Wie de Delftse metrologietoren binnenstapt, ontdekt algauw waarom deze bestaat. Alles draait er om meten. Een van de bedrijven in de toren is het Nationaal Metrologisch Instituut, dat is ondergebracht bij het Van Swinden Laboratorium (VSL). Vitrinekasten tonen antieke weegschalen, meetlatten en maatkannen. „Dat zijn de relikwieën van onze oorsprong”, verklaart manager Cock Oosterman met een glimlach. „De voorganger van VSL, de Dienst van het IJkwezen, had een museum. Maar dat bestaat niet meer.”

Het Delftse bedrijf ontwikkelt en onderhoudt de nationale standaarden. Die zijn nodig om metingen betrouwbaar te kunnen uitvoeren. Oosterman: „Als de meter van de één een fractie langer is dan de meter van een ander, kan dat grote problemen opleveren.”

Voor bijvoorbeeld een automotor komen de onderdelen uit de hele wereld. Het motorblok wordt ergens geproduceerd en de cilinders komen van de andere kant van de wereld. Ze passen in elkaar doordat iedereen gebruikmaakt van dezelfde standaard.

VSL is aangewezen als nationaal metrologisch instituut. Het bedrijf ontwikkelt en beheert de wettelijke standaarden die de minister heeft aangewezen. Iedereen maakt daar vervolgens gebruik van: fabrikanten voor het kalibreren van meetapparatuur, producenten van gas en olie om de kwaliteit van hun product te bepalen.

Extreem gevoelig

Hoe gaat het maken van een standaard in zijn werk? Om te beginnen: niemand stapt zomaar een van de laboratoria van VSL binnen. Ze zijn alleen toegankelijk met een elektronische sleutel.

Dat heeft zijn reden: sommige experimenten zijn extreem gevoelig voor trillingen en andere verstoringen. „Daarom hebben wij goede afspraken met de gemeente over wat er rondom het gebouw gebeurt. Van de tijdstippen voor het maaien van het gras tot het wel of niet plaatsen van windmolens”, vertelt Oosterman.

Richard Koops, die al 23 jaar bij VSL werkt, beheert het lengtelab. Om dat laboratorium in te mogen, moeten de bezoekers eerst witte kunststofjassen en plastic overschoenen aan en een haarnetje over hun hoofd.

In een van de ruimten staat op een tafel in een hoek een ingewikkelde opstelling met bedrading, meetapparatuur, microscopen en lichtsensoren. „Hier doen we onderzoek naar referentiemateriaal voor het ijken van biomedische apparatuur”, licht Koops toe. „Dit onderzoek zal nog worden gepubliceerd in een wetenschappelijk tijdschrift.”

Het experiment richt zich op bepaalde referentiedeeltjes in lichaamsvloeistoffen waarvan de grootte bekend is, de zogeheten microvessels. Door de concentratie hiervan in het bloed te meten, zouden ziekenhuizen bepaalde ziekten sneller kunnen opsporen.

Elke fabrikant heeft zijn eigen meetmethoden en bijbehorende apparatuur ontwikkeld. De metingen aan de deeltjes kunnen daardoor verschillen van merk tot merk. Voor het doen van betrouwbare metingen is het van belang dat alle fabrikanten gebruikmaken van dezelfde referentiestandaard om hun apparaat te kalibreren.

„Doordat iedere fabrikant zijn apparaat met het vastgestelde referentiemateriaal kalibreert, maakt het niet uit welke meetmethode het apparaat gebruikt”, verklaart de laborant. „In alle gevallen moet de conclusie van het ziekenhuis gelijk zijn: gaan we de patiënt wel of niet behandelen?”

Het klimaat in het laboratorium moet continu op 20 graden Celsius worden gehouden, met een afwijking van 0,1 graad. „Jullie komst verstoort onze metingen behoorlijk”, constateert Koops met een lach, wanneer hij een blik werpt op de thermometer. „Elk mens is een kachel van 100 watt; we hebben hier daarom het liefst zo weinig mogelijk bezoek.”

Hoe weet u of de metingen die VSL doet wel kloppen?

Koops: „Het is de taak van VSL om te zorgen dat de nationale standaarden internationaal erkend blijven. Via het bureau voor maten en gewichten in Parijs, het BIPM, en het Europese samenwerkingsverband Euramet vergelijken we de Nederlandse standaarden periodiek met die van de andere landen. Zo stellen we de nauwkeurigheid van de standaarden vast en werken we continu aan verbeteringen.”

In de hal van het lengtelab pakt de laborant een metalen koker van een tafel. Hij haalt er een houten cassette uit. De cassette blijkt de oorspronkelijke Nederlandse standaard voor de meter te herbergen. De glanzende staaf platina heeft twee streepjes die beide 100 centimeter aangeven. „De eerste is gemeten bij 0 graden Celsius, de tweede bij 20 graden”, legt Koops uit.

Hoewel de meter sinds 1983 is gedefinieerd als de afstand die licht in 1/299.792.458-ste seconde in het luchtledige aflegt, is de platinameter nog steeds niet afgedankt. „Hij is vanaf 1959 tot heden stabiel gebleken. We gebruiken hem nog altijd voor een snelle check.”

Pipo de Clown

Oosterman neemt de leiding van Koops over, en gaat de vier bezoekers voor naar het scheikundelab. De witte jassen, de kunststof overschoenen en het haarnetje zijn niet meer nodig. Zware kunststof overschoenen met stalen neuzen echter wel. „Met deze dingen aan voel je je net Pipo de Clown”, grapt een bezoeker.

In het chemielab maakt VSL referentiematerialen voor de industrie. „Voor de lengte kun je je gemakkelijk een metalen staaf als standaard voorstellen: de meter. Voor de chemische industrie hebben we ook zo’n maat: de mol. Eén mol is gelijk aan 6,022 × 10exp23 (met 23 nullen, BvdD) deeltjes.”

Oosterman neemt als voorbeeld de energiebedrijven. „Voorheen kwam hun gas binnen uit Rusland, nu halen we het uit Noorwegen en uit allerlei andere landen. De samenstelling van dit gas is anders dan het zogeheten Groningengas waar onze cv-ketels en gasstellen voor zijn gemaakt. De energiebedrijven willen graag een standaard hebben om al die soorten aardgas aan te laten voldoen. Gas is momenteel duur; er is hun veel aan gelegen om het gas in de goede verhoudingen bij de klant te krijgen.”

Een ander voorbeeld zijn de ziekenhuizen. Deze maken gebruik van zuurstof voor de beademing. Hoe weten zij of het zuurstofgehalte in de fles klopt? „Daarvoor moet je een beetje gas uit de cilinder halen en analyseren. Maar hoe weet je of je analyse klopt? Daarvoor heb je dus een referentiegas nodig van VSL.”

De VSL-manager opent de deur van het lab. Tal van gasflessen staan klaar voor analyses. „We werken met pure gassen; ze hebben een zuiverheid van 99,9999 procent. We bepalen de zuiverheid door de gassen te wegen. We stellen de gevraagde referentiegassen voor onze klanten samen door pure gassen te mengen.”

Serie flessen

Hoe maakt VSL zo’n referentiegas? Oosterman loopt verder het lab in en wijst op een serie flessen die aan een apparaat zijn gekoppeld. „Daar combineren we de gassen tot een referentiegas. We vullen daarmee verschillende cilinders, die we samen een groep noemen. Deze kunnen we onderling vergelijken. Een belangrijk onderdeel van het werk van VSL is de erkenning van de Nederlandse standaarden en referentiematerialen. Dit doen we door deze onderling te vergelijken in Europees en mondiaal verband.”

Laboratoria maken van de standaarden gebruik, waardoor de cilinders op den duur leeg raken. Ook kunnen ze door ontmenging onbruikbaar raken. „De gassen mengen na verloop van tijd niet goed meer; vergelijk dat met een pak geschifte melk. Daarom kunnen onze klanten ze ook maar beperkt gebruiken.”

VSL moet dus geregeld nieuwe referentiegassen maken en die vergelijken met de standaarden die er nog zijn. Andere laboratoria controleren representatieve monsters van de referentiegassen in zogeheten ring- of steronderzoeken.

Al die gevulde cilinders met referentiegassen liggen opgeslagen in de zogeheten wijnkelder. „Je moet je voorstellen dat er een aardbeving plaatsheeft. Stel dat de hals van zo’n cilinder afbreekt; door de hoge druk zou die als een raket wegschieten. Dat zou gigantische schade veroorzaken.” Om die reden kan de buitenwand bij een calamiteit naar buiten vallen. „Je begrijpt dat ik mijn auto nooit onder deze wand parkeer”, grapt Oosterman.

Vulkaanuitbarsting

De stalen neuzen mogen uit, de tocht door de metrologietoren voert langs de nationale kilogram. Deze is niet te bezoeken, maar achter glas wel te bekijken. „Hij staat los van het gebouw op een heipaal die rust op een zandplaat. Ook wordt de ruimte continu gecorrigeerd voor luchtdruk. Hier voeren we de meest nauwkeurige massametingen uit. Die zijn zo gevoelig dat we omgevingstrillingen kunnen meten zoals de golfslag van de zee bij Scheveningen. En als er aan de andere kant van de wereld een vulkaan uitbarst, kunnen we de uitbarsting hier registreren.”

Een lift brengt de bezoekers naar de hoogste verdieping. Oosterman stopt bij een zware stalen deur. Op een sticker staat: Nationale Standaard van Tijd. „Onze atoomklok.”

Achter glas staan drie verschillende atoomklokken te draaien. Ze zijn verbonden met satellieten via een antenne op het dak. „Daarmee laten we ze communiceren met andere werelddelen, om de tijd overal gelijk te zetten. Dat is ontzettend belangrijk voor bijvoorbeeld beurstransacties”, weet de VSL-manager.

Het valt op dat de klokken allemaal een iets andere tijd aangeven. „We hebben de klokken gestart, maar we zetten ze nooit gelijk; we lezen ze alleen af.” Helemaal links staat de atoomklok die de gestandaardiseerde tijd in vijftien cijfers achter de komma aangeeft.

Om het belang van een gezamenlijke standaard te onderstrepen, vertelt Oosterman het verhaal van Marslander Schiaparelli. „Die stortte in 2016 vanaf een hoogte van 3,7 kilometer neer. Hoe kon dat nu? De computer zei immers dat hij was geland. Het bleek te komen doordat de Amerikanen in mijlen hadden gerekend en de Europeanen in kilometers.”