Experimental and numerical analysis in heat flow sensors calibration

The 2010/31/CE directive has highlighted the necessity to improve the energy efficiency in buildings, since they are responsible for 40% of energy consumption and 36% of CO2 emissions in the EU. In situ measurements of envelope components are needed for estimating the thermal transmittance of existing buildings in order to perform the energy certification. The instruments devoted to this aim, the heat flux meters (HFMs), are unfortunately not always provided with metrological traceability, and the appropriate reference standards are not available. The calibration systems currently adopted present different limits related to low performances at low and constant heat fluxes, non-uniformity of the heat flux in the measurement section and impossibility to control the heat flux at different temperatures. In this paper, the authors discuss the metrological behaviour of an existing HFM reference standard. A numerical model is employed to analyse the calibration system in different operating conditions (low and moderate heat fluxes), to improve it and to design a new prototype presenting high performances also in the presence of the HFM under calibration. In particular, the numerical tool is applied to investigate the heat flux uniformity and the metrological performances in a specific sub-region of the measuring section where the HFM under calibration is applied. A detailed experimental analysis is also conducted with the objective to validate the adopted numerical tool. Moreover, a metrological characterization of the system affords a combined standard uncertainty of better than 6% at low heat flows. © 2019, Akadémiai Kiadó, Budapest, Hungary

A thermostatic chamber for doppler-broadening thermometry of mercury vapors

We present an isothermal chamber designed and realized at the Italian Metrological Institute (INRiM) to stabilize the temperature of a quartz cell for Doppler-broadened precision spectroscopy of mercury atoms in the UV region for the practical realization of the new definition of kelvin. The challenge of this apparatus is the capability to control, with great accuracy, the temperature of a non-cylindrical quartz cavity containing the mercury vapors. The temperature was actively controlled and maintained stable within 0.05 mK at the triple point of water for 15 h, but longer periods are possible. The spatial uniformity was also characterized. The traceability of temperature measurements and the complete uncertainty budget are discussed

Studio di fattibilità di mini-celle del punto fisso del Gallio usate come riferimento di temperatura per applicazioni spaziali

La misura spettrale della radiazione infrarossa emessa dalla terra è uno dei metodi più adoperati per studiare il bilancio radiativo terrestre. In questo contesto si inserisce l’accordo ASI-CNR/INO n. 2021-33-HH.0 denominato “FORUM Balloon - Sviluppo di un prototipo per pallone stratosferico”, nel quale l’INRiM si è impegnato a sviluppare mini-celle del punto di fusione del gallio da montare su un prototipo di corpo nero realizzato presso l’INO-CNR. L’obiettivo è quello di avere un riferimento stabile e riproducibile di temperatura con il quale tarare i termometri a bordo del corpo nero durante il volo. Il riferimento in questione essendo uno dei punti fissi della Scala Internazionale di Temperatura (STI-90) assicura un alto livello di accuratezza e la riferibilità diretta al sistema internazionale SI. In questo rapporto tecnico sono riassunti i risultati ottenuti con un primo prototipo di mini cella realizzata e caratterizzata interamente all’INRiM. L’obiettivo principale è stato quello di conseguire il livello di miniaturizzazione richiesto affinché possa essere agevolmente collocata ed integrata all’interno delle sorgenti di radianza a corpo nero mantenendo allo stesso tempo inalterate le prestazioni. Nello specifico si è resa necessaria la riduzione di almeno un ordine di grandezza in termini dimensionali e di oltre due in termini di massa rispetto ad una cella al punto fisso del gallio di tipo tradizionale utilizzata a livello di laboratorio primario per la taratura dei termometri campione a resistenza di platino