Bundesamt für Metrologie und Akkreditierung

Aufbruch in neue Dimensionen

Bern-Wabern, 22. Mai 2002. Der rasante technologische und wirtschaftliche Wandel stellt hohe Anforderungen ans Bundesamt für Metrologie und Akkreditierung (METAS). Es muss jederzeit in der Lage sein, innert nützlicher Frist neue Messverfahren zu entwickeln sowie neue und verbesserte Messmöglichkeiten aufzubauen, wenn es die Bedürfnisse der Öffentlichkeit, der Wirtschaft und der Wissenschaft erfordern. Dank den Erweiterungsbauten verfügt METAS nun über die nötigen räumlichen Voraussetzungen.

2001 war für METAS das Jahr des Aufbruchs in neue Dimensionen. Wie dem soeben erschienenen Jahresbericht zu entnehmen ist, erweitern die Neubauten die Nutzfläche der bestehenden Gebäude aus den Sechzigerjahren um gut die Hälfte auf 15 000 m²(Bild 1). Die Kosten belaufen sich auf 54.4 Millionen Franken. Die hervorragenden neuen Umgebungsbedingungen erlauben es, messtechnisch in neue Dimensionen vorzustossen: Einerseits im Grossen, beispielsweise mit einer neuen Koordinatenmessmaschine, andererseits aber auch in unvorstellbar kleine Strukturen im Nanometerbereich.

Stabile Umgebungsbedingungen

Aufwändige Massnahmen waren nötig, um die geforderten Umgebungsbedingungen für die anspruchsvolle Messtechnik zu erreichen. Damit störende Erschütterungen nicht in den Messbereich gelangen, stehen die Labors im unterirdischen Trakt auf 100 Zentimeter dicken Bodenplatten, die direkt auf dem natürlichen Kiesschotter fundiert und durch Dilatationsfugen von den übrigen Konstruktionselementen getrennt sind. Die Anforderungen an die Stabilität von Temperatur und Feuchte sind in speziellen Labors sehr hoch: Die Temperatur darf in sensiblen Bereichen während den Messungen nicht mehr als ein Hundertstel Grad Celsius vom Sollwert von 20 °C und die relative Feuchtigkeit maximal zwei Prozent vom Sollwert von 50 % abweichen! Dies wird mit 67 Zu- und Umluftgeräten erreicht.

Nanotechnologie: Schlüsselbereich des industriellen Fortschritts

Die Nanometrologie vermisst sehr kleine Objekte aus der Mikro-, Halbleiter- und Nanotechnologie. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter und damit vergleichbar mit dem Durchmesser eines Moleküls oder Atoms. Um diesem in Zukunft stark zunehmenden Bedarf an Messmöglichkeiten gerecht zu werden, baute METAS in den letzten Jahren Messplätze für die Kalibrierung von periodischen Gittern, Glasmassstäben und zweidimensionalen Photomasken sowie für Präzisionsmessungen an kleinsten dreidimensionalen Strukturen auf.

Photomasken sind flache Objekte, meistens Glasplatten, auf deren Oberfläche feine Strukturen aus Chrom durch einen photolithographischen Prozess aufgebracht sind. Sie werden in der Halbleiterindustrie zur Herstellung integrierter Schaltungen verwendet, dienen aber auch zur Kalibrierung und Überprüfung von Messmikroskopen, Profilprojektoren und industriellen Bilderfassungssystemen, wie sie zunehmend in der Automatisierungstechnik eingesetzt werden. Die am METAS entwickelte Photomasken-Messmaschine ist ein optisches Zweikoordinaten-Messgerät mit einem Messbereich von 400 mm x 300 mm.

Die zu vermessenden Strukturen werden mit einem Auflichtmikroskop erfasst und mit digitaler Bildverarbeitung ausgewertet. Dank einem präzisen Verschiebetisch, einem differentiellen Interferometer sowie einem Referenzspiegelträger aus temperaturstabiler Glaskeramik werden Messgenauigkeiten im Bereich von 10 nm erreicht. Entscheidend für solche Messgenauigkeiten sind äusserst stabile Umgebungsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Partikelzahl). Für die hoch empfindlichen Messungen müssen störende Staubpartikel auf den Photomasken vermieden werden, weshalb die Messkabine als Reinraum der Klasse 100 ausgelegt ist (Bild 2). Mit der Reinraumklasse ist die Anzahl Partikel grösser als 0.5 µm auf maximal 100 pro Kubikfuss spezifiziert.

Vom Vorstoss in den Nanometerbereich erhofft man sich neue Technologien und Materialien und - als Folge davon - Fortschritte in der Halbleitertechnik, der Mikromechanik, der Medizin sowie der Zell- und Molekularbiologie.

Neue Normale für die Faseroptik

Die Faseroptik hat sich im Verlauf der letzten 20 Jahre als Schlüsseltechnologie im Telekommunikationsbereich etabliert. Momentan werden weltweit mehr als 3'000 km Glasfasern pro Stunde verlegt. Die maximal erreichbare Datenübertragungsrate in Glasfasersystemen hat sich seit der Einführung etwa alle zwei Jahre verdoppelt; heute werden Werte von mehreren Tera Bits (1'000 Milliarden Bits) pro Sekunde erreicht. Die Systeme kommen bei solchen Übertragungsraten an ihre Grenzen. Zu ihrer Optimierung müssen die Eigenschaften der faseroptischen Komponenten sehr genau bestimmt werden. METAS entwickelt und unterhält die notwendigen Messsysteme zur Bestimmung der wichtigsten Grössen auf diesem Gebiet.

Ein wichtiger Faktor, von dem die Übertragungsgeschwindigkeit in Faseroptiksystemen massgebend abhängt, ist die chromatische Dispersion. Die Grösse ist ein Mass für die Verbreiterung eines optischen Lichtpulses auf seinem Weg durch eine Glasfaser aufgrund der unterschiedlichen Laufzeiten der verschiedenen Spektralanteile. Zur Bestimmung der chromatischen Dispersion wurde am METAS ein neues Messsystem aufgebaut und in Betrieb genommen (Bild 3). Es arbeitet im ganzen für die Telekommunikation wichtigen Wellenlängenbereichen von 1'260 nm bis 1'360 nm und von 1'450 nm bis 1'620 nm. Das System kann auch für die Realisierung von Referenzfasern verwendet werden, die anschliessend in industriellen Labors für die Kalibrierung und Einstellung von Messinstrumenten zum Einsatz gelangen.

Richtig prüfen und messen!

Korrekte Mengenangaben im Handel, keine Gefährdung durch Falschmessungen in den Bereichen Gesundheit, Umwelt und öffentliche Sicherheit, aber auch Erleichterung des Warenverkehrs, das sind die Zielsetzungen des METAS bei seinem Einsatz im gesetzlich geregelten Bereich. Mit der Übernahme der Konformitätsbewertungsverfahren der EU für das Inverkehrbringen von Messmitteln in der neuen Messmittelverordnung werden die Voraussetzungen geschaffen, dass künftig in diesem Bereich Doppelprüfungen vermieden werden. Erste Bezeichnungen schweizerischer Stellen, die für Konformitätsbewertungen von Messmitteln für den Export in die EU in Frage kommen, wurden zuhanden der EU-Kommission eingereicht.

Gestützt auf eigene Bauartprüfungen oder aufgrund vorliegender Resultate anerkannter ausländischer Stellen erteilte METAS 129 Zulassungen für neue Bauarten oder Modifikationen bereits zugelassener Messmittel. In jenen Bereichen, in denen die Eichämter und Eichstellen keine Messmöglichkeiten anbieten, eichte METAS rund 720 Messmittel. Mit periodischen Erhebungen überwacht METAS die Versorgungsunternehmen von Elektrizität, Gas und thermischer Energie. 2001 prüfte das Amt die Kontrollregister der 135 Gasversorgungen (423'500 Geräte) und der 110 Wärmeversorgungen (13'000 Geräte). Bei 33 Versorgungen mussten Geräte beanstandet werden.

Für die Eichung von Strassenverkehrsmessgeräten, Gasmengenmessgeräten und elektrischen Wandlern wurde fünf neuen Eichstellen die Betriebsbewilligung erteilt. Vier Eichstellen für Elektrizitätszähler und eine für Feuerungsabgasmessgeräte stellten ihre Tätigkeit ein. Somit zählt der Schweizerische Eichdienst neu 53 kantonale Eichämter und 80 ermächtigte Eichstellen. Er eichte im vergangenen Jahr 366'000 Messmittel, überwachte durch statistische Prüfverfahren mehr als 658'000 Messinstrumente und kontrollierte 6'500 Lose von Fertigpackungen. METAS nahm einen neuen Eichlastenzug in Betrieb, mit dem Brückenwaagen bis 40 t geeicht werden können (Bild 4).

Sichere Ermittlung der Schwerverkehrsabgabe

Seit dem 1. Januar 2001 wird der Schwerverkehr in der Schweiz mit einer leistungsabhängigen Steuer (LSVA) belastet. Zur Berechnung der Abgabe werden die gefahrenen Kilometer der Fahrzeuge über 3.5 t Gesamtgewicht mit einem neu entwickelten Gerät erfasst. Das Gerät kontrolliert sich selbst durch den Empfang der Signale des satellitengestützten Positionierungssystems GPS. Damit auch unter ungewöhnlichen Fahrbedingungen und manchmal gestörten GPS-Empfangsbedingungen die Messwerterfassung sicher beurteilt werden kann, hat die Oberzolldirektion METAS mit der Durchführung von Untersuchungen schwieriger Anwendungssituationen beauftragt. Das Verkehrslabor stützt sich für solche Untersuchungen auf seine hoch genauen Geschwindigkeits- und Wegstrecken-Messsysteme, deren Genauigkeit weit über der spezifizierten Genauigkeit der LSVA-Erfassungsgeräte liegt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die LSVA-Geräte auch unter schwierigsten Anwendungsbedingungen, nämlich in Tunnels, im Gebirge, im Stadt- und Kiesgrubenverkehr, insgesamt genaue und zuverlässige Messwerte liefern.

Russgenerator entwickelt

In medizinischen Studien wird der grosse Einfluss von Russpartikeln auf die Volksgesundheit nachgewiesen. Verbesserte Vorschriften für die Emissions- und Immissionsbegrenzung tragen dieser Erkenntnis Rechnung. Die Überwachung der Vorschriften benötigt aber einfache und geeignete Messverfahren. Für die Kalibrierung von Messgeräten für Partikel, wie sie von modernen Dieselmotoren ausgestossen werden, fehlte bisher eine reproduzierbare Quelle. Unter Federführung von METAS ist in mehrjähriger Forschungs- und Entwicklungsarbeit ein einzigartiger Russgenerator mit den geforderten Eigenschaften entwickelt worden. In Zusammenarbeit mit einer Messtechnikfirma ist der Brenner zu einem kommerziellen Produkt, dem so genannten Combustion Aerosol Standard (CAST), weiter entwickelt worden (Bild 5). Er wird heute international vertrieben. Der Entwickler hat mit Unterstützung von METAS inzwischen seine eigene Spin-off-Firma gegründet. Er vertreibt in Zusammenarbeit mit dem Hersteller Gerät und Applikationsengineering (www.sootgenerator.com).

Macht Mobiltelefonie krank?

Der Bundesrat hat mit der Verordnung über den Schutz vor nicht ionisierender Strahlung vom 23. Dezember 1999 auch für Mobilfunkanlagen nach dem Vorsorgeprinzip Grenzwerte erlassen, die weit unter den als sicher geltenden internationalen Werten liegen. Die Messung der Mobilfunkstrahlung ist schwierig und aufwändig. Ohne zuverlässige und standardisierte Messmethode kann die Einhaltung der gesetzlichen Grenzwerte aber nicht überprüft werden. METAS hat in Zusammenarbeit mit dem Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL) den Entwurf für eine Messempfehlung ausgearbeitet. Das vorgeschlagene Messverfahren zeichnet sich durch Wirtschaftlichkeit und gute Reproduzierbarkeit aus. Mit interessierten Laboratorien wurde die Praxistauglichkeit in einer Messkampagne geprüft. Die teilnehmenden Laboratorien erhielten damit auch Gelegenheit, ihre Fachkompetenz unter Beweis zu stellen. Sie erfüllen damit eine wichtige Voraussetzung für die Akkreditierung im Bereich der Messung von Mobilfunkstrahlung. Mit diesen Grundlagen liefert METAS einen Beitrag zur nötigen Vertrauensbildung in Öffentlichkeit und Wirtschaft.

Kostendeckungsgrad verbessert

Das Betriebsergebnis 2001 des Bundesamtes für Metrologie und Akkreditierung (METAS) weist Kosten von 37.2 (im Vorjahr 32.0) Millionen Franken und Erlöse von 11.0 (9.0) Millionen Franken aus. Der Kostendeckungsgrad beträgt 30 (28) Prozent. Seit 1999 wird METAS mit Leistungsauftrag und Globalbudget geführt. Der Leistungsauftrag und das Globalbudget 1999 bis 2003 des Bundesrates sehen eine bedeutende Entwicklung von Metrologie und Akkreditierung vor. Die bisherigen Tranchen der Sparvorgabe sowie das Globalbudget wurden eingehalten.

Die finanziellen Ergebnisse der vergangenen drei Jahre zeigen, dass METAS die geplante Entwicklung noch nicht in vollem Ausmass realisieren konnte. Zwar sind von Jahr zu Jahr wie im Leistungsauftrag und Globalbudget vorgesehen Steigerungen der Kosten und Erlöse zu verzeichnen. Die drei Jahreskredite wurden aber bisher nicht voll ausgeschöpft. METAS war in den letzten Jahren sehr stark durch die Projekte «Führung mit Leistungsauftrag und Globalbudget» (FLAG), «Aufbau des Qualitätsmanagementsystem» (QMS) und «Erweiterungsbauten» belastet. Dadurch verzögerte sich die geplante Entwicklung um ein Jahr.

Bereit für neue Dienstleistungen

Neue Technologien erfordern hoch präzise Fabrikationsmethoden, die wiederum auf genaue Messungen angewiesen sind. METAS ist gefordert, die dazu notwendigen Messnormale zeitgerecht und mit genügender Genauigkeit bereitzustellen. Das Bundesamt verbessert und erweitert seine bestehenden Normale ständig und entwickelt neue Messmethoden und Instrumente, um für die steigenden Ansprüche gewappnet zu sein. Es setzt sein grosses Fachwissen auch zur Lösung komplexer Fragestellungen auf dem Gebiet des Messens ein. Im wahren Sinn des Wortes stösst METAS im Dienst der Schweizer Öffentlichkeit, Wirtschaft und Wissenschaft in immer neue Dimensionen vor.

Der METAS-Jahresbericht sowie metINFO, die Zeitschrift für Metrologie, und sasFORUM, die Kundenzeitschrift der Schweizerischen Akkreditierungsstelle (SAS), informieren über die neusten Entwicklungen. Sie sind kostenlos erhältlich bei METAS, Lindenweg 50, 3003 Bern-Wabern, www.metas.ch.

501 Akkreditierungen erteilt

Mit 284 Prüf-, 91 Kalibrier-, 64 Zertifizierungs- und 62 Inspektionsstellen sind in den vergangenen zehn Jahren 501 Prüf- und Konformitätsbewertungsstellen akkreditiert worden. Dies zeugt von hohem Qualitätsbewusstsein und stärkt den Wirtschaftsstandort Schweiz auf internationaler Ebene. Die Akkreditierung ist international von Bedeutung, weil sie wesentlich zum Abbau technischer Handelshemmnisse beiträgt und ein ausgezeichnetes Instrument zur Umsetzung zwischenstaatlicher Verträge ist. Multilaterale Abkommen zwischen den Akkreditierungsstellen inner- und ausserhalb Europas sichern weltweit die Gleichwertigkeit der Akkreditierungen. Sie schaffen damit die Grundlage, dass Berichte und Zertifikate international anerkannt werden.

Im Rahmen des neuen und globalen Konzeptes der EU treten anstelle nationaler Regelungen einheitliche Richtlinien, welche die grundlegenden Forderungen bezüglich Funktion, Konstruktion, Bedienung und insbesondere Sicherheit eines Produktes festlegen. Konforme Produkte, die unter eine solche Richtlinie fallen und diese erfüllen, werden mit dem CE-Zeichen (CE = Communauté européenne) versehen. Sie können im Europäischen Wirtschaftsraum (EWR) frei in Verkehr gebracht werden. Um dieses Konzept umfassend zu realisieren, braucht es in allen beteiligten Staaten bezeichnete Stellen bzw. akkreditierte Prüf-, Inspektions- und Zertifizierungsstellen.< /FONT >

Sobald die bilateralen Abkommen der EU mit der Schweiz in Kraft gesetzt sein werden, hat unser Land Konformitätsbewertungsstellen zu bezeichnen, die Waren gemäss den Direktiven des Globalen Konzeptes beurteilen. Produkte, welche die Vorgaben erfüllen, können mit dem CE-Zeichen versehen und frei im Europäischen Wirtschaftsraum (EWR) in Verkehr gebracht werden. Die Akkreditierung stellt für die Bezeichnung dieser Stellen eine wichtige Grundlage dar.

Mit ihren Begutachtungen leistet die Schweizerische Akkreditierungsstelle (SAS) einen wesentlichen Beitrag, das hohe Qualitätsniveau schweizerischer Prüf- und Konformitätsbewertungsstellen auch in Zukunft zu sichern und auszubauen. Die Entwicklung des schweizerischen Akkreditierungssystems geht weiter und stösst mit dem Einbezug rechtsmedizinischer Laboratorien und von Zertifizierungsstellen für digitale Signaturen ebenfalls in neue Dimensionen vor.

	Die METAS-Erweiterungsbauten schaffen beste Voraussetzungen für hoch genaue Messungen und rationelle Betriebsabläufe. (Bild: METAS)

	Reinraum Nanotechnologie. Die speziell konzipierte Messkabine im Reinraumbereich des METAS gewährleistet eine konstante Temperatur von 20 °C mit Abweichungen von nur ± 0.01 °C. (Bild: METAS)

	An diesem neuen Messplatz wird die chromatische Dispersion von Lichtwellenleitern gemessen. (Bild: METAS)

	Der neue Eichlastenzug von METAS - im Oktober 2001 in Betrieb genommen - verfügt über 44 Eichgewichte zu 500 kg und hat ein Eigengewicht von ca. 17.7 t. Mit diesem Spezialfahrzeug können Brückenwaagen bis 40 t geeicht werden. (Bild: METAS)

	Bild und Funktionsschema des am METAS entwickelten Generators für die reproduzierbare Herstellung von Russteilchen. (Bild: METAS)

	Grafik zu Russgenerator

Medieninformation

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- Chromatische Dispersion von Lichtwellenleitern (5 MB)
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