælderen under bygning 307 på DTU's campus i Lyngby.

Målinger skal være sporbare og sammenlignelige

To etager over kælderrummet har DFM deres lokaler, hvor Michael Kjær, direktør for DFM, Kai og Jørgen inden da har fortalt om deres arbejde med at sikre, at danske målinger er sporbare og sammenlignelige.

»Når man køber et kilo kartofler i supermarkedet, er der nogen, der har kalibreret den vægt, kartoflerne er vejet på. Dem, der har kalibreret den vægt, har kalibreret hos nogle andre, som har kalibreret hos os - og vi får så kalibreret i Paris (hvor Bureau International des Poids et Mesures ligger, red.),« fortæller Michael Kjær og forklarer, at det handler om at opnå en sporbarhedskæde, så alle målinger kan spores tilbage til de internationale normaler i Paris.

»Det er afgørende for Danmarks evne til at eksportere produkter, at der er tillid til de målinger, vi foretager,« fastslår Michael Kjær og fortæller om F16-skandalen i starten af 80'erne, som var årsag til, at DFM opstod:

Danmark havde købt F16-fly i USA og havde lavet modkøbsaftaler med amerikanerne, som imidlertid ikke ville købe de danske produkter, fordi de ikke havde tillid til de målinger, produkterne var baseret på.

Målinger følger samfundets behov

I dag er meteren en veletableret målestandard, men i takt med, at der opstår nye behov i samfundet, udvikles nye målemetoder og referencenormaler.

Et af de nyere områder er måling af partikler i nanostørrelse (en nanometer er en milliardtedel af en meter, red.), som Jørgen Garnæs og Kai Dirscherl beskæftiger sig med - til gavn for blandt andet medicinalindustrien.

I dag bliver avanceret medicin produceret i rentrum, og for at man kan få de relevante godkendelser, skal man kunne bevise, at man har styr på produktionen.

Det indebærer, at man kan bevise, at det rentrum, man producerer i, er så rent, som man påstår.

I DFM's kælder viser Jørgen Garnæs og Kai Dirscherl en partikeltæller frem, der kan bestemme antallet og størrelsen af partikler i et rentrum:

Gennem en slange suges luft ind i apparatet, mens der konstant sendes lys mod den indsugede luft. Når lyset rammer en partikel spredes lyset, og det giver et lysglimt. Antallet af lysglimt er lig med antallet af partikler, og partiklernes størrelse kan fastslås ud fra intensiteten af glimtet.

Målinger skal være uafhængige af målemetoden

Hvor der er en måling, er der imidlertid et behov for at dokumentere, at målingen er korrekt. Til det formål fremstiller Jørgen og Kai referencepartikler, som virksomhederne kan bruge til at kontrollere deres tællere:

Små flasker med en væske, der indeholder partikler i en bestemt størrelse med en velkendt og veldokumenteret usikkerhed.

I kælderen under DFM's kontorer står et atomic force-mikroskop, som de to forskere bruger til at bestemme størrelsen af referencepartiklerne.

Mikroskopet virker ved, at en meget spids nål kører frem og tilbage over partiklen, mens den aflæser dens overfladestruktur, og et billede af partiklen tager lidt efter lidt form på en skærm.

Målingerne kan tage fra en time til ti dage, alt efter hvor nøjagtige de skal være. Partikeltælleren og atomic force-mikroskopet i DFMs kælder er blot to af de metoder, der i dag bruges til at måle partikler.

Forskellige metoder giver forskelligt resultat

»Der findes mere end fem forskellige målemetoder, og det er en kendsgerning, at hvis man måler de samme partikler med forskellige måleinstrumenter, så får man nogle resultater, der er meget forskellige. Vores mål er at prøve at forstå, hvorfor forskellige målemetoder giver forskellige resultater,« forklarer Jørgen.

Næste skridt er at udvikle en primærnormal for partikler, som skal gøre det muligt ikke blot at teste partikeltællerne, men også at kalibrere dem efter en standard, så alle partikeltællere tæller ens.

»Den fornemste metrologiske opgave er at sørge for, at vi kan lave en måling, der giver et resultat, der er uafhængigt af den metode, vi bruger. Størrelsen er jo ikke afhængig af, hvordan man måler,« fastslår Jørgen.

Lavet i samarbejde med Danmarks Tekniske Universitet