NIST uppmanas ofta att tillhandahålla ovanliga, ibland exotiskt, mätningar och kalibreringar till stöd för amerikansk handel. Men även gamla händer i Fluid Metrology Group blev förvånade förra hösten när de kallades in i en tvist om måtten på lönnsaft.

Det gällde noggrannheten hos hydrometrar - instrument som mäter vätskans densitet - som används i Vermonts legendariska lönnproduktindustri för att bestämma sockerinnehållet i saven som extraheras från träd varje vår och sedan kokas ner för att göra lönnsirap. Alla hydrometrar som används i branschen måste inspekteras och godkännas av staten. Mellan 2012 och 2016, Vermont Agency of Agriculture, Food &Markets (AAF &M) testade 39, 241 av dem.

Sapsockermätningar är avgörande för verksamheten. Det tar cirka 43 liter sap innehållande 2% sackaros att göra en liter lönnsirap, men bara cirka 22 liter för juice med 4% sockerhalt. Så även en liten skillnad kan ha en betydande inverkan på saftens värde och på recepten följda av tillverkare av sirap och andra lönnprodukter. Lönnprodukter är en viktig del av Vermonts ekonomi. Under 2013, statens lönnindustri "bidrog mellan $ 317 och $ 330 miljoner i försäljning till delstaten Vermont, "enligt en studie från 2015. Vermont står för uppskattningsvis 42% av all amerikansk lönnproduktion i USA.

Vermont testar hydrometrar tillverkade i olika stater såväl som i utlandet. NIST:s engagemang började efter att en tillverkare skickade en SAP -hydrometer till AAF &M för kalibrering. Byrån testade instrumentet och bedömde att det läste av tolerans jämfört med Vermonts referensstandard. Tillverkaren höll inte med. Båda parterna, oberoende av, vände sig till NIST.

"Vi serverade, i själva verket, som skiljeman, "säger John Wright, Projektledare för flödesmätningar i NIST:s fysiska mätlaboratorium. Tillverkaren skickade sin hydrometer till NIST; AAFM skickade en referensstandardhydrometer. Båda var baserade på Brix -skalan, som har använts i två århundraden för att mäta sockerhalten i vattenlösningar. Det används i vinet, läsk, juice, och närstående branscher. Men inte, som det visar sig, av typiska kunder inom Fluid Metrology Group.

"Jag har varit på NIST i 17 år, "säger gruppmedlemmen Sherry Sheckels, "och jag hade aldrig sett en Brix -hydrometer." Inte heller Wright. Det fanns inte heller mycket hjälp i den vetenskapliga litteraturen. Sann, det fanns kanoniska tabeller - sammanställda av NIST:s föregångare, National Bureau of Standards - från 1924 för tätheten av lösningar av rörsocker vid 20 ° C (68 ° F), men ingen annan temperatur.

Dock, lönnindustrin använder 3,33 ° C (38 ° F) som referenstemperatur. "Referenstemperaturen för SAP -hydrometrar är unik för hydrometri och för lönnindustrin, "säger Marc Paquette från AAF &M. Byrån hade försökt hitta ett laboratorium som kunde kalibrera dess Brix -safthydrometer, men ingen kunde göra det.

"En av frågorna var referenstemperaturen, "Säger Paquette." De flesta hydrometrar kalibreras vid en referenstemperatur på 60 ° F eller 68 ° F (20 ° C). Men lönnsaft samlas in tidigt på våren när temperaturen är låg, ofta något över fryspunkten. Vi kunde inte hitta ett labb som kunde justera för förändringen i referenstemperaturen. "

Temperatur är en nyckelfaktor eftersom termisk expansion eller kontraktion påverkar både vätskans densitet och hydrometerns dimensioner. Dessa effekter måste redovisas, liksom krafterna som utövas på hydrometerstammen av vätskans ytspänning och det faktum att hydrometern har en liten men betydande flytkraft i luften.

NIST använder Cuckows metod för att kalibrera hydrometrar, mäta vikten av kundens hydrometer, en gång i luften och igen när den är upphängd vid stammskalan av intresse i en vätska med välkänd densitet. Dock, det är nödvändigt att relatera densiteten mätt i NIST:s apparat nära 20 ° C till densiteten på Brix -skalan vid referenstemperaturen på 3,33 ° C.

För att göra NIST-Brix-anslutningen, Wright och Sheckels framställde sockerlösningar av 3% och 6% sackaros (med osäkerhet mindre än 0,001 viktprocent) och mätte deras densitet ner till 3,33 ° C. Deras data bekräftade publicerade densitetstabeller till inom 50 delar per miljon. För att ytterligare validera NIST -kalibreringsresultaten, kundernas hydrometrar testades också (med NIST -korrigeringarna) i de kylda 3% och 6% sackaroslösningarna. Dessa tester bekräftade Cuckows apparatkalibrering.

"Vi kalibrerade dessa två hydrometrar och visade att referensen Vermont använde var korrekt, "Wright säger." Och vi förklarade för tillverkaren hur man korrekt redogör för 3,33 ° C referens temperatur. Efter att ha tagit reda på vad en korrekt kalibrering krävde, vi utbildade våra kunder. "

Varken Paquette eller hydrometer tillverkare var bekanta med NIST:s testmetoder. Men "de gjorde ett uttömmande test av instrumentet inklusive en imponerande osäkerhetsbudget, "Säger Paquette." Det gav oss också möjlighet att granska vår testprocess och införliva standarden i den processen. "

Effekterna kommer att märkas utöver staten Vermont och en tillverkare:Paquettes laboratorium har toleransprovade hydrometrar för leverantörer av lönnutrustning i New Hampshire, Pennsylvania, New York, Wisconsin, Indiana, Connecticut, och Michigan. Således utnyttjas en enda NIST -hydrometerkalibrering med nästan 10, 000 lönnesap hydrometertester per år utförda av statliga laboratorier, säkerställa rättvis handel och kvalitetsprodukter för en industri på 700 miljoner dollar per år.