Som Nationellt Metrologiskt Institut ansvarar RISE genom våra riksmätplatser för de centrala storheterna inom SI-systemet.

SI-enheterna

SI är uppbyggt av sju grundenheter, ett stort antal härledda enheter och en samling prefix.

Andra enheter

Alla andra SI-enheter kan härledas från de sju grundenheterna genom enkel multiplikation och division. Vissa härledda enheter har särskilda namn, till exempel hertz för frekvens, newton för kraft, pascal för tryck och joule för energi. Andra enheter har inte egna namn utan benämns utifrån de ingående enheterna, till exempel meter per sekund (m/s) för hastighet och kilogram per kubikmeter (kg/m³) för densitet.

Fler riksmätplatser:

• Tryck och vakuum
• Kraft och moment
• Effekt och energi
• Högspänning och högström
• Volym och flöde
• Ljud och vibration
• Högfrekvens och Mikrovågor

Kunskapssammanställningen Risk- och skyddsfaktorer – vad vet vi och vad kan göras med kunskapen? finns tillgänglig i DIVA-databasen och bakgrundsmaterial, inklusive källkod för att skapa figurerna i rapporten, finns att ladda ner från Open Science Foundations hemsida: https://osf.io/935b6/. Allt material har publicerats under den öppna licensen Creative Commons Attribution 4.0 International som innebär att det är fritt att dela och använda/vidareutveckla materialet, även för kommersiella syften, så länge hänvisning ges till rapporten.

Nästa steg i arbetet handlar om mätning av risk- och skyddsfaktorer, där bl.a. Stockholmsenkäten spelar en central roll. Stockholmsenkäten genomförs varannat år genom samarbete med skolor, där årskurs 9 och gymnasiets åk 2 tillfrågas om anonymt deltagande. Ett omfattande arbete har genomförts för att psykometriskt utvärdera vilka index som kan användas för att representera risk- och skyddsfaktorer utifrån Stockholmsenkätens frågor, baserat på data från 2006 till 2020. Analyserna av enkätdata kommer att tillgängliggöras under slutet av 2022. Psykometriska analyser utförs primärt med Rasch-metodik, en form av modern testteori. Resultat av analyserna tillgängliggörs löpande på webbsidan https://pgmj.github.io/sthlmsenk/ där även källkoden till analyserna finns tillgänglig.

Som komplement till Stockholmsenkäten kartläggs andra datakällor och möjliga indikatorer, inte minst för att identifiera risk- och skyddsfaktorer som rör barn i lägre åldrar.

Under vintern 2022 till sommaren 2023 pågår arbete med att ta fram ett webbaserat interaktivt visualiseringsverktyg som byggs med verktyg från öppen källkod (R Shiny). Visualiseringsverktyget finns tillgängligt som öppen källkod: https://github.com/pgmj/did

Visualisering av data görs även tillgängligt som automatiserade kommunrapporter med hjälp av publiceringsverktyget Quarto och statistikspråket R, båda öppen källkod. Det möjliggör att använda en adaptiv gemensam mall med lokala anpassningar, exempelvis gällande vilka kommuner som ska finnas med i jämförelsematerial. Kommunrapporterna produceras i HTML-format för lättare navigering och tillgänglighet, men kan även göras som PDF-filer. Källkoden för dessa rapporter finns också fritt tillgänglig: https://github.com/pgmj/DIDreport

Visualiseringsverktyget är en del av initiativet Data i Dialog (DiD) som Länsstyrelsen i Stockholm driver för att stötta kommuner i arbete med främjande och förebyggande insatser för barn och ungas välbefinnande. DiD har tre steg, där första steget fokuserar på analys och visualisering av data, både utifrån övergripande datakällor och lokala sådana. Andra och tredje steget handlar om kartläggning av verksamheter och insatser som finns i dagsläget, samt att ta fram en handlingsplan för strategiska satsningar på främjande och förebyggande arbete framåt.

Behovet av kvalitetssäkrade mätningar under dynamiska förlopp är stort inom många områden och branscher som exempelvis energi, hälsa, tillverkning, material och fordon. Konkreta exempel är mätning av krafter vid barriärprover, vridmoment och rippel i elmotorer eller mätningar vid utmattnings- och hållfasthetsprovning.

Statisk kalibrering vid dynamiska mätningar

En stor del av mätningar av mekaniska förlopp sker under dynamiska förhållanden. Detta fungerar bra så länge som sensorer och datainsamlingsenheter är snabbare än det förlopp som ska mätas. Men vid riktigt snabba förlopp ökar kraven på mätinstrumentens prestanda.

I stort sett all kalibrering av sensorer och mätsystem sker under statiska eller semistatiska förhållanden. Det beror bland annat på att man kan nå mycket låga mätosäkerheteter. Däremot saknas nästan helt primära metoder för dynamisk kalibrering inom kraft, vridmoment och tryckområdena.

Det betyder att man inte kan vara säker på vad uppmätta värden vid snabba mekaniska förlopp verkligen motsvarar och även att resultat inte kan garanteras vara jämförbara.

Projektmål:

• Bygga kunskap kring mätningar av snabba förlopp kopplat till utrustning och komplett mätsystem från sensor via signalhantering till datainsamlingsenheter.
• Aktivt deltagande i arbetet med standardisering och skapandet av spårbarhetskedjor för dynamisk kalibering samt framtagande av riktlinjer och ramverk nationellt och internationellt.
• Ge Sverige tillgång till jämförbara och kvalitetssäkrade mätningar vid snabba mekaniska förlopp.
• Skapa ett kompetenscentrum för dynamisk mätteknik med nationell fokus.

Genom att utnyttja tillverkningsmetoder utvecklade i samarbete med Chalmers avser projektet att utveckla de första storskaliga så kvanthall-arrayerna för realisering av resistansvärden ner till 100 Ω, som dessutom klarar mycket högre strömmar än idag. Kvanthall-arrayerna ska användas för att förbättra realiseringen av resistans och ström och minska antalet kalibreringssteg, och på så sätt minska mätosäkerheten betydligt. Teknologin gör det också möjligt att förbättra realiseringen av massa genom en så kallad Kibblevåg (se nedan).

Projektet är en del av RISE satsning på 2D-material och grafen.

Basenheter kopplade till fysikaliska naturkonstanter

Det internationella måttenhetssystemet SI omdefinierades senast 2019. Alla basenheter i SI är sedan dess kopplade till fysikaliska naturkonstanter via bland annat kvantmekaniska fenomen. Ett av dessa fenomen är kvanthalleffekten (Quantum Hall Effect, QHE) som används för att realisera resistansenheten.

Vad är kvanthalleffekten?

Den klassiska halleffekten uppstår när man skickar en ström genom en ledare bestående av ett 2D-material (endast ett eller ett fåtal atomlager) som påverkas av ett magnetfält vinkelrätt mot ytan av ledaren. Elektronerna påverkas då av magnetfältet och åker i väg mot sidorna på ledaren, så att den ena sidan av ledaren får en positiv laddning och den andra sidan en negativ laddning. Då uppstår en spänning tvärs över ledaren, vinkelrätt mot strömmens riktning. Denna effekt är linjär. Ju starkare magnetfält desto högre spänning vinkelrätt mot strömmens riktning.

Man kan jämföra den klassiska halleffekten med en dimmer. När vi vrider på dimmern så ändras magnetfältets styrka och därmed ökar spänningen vinkelrätt mot strömmens riktning. Men när vi vridit på dimmern så mycket att vi får ett väldigt starkt magnetfält händer något. Spänningen planar ut och håller sig på en och samma nivå, eller platå. När vi sedan fortsätter att öka magnetfältets styrka gör spänningen helt plötsligt ett hopp och stannar på en ny platå, och så vidare. Resistansen på respektive platå beror sedan endast på så kallade naturkonstanter. Det är detta fenomen som kallas för kvanthalleffekten.

Fördelen med att använda kvanthalleffekten är att den ger mycket exakta resistansnivåer som vi kan använda vid realiseringar. Nackdelen är att det idag finns ett begränsat antal resistansnivåer som är tillräckligt stabila för att användas i mättekniska sammanhang. I praktiken använder man endast en nivå nära 12,9 kΩ. Resistansnormaler på denna nivå används sedan för att kalibrera sekundärnormaler för att täcka hela resistansområdet. Kedjan av kalibreringar för att nå låga (<<100 Ω) och höga resistansvärden (>>10 kΩ) gör att mätosäkerheten ökar i varje steg.

Resistansnormaler på fler nivåer

Genom att koppla ihop flera ledare, eller kvanthall-element, till kvanthall-arrayer, blir det möjligt att hitta stabila platåer och realisera resistansvärden vid i princip vilken nivå som helst. En resistansnormal kan sedan jämföras direkt med kvanthall-arrayens resistansvärde vilket gör att vi kan ta fram primära resistansnormaler på fler nivåer än idag, utan att behöva kalibrera sekundärnormaler för att nå önskad nivå. Detta minskar mätosäkerheten betydligt.

Grafen och supraledande kontakter

Även om principen med kvanthall-arrayer visats tidigare har teknologiska begränsningar har gjort att användandet av kvanthall-arrayer inte har etablerats som en accepterad metod. Men genom att kombinera materialet grafen med supraledande kontakter av exempelvis niobnitrid är det möjligt att producera stabila kvanthall-arrayer, vilket demonstrerats i mindre skala av NIST i USA. De stora utmaningarna för att ta fram kvanthall-arrayer i stor skala är dels att säkerställa att alla kvanthallelement är exakt likadana, dels att ta fram en tillräckligt robust process för att undvika felkällor när elementen kopplas ihop.

Påverkar också Kibblevågen och realiseringen av kilogrammet

Då måttenhetssystemet omdefinierades 2019 ändrades också definitionen för massa från den internationella kilogramprototypen (en metallcylinder av platina och iridium som förvarats i Paris sedan den skapades år 1889) till att utgå från Plancks konstant. Realiseringen av massa i Sverige kommer i framtiden att ske med hjälp av en så kallad Kibblevåg. I Kibblevågen ingår att mäta en ström ytterst noggrant med hjälp av en 100 Ω-resistor. Denna resistor behöver vanligtvis kalibreras mot en traditionell kvanthallnormal med resistansvärde runt 12,9 kΩ inför varje mätning. Genom att byta ut resistorn i Kibblevågen mot en primärnormal kan man eliminera ett kalibreringssteg, vilket minskar mätosäkerheten och därmed förbättrar realiseringen av kilogrammet. Den typ av Kibblevåg som RISE utvecklar kräver en kvanthall-array med resistansvärdet 100 Ω som kan klara runt 10 mA ström, vilket inte uppnåtts tidigare.