Putoamiskiihtyvyyden kansallinen mittanormaalilaboratorio

Henkilöresurssit:

Markku Poutanen	Professori, Osastonjohtaja , KML:n laatujohtaja
Mäkinen, Jaakko	Tutkimuspäällikkö, KML:n vastuuhenkilö
Ruotsalainen, Hannu	Vanhempi tutkija, KML:n varavastuuhenkilö
Virtanen, Heikki	Erikoistutkija

Putoamiskiihtyvyyden mittauslaitteet:

laite	mittausalue	valmistaja
Relatiivigravimetri Worden Master no 227	9.77 - 9.83 ms-2	Worden
Relatiivigravimetri LCR -G no 600	9.77 - 9.83 ms-2	LaCoste Romberg
Absoluuttigravimetri JILAg no 1	9.77 - 9.83 ms-2	JILA/ Dr. Faller
Absoluuttigravimetri JILAg no 5	9.77 - 9.83 ms-2	JILA/ Dr. Faller
Absoluuttigravimetri FG-5 no 221	9.77 - 9.83 ms-2	Micro-g Solutions, USA

Mittaustilat

Laitoksen painovoimalaboratorio sijaitsee Kirkkonummen Kylmälän kylässä Metsähovin tutkimusasemalla. Laboratoriossa on kaksi mittaushuonetta, joista toisessa suprajohtava gravimetri GWR-T020 rekisteröi jatkuvasti painovoiman ajallisia vaihteluja.

Viereisessä laboratoriohuoneessa suoritetaan absoluuttipainovoimamäärityksiä, JILAg5 sekä uudella vuonna 2003 hankitulla FG5-absoluuttigravimetreilla. Oheissa kuvassa FG5-gravimetri pilarilla Metsähovin painovoimalaboratoriossa. Suprajohtavaa ja absoluuttigravimetria voidaan näin ollen kalibroida keskenään, jolloin suprajohtava gravimetri saa luotettavan kalibrointitekijän ja absoluuttigravimetri taas ajan- ja massavaihteluiden suhteen luotettavat korjausparametrit.

Vertailumittauksissa käytettävä LCR-G600 gravimetri on laboratoriopöydällä allaolevassa kuvassa. Vastaavat laitteet kalibroidaan absoluuttimittauksiin perustuvilla kalibrointilinjoilla.

Mittausalue, mittausten tarkkuus ja niiden jäljitettävyys

Alue	Mittausalue	Tarkkuus
Koko maa	9.818...9.826 ms-2	2x10-7 ms-2
Maailma	9.77.....9.83 ms-2	2x10-7 ms-2

Mitatuista painovoimamäärityksistä mallinnetaan tavallisesti pois ajallisesti vaikuttavat tekijät, joista merkittävin on taivaankappaleiden kuten kuun ja auringon gravitaatiovuorovaikutusten kautta kiinteään maahan aiheuttama vuoksi-ilmiö. Suomen alueella tämän ilmiön vertikaalisuunnassa aiheuttama painovoiman ajallinen vaihtelu pienempi kuin 0.3x10-5 ms-2. Painovoiman arvo voidaan määrittää joko absoluuttimittauksella, jolloin sen epävarmuus on 20x10-8 ms-2 tai mittaamalla painovoimaero tunnetun painovoiman omaavan vertauspisteen suhteen, jolloin erotuksen epävarmuuteen 4...10x10-8 ms-2 lisätään vertauspisteen epävarmuus.

Painovoimamäärityksen vertauspisteinä voidaan käyttää Geodeettisen laitoksen Metsähovin painovoimalaboratorion painovoimapisteitä, laitoksen muita Suomen alueella mittaamia absoluuttipainovoimapisteitä tai laitoksen mittaaman I-luokan painovoimaverkon pisteitä. Näistä I-luokan verkko kattaa koko Suomen, keskimääräisen piste-etäisyyden ollessa n. 130 km. Verkon pisteen painovoima-arvon epävarmuus on 60x10-8 ms-2.

Kuva 4. Suomen I-luokan painovoimaverkko

Jäljitettävyys

Putoamiskiihtyvyyden määrityksessä tulee varmistaa vertauspisteen painovoima-arvon ja mitatun painovoimaeron mittakaavan oikeellisuus. Suomen kansallinen painovoimavertauspiste ja I-luokan painovoimaverkko on liitetty lukuisilla absoluuttilla ja suhteellisilla mittauksilla maailmanlaajuisen IGSN71 (International Gravity Standardization Net 71) painovoimaverkkoon. Absoluuttigravimetrin pituus- ja aikamittalaitteita verrataan jatkuvasti suomalaisiin metrologian alan standardeihin ja lisäksi absoluuttigravimetria verrataan muiden maiden vastaaviin laitteisiin muutaman vuoden välein kansainvälisin kampanjoin Sevressä Ranskassa (BIPM) järjestettävissä vertausmittauksissa. Painovoimaerojen mittauksissa käytettävien relatiivigravimetrien mittakaavojen luotettavuutta seurataan jatkuvasti vertaamalla niitä absoluuttipainovoimaan perustuvaan Masala -Vihti vertailulinjaan sekä Metsähovin, Vaasan ja Sodankylän absoluuttipainovoimapisteiden välisiin painovoimaeroihin. Nämä painovoima-arvot ja painovoimaerot muuttuvat maannousun myötä ja näin vaikeuttavat gravimetrien mitta-asteikkojen kalibrointia.

Kuva 5. Gravimetrien vertailulinja Masala-Vihti, jossa Masala ja Vihti ovat absoluuttimääritykseen perustuvia ja välipisteet relatiivimittauksiin perustuvia. Masalan piste on Geodeettisen laitoksen toimitalon laboratoriossa.

Metrologiaesitteitä

Pituus geodesiassa (pdf)
Putoamiskiihtyvyys (pdf)