اندازه گیری چیست
در طبيعت و محيط پيرامون ما ،همواره وقايع و اتفاقاتي در شرف رخ دادن است كه براي بررسي آنها مجبور به اندازه گيري و تجزيه و تحليل اين اندازه گيري ها مي باشيم. اين اندازه گيري ها توسط وسايل مختلف انجام مي شود و هر چه وسيله استفاده شده براي اندازه گيري پيشرفته تر و كاملتر باشد اندازهگيري ما دقيقتر و قابل انكاتر خواهد بود.
اندازه‌گیری یا سنجش فرایند برآورد اندازه ویژگی‌های یک چیز، مانند طول (درازا) یا وزنِ (سنگینی) آن نسبت به یکاهای اندازه‌گیریِ استاندارد، مانند متر و کیلوگرم است. مترولوژی، دانش بررسی اندازه‌گیری است. عمل اندازه‌گیری، بیشتر با یک ابزار اندازه‌گیری (سنج‌ابزار)، مانند خط‌کش، ترازو، دماسنج، سرعت‌سنج، ولت‌سنج، سختی سنج، زبری سنج، بادسنج، عمق سنج، زاویه سنج، رطوبت سنج یا فشارسنج انجام می‌شود که با این کار، ویژگی اندازه‌گیری‌شده با یکای اندازه‌گیری بیان می‌شود. هر نوع ویژگی فیزیکی را می‌توان اندازه گرفت، کمّیت‌های فیزیکی، مانند مسافت، سرعت، انرژی، دما و زمان ازجملهٔ این ویژگی‌ها هستند. بنیان‌گذار اندازه‌گیریِ نوین، متیو لاسکی است.
در اندازه‌گیری‌ها پاسخ کامل یا مطلق نداریم. هر کسی که نتیجهٔ اندازه‌گیری خود را گزارش می‌کند، همواره بهترین برآورد خود را از مقدار اصلی، همراه با خطای اندازه‌گیری آن، ارائه می‌دهد. البته درستیِ اندازه‌گیری به سرشت جسمی که اندازه‌گیری می‌شود نیز وابسته است. از این‌رو، درستیِ همهٔ اندازه‌گیری‌ها، به‌دلیل محدودیت در دقت (تکرارپذیری آزمایش) و خطای برخاسته از سرشتِ سنج‌ابزار و جسم یا هر آنچه اندازه‌گیری می‌شود، محدود است.
واژه‌ها واصطلاحات پایه وعمومی اندازه شناسی
كميت:
هر چيز قابل اندازه گيري را كميت گويند .هر پديده ي قابل اندازه گيري كه بتواند كم يا زياد شود كميت ناميده ميشود (مانند طول- جرم- زمان- سرعت و . . .) كميتها اساس علم فيزيك را تشكيل ميدهند.
كميتهاي فيزيكي دو دسته ميباشند: كميت هاي اصلي و كميت هاي فرعي
- كميت هاي اصلي یا پایه - base quantity:
كميت هايي هستند كه بهطور مستقل تعريف شده و داراي يكاي مستقل ميباشند. يكاي اين كميتها بايد ثابت باشند تا مقايسه
در هر زمان و در هر مكان امكانپذير باشد و براي اينكه پاسخگوي نيازهاي علمي و آزمايشات دقيق باشد بايد بتوان آنها را با
دقت بسيار زياد اندازهگيري كرد در ضمن بايد در دسترس باشند يعني در هر زمان بتوان آنرا دوباره ساخت (البته اين مشخصات براي يكاي تمام كميتها بايد صادق باشد).
در سيستم SI هفت كميت بهعنوان كميتهاي اصلي معرفي شدهاندكه براي هر كدام هم يك يكاي ثابت در نظر گرفته شده
است اين كميتها عبارتند از: كميت هايي كه بنيادي هستند. مثال: طول ، جرم ، زمان ، دما ، شدت جريان .
- كميتهاي فرعي - derivel quantity:
كميتهايي هستند كه با فرمولها و روابط فيزيكي به كميتهاي اصلي مربوط مي شوند. كميت ها به كميت هاي اصلي وابسته هستند . مثال : سرعت ، شتاب ، چگالي ، حجم و ...
کمیت اندازه ده (measurand) :
به کمیتی گفته می شود که مورد اندازه گیری قرار می گیرد.
کمیت تاثیر گذار ( influence quantity ) :
در اندازه گیری کمیت ها برخی کمیت های دیگر روی کمیت مورد اندازه گیری اثر می گذارد در حالی که خود مورد اندازه گیری قرار نمی گیرد. مانند : کمیت دما در اندازه گیری کمیت طول (به عنوان مثال: طول در دمای ۲۰درجه با طول در دمای ۳۰ درجه تفاوت دارد.)
دستگاه کمیت:
دستگاه کمیت ها (system of quantities) مجموعه ای از کمیت ها به مفهوم آن که میان آنها رابطه تأید شده ای وجود دارد را دستگاه کمیت ها گویند.
اندازه گیری (measurement) :
مجموعه عملیاتی که به صورت پیاپی انجام می شود تا اندازه یک کمیت فیزیکی بر اساس یکی از واحدهای قانونی تعیین شود را اندازه گیری گویند.این عملیات ممکن است به صورت دستی و یا خودکار باشد. (مجموعه عملیاتی که به منظور تعیین مقدار یک کمیت انجام می شود را اندازه گیری گویند.) .اندازه گيري يك كميت، مقايسة مقدار آن با يكاي آن كميت است. اندازة يك كميت شامل دو قسمت است. قسمت اول عددي است كه نشان دهندة بزرگي كميت است و قسمت دوم نشان دهندة يكاي كميت می باشد
يكا یا واحد اندازه گیری :
براي اندازه گيري يك كميت بايستي آن را با مقدار ثابتي از آن كميت مقايسه كرد، كه به آن مقدار ثابت از كميت، يكا يا واحد آن مي گويند. يكاي هر كميت مقداري از آن كميت است كه به طور استاندارد به عنوان واحد در اندازه گيري ها پذيرفته شده و نتايج اندازه گيري را برحسب آن بيان مي كنند در هر اندازه گيري ما متوجه مي شويم كه هر كميت چند برابر يكاي آن است به عنوان مثال: زمانيكه مي گوييم طول ميزي ٢ متر است ما طول ميز را با يكاي طول كه متر است مقايسه كرده ايم و نتيجه گرفتيم كه طول ميز دو برابر يكاي آن يعني ٢ متر است.
ويژگيهاي واحد ( يكا ) اندازه گيري :
- در دسترس باشد
- در شرايط فيزيكي ثابت باشد .
- با دقت زياد قابل اندازه گيري باشد .
نماد یکای اندازه گیری (symbol of unit ) :
علامتی است که به طور قرار دادی برای نمایش یکای اندازه گیری مشخص می شود. مانند: mبرای متر – kgبرای جرم-...
دستگاه هاي اندازه گيري:
براي اينكه اندازه گيريهاي افراد مختلف با هم قابل مقايسه باشد و هر شخص بتواند از نتايج اندازه گيري افراد ديگر استفاده كند بين كشورهاي يك سري يكا (واحد) به عنوان يكاي رسمي پذيرفته شد كه اين يكاها دستگاه بين المللي واحدها را تشكيل مي دهد برخي از اين دستگاهها عبارتند از:
- دستگاه MKS : كه در اين دستگاه يكاي طول متر، يكاي جرم،كيلوگرم و يكاي زمان، ثانيه ميباشد.
- دستگاه Cgs : كه در اين دستگاه يكاي طول سانتيمتر، يكاي جرم، گرم و يكاي زمان، ثانيه است.
- دستگاه MTS : كه در اين دستگاه يكاي طول، مگامتر، يكاي جرم، تن و يكاي زمان، ثانيه است.
دستگاه MKS و Cgs دستگاه يكاهاي علمي و MTS دستگاه يكاهاي صنعتي ميباشد البته دستگاههاي ديگري نيز وجود دارد كه ما به بررسي آنها نمي پردازيم. به دستگاه MKS به اختصار دستگاه SI يا سيستم بين المللي واحدها نيز مي گوييم. در سيستم SI تقسيم بندي يكاها به صورت دهدهي (مضربهاي ده) ميباشد در نتيجه تبديل يكاها به يكديگر ساده است. معمولاً براي يكاهاي بزرگ تر از واحد و يا كوچكتر از واحد از اضعاف و يا اجزا واحدها استفاده ميشود.
سیستم اندازه گیری ( measuring system ):
مجموعه کاملی از دستگاههای اندازه گیری و تجهیزات که برای انجام اندازه گیری های مشخص مونتاژ می شوند را سیستم اندازه یری گویند.
سيستم SI: سيستمي است بين المللي كه همه كميت ها در آن داراي واحد مشخص و ثابتي هستند .
- واحد طول در سيستم si ( متر ) است (M).
- واحدجرم در سيستم si ( كيلو گرم ) است ( kg ) .
- واحد زمان در سيستم Si (ثانيه ) است (S).
- واحد دما در سيستم Si (كلوين) است (K).
- واحد شدت جريان در سيستم Si (آمپر ) است (A).
مترولوژی / اندازه شناختی (metrology):
دانش اندازه گیری و اندازه شناسی را مترولوژی گویند این دانش تمام جنبه های نظری و عملی راجع به اندازه گیری را در بر می گیرد.
وسیله اندازه گیری (measuring instrument):
وسیله ای که به تنهایی ویا همراه با وسایل کمکی برای انجام اندازه گیری (یا اندازه گیری های مشخص ) به کار می رود را وسیله اندازه گیری گویند. مانند: کولیس
تنظیم (adjustment ) :
عملیاتی مشخص برای آوردن یک وسیله اندازه گیری یا دستگاه اندازه گیری در محدوده قابل استفاده برای اندازه گیری و یا کاربردی معلوم را تنظیم گویند.
درستی / صحت (accuracy ) :
نزدیکی خروجی های یک سیستم اندازه گیری نسبت به مبدٲ مورد نظر (مقدار مرجع ) را درستی یا صحت گویند.
دقت (precision ):
نزدیکی خروجی های یک سیستم اندازه گیری نسبت به یکدیگر را دقت گویند. تفکیک پذیری / زینه بندی / ریزنگری / قابلیت شخیص / وضوح (resolutio ) کوچکترین قسمت بندی وسیله اندازه گیری را تفکیک پذیری گویند.
عدم قطعیت (uncertainty) :
پارامتری مربوط به نتیجه اندازه گیری که پراکندگی مقادیر را می توان به طور منطقی به اندازه ده نسبت داد را مشخص می کند.
خطا (error ) :
اشتباه را خطا گویند.
مقدار خطا (value of error ):
نتیجه اندازه گیری منهای مقدار واقعی اندازه ده را مقدار خطا گویند.(E=R-A ←Eاندازه خطا- R اندازه خوانده شده توسط وسیله اندازه گیری – A مقدار حقیقی کمیت مورد نظر)
خطای نسبی (relative error ):
حا صل تقسیم خطای اندازه گیری به مقدار واقعی اندازه ده را خطای نسبی گویند.
رواداری (tolerance ):
خطای مجازی را که در مورد یک کمیت می توانیم مجاز بدانیم را تولرانس یا رواداری گویند.(حداکثر انحراف مجاز یک قطعه ساخته شده از اندازه خاص خودش را گویند.)
سنجه مادی ( material measure ):
وسیله ای که همواره در زمان به کار گیری آن یک ویا چند مقدار معلوم از کمیتی معین را ارایه و یا ایجاد می نماید. مانند: وزنه - پیمانه - ...
رانش / انحراف تدریجی (drift ) :
تغییر آهسته مشخصه اندازه شناختی (دانش اندازه گیری) یک دستگاه اندازه گیری و یا وسیله اندازه گیری را رانش گویند.
گستره نامی (nominal rang ) :
حد فاصل بین حداقل اندازه تا حداکثر اندازه ای که یک وسیله اندازه گیری و یا دستگاه اندازه گیری می تواند مشخص کند را گستره نامی گویند.
پهنه / دامنه اندازه گیری ( span ):
قدر مطلق تفاضل دو حد گستره اندازه گیری نامی را پهنه گویند.
زمان پاسخ (response time ):
مدت زمانی که طول می کشد تا بعد از یک تحریک و یا تغییر ناگهانی ورودی یک وسیله اندازه گیری به حالت پایدار جدید بر گردد را زمان پاسخ گویند. مانند: زمان لازم برای پایدار شدن حباب تراز مایعی.
سرعت پاسخ (response speed ) :
عبارت است از سرعتی که وسیله اندازه گیری نسبت به تحریک و یا تغییر در ورودی آن از خود واکنش نشان می دهد. (سرعتی که دستگاه اندازه گیری نسبت به تغییر ورودی از خود نشان می دهد.)
پرش اضافه ( over shoot):
بیشترین مقداری که عقربه وسیله اندازه گیری از نقطه پایدار خود دور می شود را پرش اضافه گویند.
پایداری (stability):
توانایی یک وسیله اندازه گیری در ثابت نگه داشتن خصوصیات دستگاه اندازه گیری را پایداری گویند.(توانایی یک وسیله اندازه گیری برای حفظ خصوصیات مترولوژیکی خود را پایداری گویند.)
تکرار پذیری (repeatability):
میزان نزدیکی بین نتایج اندازه گیری پی در پی از یک اندازه ده که در شرایط یکسان انجام شده باشد را تکرار پذیری گویند.
شرایط تکرار پذیری :
- یکسان بودن روش اندازه گیری ،
- انجام شدن کار توسط یک شخص ،
- کار در فاصله زمانی کم انجام شود،
- کار در شرایط محیطی یکسان انجام شود ،
- استفاده از یک ابزار اندازه گیری ،
- قطعه مورد اندازه گیری تغییر نکند
حساسیت (sensitivity) :
نسبت تغییرات خروجی به تغییرات ورودی یک دستگاه اندازه گیری را حساسیت گویند. مقدار حساسیت همواره برابر یک است.
قابلیت ردیابی ( traceability ) :
قابلیت ارتباط دادن مقدار یک استاندارد یا نتیجه یک اندازه گیری با مراجع بین المللی و یا ملی از طریق زنجیره پیوسته مقایسه ها که همگی عدم قطعیت معینی داشته باشند را قابلیت ردیابی گویند.
کالیبراسیون (calibration) :
ـ تعریف۱:حصول اطمینان از دقت و صحت عملکرد تجهیزات آزمون و سنجش را تحت شرایط مشخص کالیبراسیون گویند.
ـ تعریف۲:مجموعه عملیاتی که تحت شرایط مشخص میان نشان دهی یک دستگاه یا سیستم اندازه گیری یا مقدار یک سنجه مادی یا ماده مرجع و مقدار متناظر آن از استانداردهای اندازه گیری حاصل می شود و رابطه منطقی بر قرار می کند را کالیبراسیون گویند.
تبدیل واحدها و مقیاسهای اندازه گیری
از یک سیستم اندازه گیری به سیستم دیگر لازم است ضرایب تبدیل واحدها را بدانیم تا با اعمال اینگونه ضرایب عملیات تبدیل واحد انجام گیرد. این ضرایب را در جدول هایی که به جدول تبدیل واحدها معروف هستند ثبت میکنند تادر موقع لزوم از آنها استفاده شود.در این جدول ها تعداد زیادی واحدها و مقیاسهای مختلف و ضرایب تبدیل برای کمیتهای مختلفی مانند دما و حرارت، فشار، طول، وزن، نیرو، انرژی، توان، چگالی و ...در سیستمهای مختلف اندازه گیری وجود دارد. چنانچه نیازبه دانلود فایل pdf اینگونه جداول دارید میتوانید با توجه به نیاز خود هر یک از فایلهای pdf زیر را دانلود نمایید.
1- جدول خلاصه و یک صفحه ای تبدیل واحدهای متریک و انگلیسی به یکدیگر (pdf)
2- جدول تبدیل واحدهای مختلف بهمراه دیمانسیون کمیتهای اندازه گیری (pdf)
3- ضرایب و جدول های تبدیل واحدها و مقیاسها، چاپ سوم نشریه شماره 98 سازمان برنامه و بودجه (pdf)