Pressão medida com laser atinge novo patamar de precisão

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/10/2023

A imagem mostra um padrão de pressão convencional no meio, atualmente usado para aferir a unidade SI para pressão. À esquerda está o instrumento portátil construído por Forssén.
[Imagem: Zaccaria Silvestri]

Unidade de pressão

O comprimento de um metro ou o peso de um quilograma é algo que consideramos algo dado, não sujeito a discussões, mas na verdade estas e outras unidades do Sistema Internacional (SI) estão sob constante desenvolvimento e aprimoramento por institutos nacionais de metrologia em todo o mundo.

Uma das tarefas dessa área, conhecida como metrologia, é garantir a qualidade dos nossos instrumentos de medição para que as pessoas possam, com confiança, fazer compras, reabastecer os seus carros ou acertar os seus relógios.

Agora, Clayton Forssén, da Universidade de Umea, na Suécia, acaba de aprimorar a técnica e desenvolver um novo instrumento para medir a pressão. E esse novo método faz isso sem contato, usando a luz de um laser.

"Ao contrário do método tradicional, de obtenção de pressão através da aplicação de uma força conhecida em uma área conhecida, o novo método é baseado na constante de Boltzmann e em uma medição a laser excepcionalmente precisa da densidade de um gás," explicou o pesquisador.

E é mais do que uma simples medição: O novo instrumento permite uma melhor definição global da pressão, bem como o desenvolvimento de soluções futuras em áreas como a saúde, a indústria ou as pesquisas científicas, onde o conhecimento da pressão precisa e exata é um requisito fundamental. Algumas áreas de utilização incluem, por exemplo, a dosagem precisa de medicamentos, o manuseio de gases perigosos na indústria e a detecção de vazamentos de gás extremamente pequenos.

Há ainda uma outra vantagem: Forssén conseguiu criar um instrumento portátil - esses tipos de instrumentos são extremamente sensíveis e, na atualidade, é praticamente impossível transportá-los para fora do laboratório. Isto permite que a tecnologia possa beneficiar mais aplicações.

Medição da pressão

As redefinições mais recentes do SI permitiram, entre outras, a especificação da unidade para pressão (pascal) de uma nova forma: Em vez de força por área (N/m²), o pascal pode alternativamente ser definido como uma densidade de energia (J/m³).

Isto, por sua vez, abriu o caminho para medições do pascal usando luz, eventualmente medindo a refratividade através de um dispositivo conhecido como refratômetro Fabry-Pérot (FP). De fato funciona - o aparelho mede a refratividade - mas na prática os refratômetros são afetados por vários tipos de perturbações que elevam muito o nível de incerteza da medição.

O feito de Forssén foi construir um refratômetro Fabry-Pérot utilizando uma nova metodologia de medição, denominada refratometria de modulação de gás (GAMOR: GAs MOdulation Refractometry). Com uma modulação rápida do gás e interpolação de linha de base, a técnica permitiu reduzir significativamente a influência de vários tipos de distúrbios, principalmente desvios e flutuações.

O pesquisador demonstrou a técnica construindo dois refratômetros, um estacionário, capaz de medir a pressão com uma incerteza de [(10 mPa)² + (10 × 10^-6·p)²]^1/2, e um transportável, com uma incerteza de [(16 mPa)² + (28 × 10^-6·p)²]^1/2. "Além disso, ficou demonstrado que a sua precisão mútua a curto prazo é excelente, com um desvio de apenas 0,04 ppm ao avaliar simultaneamente uma pressão de 16 kPa," contou o pesquisador.

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