Towards a quantum standard for absolute pressure measurements - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2021

Towards a quantum standard for absolute pressure measurements

Vers un étalon quantique pour des mesures absolues de pression

Abstract

Pressure measurement plays a critical role in many scientific and industrial fields. A recent example concerns the measurements of the Boltzmann constant performed for the redefinition of kelvin. These measurements require knowledge of temperature and pressure at the highest level of accuracy. In the aerospace industry, pressure provides altitude and speed. In the nuclear industry, an excellent knowledge of the pressure is essential to ensure the safe operation of the power stations. There is thus strong demand from industry and metrology laboratories for an improvement in calibration uncertainties in the range of 200 Pa to 2·104 Pa (from 0.002 atm to 0.2 atm). The accuracy of the measurements requires that they be traceable to a primary standard. The principle of the proposed new standard is based on the measurement of refractive index of helium gas as a function of pressure and temperature and on ab initio calculations of its thermophysical. After years of effort worldwide, the latter have now reached a previously unmatched level of accuracy. The aim of this project is to develop a new calibration bench for low pressures. The work will take advantage of the recent metrological advances made by the LCM-LNE-CNAM on microwave cavities allowing pressure measurements to be traceable to frequency. This fact will greatly reduce uncertainties. The system will be designed to be easily transportable to facilitate inter-laboratory comparisons.
La mesure de pression joue un rôle critique dans de nombreux domaines scientifiques et industriels. Un exemple récent concerne les mesures de la constante de Boltzmann réalisées pour la redéfinition du kelvin. Ces mesures nécessitent une connaissance de la température et de la pression au meilleur niveau d’exactitude. Dans l’industrie aéronautique, la pression fournit l’altitude et la vitesse. Dans l’industrie nucléaire, une excellente connaissance de la pression est indispensable pour garantir la sûreté de fonctionnement des centrales. Il existe ainsi une forte demande de l’industrie et des laboratoires de métrologie pour une amélioration des incertitudes d’étalonnage dans le domaine allant de 200 Pa à 2·104 Pa (de 0,002 atm à 0,2 atm). L’exactitude des mesures nécessite qu’elles soient traçables à un étalon primaire. Le principe du nouvel étalon est basé d’une part sur la mesure de l’indice de réfraction de l’hélium sous forme gazeuse, fonction de la pression et de la température et d’autre part sur les calculs ab initio des propriétés thermophysiques de l’hélium. Ces derniers permettent d’atteindre un niveau d’exactitude jusqu’ici inégalé. Le but de ce projet consiste à développer un nouveau banc d’étalonnage en basses pressions, basé sur les avancées métrologiques récentes réalisées par le Laboratoire commun de métrologie LNE-CNAM sur les cavités micro-ondes où la traçabilité des mesures sera liée aux étalons de fréquence, ce qui permettra de réduire de manière importante les incertitudes. Le système sera conçu pour être facilement transportable de manière à faciliter les comparaisons inter-laboratoire.
Fichier principal
Vignette du fichier
TheseGAMBETTE.pdf (6.04 Mo) Télécharger le fichier
Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03652344 , version 1 (26-04-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03652344 , version 1

Cite

Pascal Gambette. Towards a quantum standard for absolute pressure measurements. Instrumentation and Detectors [physics.ins-det]. HESAM Université, 2021. English. ⟨NNT : 2021HESAC013⟩. ⟨tel-03652344⟩
124 View
106 Download

Share

Gmail Facebook X LinkedIn More