計測計量の意味 | 計量器 | 計測器

時間測定タイマー
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“はかる”とは? | 計測計量士の資格試験キーワード

“はかる”という言葉の意味は下記のような意味である。

言葉

意味

備考

はかる

仕上げようと予定した作業の進捗状態を数量、重さ、長さについて見当をつける

広辞苑より

(計・量・測)物の数量、または時間の度合を一定の単位と比較して確かめる,秤、枡(ます)、ものさし、時計などの計器で測定する。 計量、計算する。

日本国語大辞典より

計測

器械を使って、数、量、長さ、重さなどをはかること。

計量

長さや重さなど物の数量をはかること。分量、目方をはかること。

測定

計器や装置を用い、ある現象を特徴づける数量を読みとること。

度量衡
どりょうこう

長さと体積と重さ。

JISでは上記の言葉の定義をはっきりさせる為に下記のように定義している。

用語

定義

備考

計測

特定の目的をもって事物を量的にとらえる為の方法、手段を研究し実施しその結果を用い所期の目的を達成させること。

備考: 公的に取り決めた測定標準を基礎とする計測を計量ということがある

JIS Z 8103

測定

ある量を基準として用いる量と比較し数値または符号を用いて表すこと。

JIS Z 8103

また、JIS    8103では計測に関した言葉についても下記の様に定義している。

用語

定義

かたより

測定値の母平均から真の値を引いた値

ばらつき

測定値のおおきさがそろっていないこと。

または不揃いの程度

測定値

測定によって求めた値

正確さ

かたよりの小さい程度

備考:推定したかたよりの限界の値で表した値を正確度

精密さ

ばらつきの小さい程度

備考:ばらつきを標準偏差またはその指定した倍数で表した値を正確度

精度

測定値の表す値または測定結果の正確さと精密さを含めた総合的な良さ

誤差

測定値から真の値を引いた値

真度

真の値からのかたよりの程度

計測計量の概要

計測計量の概要


計測計量のバラツキ、精度、真度の解説

計測計量のバラツキ、精度、真度の解説



単位とは?  | 長さ、重さ、量の基準

国語辞典で調べると単位は下記の意味である。 長さ、重さ、量などの数量を計算するときの基準となるもの。 また、その数値。長さのメートル、重さのグラムなどの類。

“はかる”ということは同じものを複数つくる必要があってはじめて必要になるもので自分で全てのものを つくり、使用していた場合は必要ではない。 長さ、重さ、容積の物々交換が発達するまでは無用なものであった。

物つくりの分業体制ができるようになって必要となった道具であり、他の品物と比較することができる 便利な道具である。 はかることの基準はどこの国でもはじめ人間自身の体の大きさを持って決めていた。

長さの最初の基準は身体の一部だった。古代オリエント時代の単位は,腕の長さから,キュービットが使われ, ヤードの基本となった。インチやフィートもそれぞれ指や足の大きさに起因すると言われている。

尺、インチやフィートの起源

尺、インチやフィートの起源

尋、 ヤードの起源

尋、 ヤードの起源


現在の単位の基準 |  メートルの定義 | キログラムの定義  | 時間の定義 | 温度の定義

【長さの基準】            1mの定義

   

メートル原器                光の速さ(真空中)を基準

「地球の子午線の赤道から北極までの100万分の1」と決めたのが最初です(メートル原器作成)

1960年:    86Kr原子のだいだい色スペクトルの真空中における波長の1650763.73倍を1メートルとする。

1983年:    光の速さ(真空中)を基準にするようになった。

【質量の基準】            1Kgの定義

1790年、質量の基本単位「キログラム」は「約4℃で最大密度にある純水の1デシ立方メートル(1辺が10cmの立方体)の質量」と定義され、その後これに基づき、白金90%、イリジウム10%の合金製で、直径39mm・高さ39mmの    円柱形の「国際キログラム原器」が作られました。


この国際キログラム原器はフランスの国際度量衡局に保管され、これと同形状・同材質のキログラム原器が40個作られ、世界各国に配られ、それぞれの国の質量単位のモトとなるキログラム原器となったのです。

日本のキログラム原器は№6で、現在、茨城県つくば市の通商産業省工業技術院計量研究所に保管され約30年ごとに故郷であるパリ郊外の国際度量衡局の国際キログラム原器と比較され、値付けされています。

キログラム原器

キログラム原器

キログラム原器


【時間の基準】

「1日を24等分したものが1時間。1時間を60等分したものが1分。1分を60等分したものが秒」

1967年:セシウム133の特定放射の9192631770周期分の時間

セシウム133のの時間

セシウム133の特定放射の9192631770周期分の時間


【温度の基準】

セッ氏温度(セルシウス温度)            単位記号:℃

(「摂氏」はスウェーデン人セルシウス(A=Celsius)の中国語表記「摂爾思」から)温度を計る単位の一つ。

一気圧における水の氷点を零度、沸点を一〇〇度とし、その間を一〇〇等分した温度目盛り。

氷点以下や沸点以上の温度も同じ目盛り間隔にしてある。記号℃一七四二年、セルシウスが提唱した。

1990年に定められた温度定義では、17個の温度定点が与えそれを元に基準をきめている。

変更理由:

零点、沸点の値が不変的でないために変更を行った。例として、1990年での「1気圧下の水の沸点は、約99.974℃であり現在の温度目盛りでは、水の沸点は100℃ではない

  

絶対温度(ケルビン温度)単位記号:K 呼び名:ケルビン

摂氏マイナス二七三・一六度を零度とし、摂氏と同じ温度単位をもつ温度系、記号/ ゼロ/の温度では物質を構成する原子分子の熱振動はすべて静止する。従ってゼロ/以下の温度は存在しない。

華氏温度(セルシウス温度)    記号:°F

「華氏」はドイツ人ファーレンハイト(G.D.Fahrenheit)の中国語表記「華倫海」から)温度をはかる単位の一つ。水の氷点を三二度、沸点を二一二度とし、その間を一八〇等分した温度目盛り。一七一四年、ファーレンハイトが制定。ヤードポンド単位系で用いられる。

SI単位系 |   メートル , キログラム , 秒 , アンペア , ケルビン , モル , カンデラ

SI (System International unite) 国際単位系、度量衡の標準単位系で、旧[MKS]単位系をもとに、次のような単位を基本として組み立てた単位系のこと。1960年に国際度衡量総会で採択された。

・SI基本単位:

記号 定    義
長さ メートル m メートルは,1/299 792 458秒の時間に光が真空中を伝わる行程の長さ
質量 kg キログラムは質量の単位で,国際キログラム原 器の質量
時間 s 秒は,セシウム133の原子の基底状態の二つの 超微細準位間の遷移に
対応する放射の9 192 631 770周期の継続時間
電流 アンペア A アンペアは,真空中に1m間隔で平行に置かれた ,無限に小さい円形断面の
無限長の2本の直線導体のそれぞれを流れ,この導体1メー トルごとに 2×10-7ニュートンの力を及ぼし合う不変電流
熱力学 ケルビン K ケルビンは,水の三重点の熱力学温度の1/ 273.16の温度
物質量 モル mol モルは,0.012キログラムの炭素12の中に存在 する原子の数と等しい数
の構成要素を含む系の物質量
光度 カンデラ cd カンデラは,周波数540×1012ヘルツの単色放 射を放出する光源の,
放射強度が1/683ワット毎ステラジアンである方向の光度

・SI 補助単位:ラジアン , ステラジアン

SI 補助単位:ラジアン , ステラジアン

SI 補助単位:ラジアン , ステラジアン


・基本単位を用いて表現されるSI 組立単位の例:

平方メートル , Kg毎立方メートル , メートル毎秒 ,  毎平方メートル , 毎ケルビン , モル毎立方メートル , 毎平方メートルカンデラ

名称

記号

面積 平方メートル

m2

密度 Kg毎立方メートル

kg/m3

速さ メートル毎秒

m/s

電流密度 毎平方メートル

A/m2

線膨張係数 毎ケルビン

K-1

モル濃度 モル毎立方メートル

mol/m3

輝度 毎平方メートルカンデラ

cd/m2

・固有の名称をもつSI 組立単位:

ヘルツ、ニュートン、パスカル、ジュール、ワット、クーロン、ボルト、ファラド、オーム、ウエーバ、テスラ、ヘンリー、セルシウス度、ルーメン

名称

記号

単位

周波数

ヘルツ

Hz

ニュートン

N

パスカル

Pa

N/m2

エネルギー、仕事

ジュール

J

N・m

射束

ワット

W

J/s

電荷

クーロン

C

電圧,起電力

ボルト

V

W/A

静電容量

ファラド

F

W/A

電気抵抗

オーム

Ω

V/A

S

A/V

磁束

ウエーバ

Wb

V・s

磁束密度

テスラ

T

Wb/m2

タンス

ヘンリー

H

Wb/A

温度 セルシウス度

光束

ルーメン

lm

照度

ルックス

lx

lm/m2

・SI 接頭語:

SI 単位の量の種類によっては,単位の大きさが常用される大きさと比較して極めて大きい量や小さい量が 発生する。このため,10の整数乗倍で表せるように,SI 接頭語を定めてある。

エクサ , ペタ , テラ , ギガ , メガ , キロ , ヘクト , デカ , デシ ,  センチ , ミリ , マイク , ナノ , ピコ , ファト , アト

単位

名称

記号

10 18

エクサ

E

10 15

ペタ

P

10 12

テラ

T

10 9

ギガ

G

10 6

メガ

  M

10 3

キロ

k

10 2

ヘクト

h

10

デカ

  da

10-1

デシ

d

10-2

センチ

c

10-3

ミリ

  m

10-6

マイク

μ

10-9

ナノ

n

10-12

ピコ

p

10-15

ファト

f

10-18

アト

a

機械計測 | 計測器 、計量器

【目的】 製品、部品の長さ、面積、角度をはかることで部品寸法、形状を同じものが作ることが 可能となり(標準化)、又比較が数値でもって容易にできる。

計測器例:ものさし    ・マイクロ・ノギス    ・分度器

4-2:あたらしい誤差の考え方

従来迄の誤差の考え方では真の値がわかってないと 誤差は求めることができないが一般的には真の値が 明らかでないほうが多くその場合誤差が求められないことに なる。それでも誤差の評価が必要になるので従来までの 方法では不便が多い。

あたらしい誤差の考え方

あたらしい誤差の考え方


<従来の誤差の考え方>

新しい計測においては真の値がない。

また、絶対値を問題とせず安定性を評価したいときには必ずしも真の値を 必要とせず誤差の原因となる誤差因子による変化を誤差として扱うこともあるし、絶対値への対応は標準を用いて校正することにより得られるので計測器は 校正するものとして校正しても除けないを変化を計測し真の値が不明のまま評価

するほうが現実と整合性がとれる。

誤差の成分を,標準,校正,計測器の性能に伴うものに区分して,後に校正の項 で述べるように,標準の誤差,校正作業にともなう誤差,実際の測定時に生じる 誤差(校正後の誤差)に分けて評価する方法が開発され,JISZ9090で採用された。

最終的な総合誤差は状況などによって変わるものであり,これらの形態や状況が 固定されなければ誤差が求められないというのではなく,上記の3種の 誤差をそれぞれ別々に求めておいて,例えば校正方法を変えたときには校正作業 に伴う誤差だけを求め直すだけで,総合誤差が求まるようになった。

また,計測器の開発においても,校正は計測器が出来た後に行うこととして, まずこの校正後の誤差が小さくなるように改善を進め,計測器を安定なものにして おくという考え方が採られる。

さらに,上記の3種の誤差に分離できるので,校正作業にともなう誤差が大きい のであれば校正の方法を変える, 実際の測定時点における誤差が大きいのであれば,その誤差を評価して 測定方法,測定器,測定環境を改善するというように,問題となる誤差の種類に 応じて対処することが出来る。

JIS    9090には,以上の他に誤差原因となる条件をそれが実際の測定のときに 変化する程度に故意に変化させたデータから求める方法すなわち, 実際に生じる誤差を予測的に求める方法も示している。

誤差の表示

誤差の表示方法を標準偏差または標準偏差に係数を乗じたいわゆる

2シグマや3シグマで表すことが行われている。

しかし,これは統計学でいわれるある確率をもつ範囲としての意味 は希薄であることに注意が必要である。また,このように個別に表現するのが 不便であるので,この両者を合成して表すことが行われる。そのとき,かたよりとばらつきでは統計的な性質が異なるので,統計上厳密な形で合成すること は出来ないが,一般的にはかたよりと,標準偏差又はそれに係数を掛けた値の 2乗の和の平方根を求めることが行われる。

誤差の表示

誤差の表示


最近,誤差ではなく計測の不確かさという概念が提唱されている。これは, 真の値が分からなければ誤差が求まらないという不便を避けたものとも考えら れ,かたより誤差の上限と統計的に解析して求められる誤差から,両者を合成 して不確かさとするものである。かたよりは,計測系の検討から推定し,ばら つき誤差は標準偏差に係数を掛けた値で求める。両者の合成は,ばらつき誤差 と両者の2乗和の平方根を求める方法と,単なる両者の和の両方が用いられて いる。 新しい誤差の考え方では,それぞれの標準偏差の2乗和の平方根が用いられる。

総合誤差

総合誤差


誤差のバラツキ

誤差のバラツキ


トレーサビリティ | 履歴

トレーサビリティとはJISZ8103に「標準器又は計測器が,より高位の標準によって次々と校正され,国家標準に つながる経路が確立されていること」と定義されている。トレーサブル(Traceable)とは,由来をたどることが 出来るという意味であり,製品のトレーサビリティなどと,製品の製造番号などから製造工場やロットなどを突き止めるられると言う意味で用いることもあるので,本来計測結果のトレーサビリティというべきであるが,計測で用いるときはときには,単にトレーサビリティという。トレーサビリティに対して標準供給という言葉がある。 これは,国家の標準から,その値が次々と移し代えられて下位の標準に達することであり,トレーサビリティが下位から 上位へ向いているのに対して,供給は上位から下位を向いている。

トレーサビリティは前述のとおり,計測結果の国内的な普遍性を得るために行うものであり,全ての計測でこれを 必要とするものではない。企業内の研究の中など限られた範囲の中での比較においては,トレーサビリティ は必要としない。

トレーサビリティの考え方は,1960年代に米国で宇宙開発が進められた時に生まれたものである。宇宙開発は多くの分野の総合技術として達成されるものであり,開発の過程における種々の計測の結果の 一貫性がないために,不具合が生じ,その損失を解消する必要から体制の整備が行われた。不具合を避ける ようとするあまり個々の計測器に過剰な精度を要求することになって,多大の経済的な損失が生じたからであり, これを国家的なシステムとして位置付けたものである。

トレーサビリティは,校正に用いられる標準がさらに上位の標準によって校正されているというように,校正を つなげることによって実現されるのであり,当然校正の方法や校正の問隔が適切であることが必要であるし, これらの技術が確立されていることが要件となる。また,標準器のレベルが適切で校正の間隔の間における変化も コントロールされていることも重要である。適切なトレーサビリティが確保されていても,校正において述べられて いるように,実際に計測を行う計測器に誤差には校正では除けない誤差があるからトレサビリティーが得られればそのことで直ちに誤差の小さい測定が出来るというものではない。

校正とは

校正は,JISZ8103に「標準器,標準試料などを用いて計測器の表わす値とその真値との関係を求めること」と定義されている。

校正には2つの目的がある。1つは,標準との対応を取ることにより絶対値を正確なものにすること,(点検)他の1つは狂いを修正して安定性を確保する(修正)ということである。

計測器は,基本的には測定量を指針、目盛りなどを通して数値に変換する機器であるから,変換の方法によってはどのような値でもとり得るものであり,校正し標準との関係を求めことによって,任意の仮の基準に対する絶対的な値が    得られ、社内、外部に通用する普遍的な値が得られる。

もし標準がトレーサブルなものであれば,計測の結果は国内あるいは海外に対しても通用するものとなる。

一方,安定な測定対象を測定することによって狂いを知り,それを修正することによって狂いの少ない安定な計測をすることが出来るようになる。

たとえば,ある特定の工程を管理するためだけであるならば,必ずしも絶対値は必要ではなく,ある安定な測定対象で校正すればよい。

この場合には標準がトレーサブルである必要はない。

もし計測器が非常に安定なものであれば,計測器のメーカなどによる最初の1回の校正ですむことになるが,一般には時問の経過や環境の変化によって表示値が狂ってくるので,これを修正するために,定期的に校正を行う。

校正における重要な要素は,校正に用いる標準,校正の方法(校正式,校正手順など),校正問隔およびこれらの相互の関係や実際の測定現場との整合,経済性も含めた全体としての合理化を図るなどの校正方式(システム)の設計などである。

校正

校正式

校正式

計測器の読み値と真値との関係を表す方法として,様々な数式が用いられる。例えば,読み値をy,標準の値M(真の値とみなされる値)との関係が

y=M+α        式(2.1)

という式で表されるものとして,1個または多数個の標準を測定した値からαの値を推定する。αが求まると,実際に測定して得られた読み値yから真の値Mを次式で推定することが出来る。

M=y-α

この式を校正式という。

最初に仮定した式(2.1)は,対象とする計測器が一定のかたよりαを持つ傾向があると判断して採用したものである。

読み値をこの式ではなく,例えばy=βMという式で表されると仮定することも出来る。

この仮定は,計測器や計測の性質を考慮して決定されるのが通常であるが,適用する校正式よって,校正された値の持つ 誤差が変わる。

したがって誤差の観点からは,誤差が最も小さい校正式を選択するのがよいことになるが,校正式によって,校正の ための手間も変わって来る。(2.1)式の場合は標準1個を測定すれば校正式が求められ,もしその1個を零点とすれば 特に標準を必要としないことにもなるので,校正の手間もそれだけ小さいことになる。

一方この式では感度に狂いが出てもそれを校正することが出来ないので,校正してもまだ大きな狂いが残ってしまう場合がある。比例式では2個以上の標準を測定することになり,校正式を求める計算も手間がかかる。

すなわち,適用する校正式によって校正後の誤差や校正の手間が変わって来るので校正の選択は校正の効果と 校正に必要なコストを考慮して決定するのが合理的である

校正と誤差

前述のように,校正の目的の1つは誤差の低減である。これは,計測器の読み値のなかの系統的なかたよりを修正する ものであり,誤差の中にはこれ以外のものもあるので,校正によって除かれる誤差と除くことの出来ない誤差がある ことになる。 繰り返し測定の中で生じるような偶然性による誤差は除くことが出来ないし,校正周期内の諸々の条件による変動も 修正することは出来ない。

また誤差の程度は小さい場合が多いと思われるが,標準の誤差もやはり除くことは出来ない。校正の観点からの計測の 誤差の分類では,校正後の誤差,標準の誤差の他に,校正の作業による誤差がある。

校正は,校正の対象の計測器で標準を測定した結果から修正するのであり,測定したデータに含まれる誤差の 一部は,校正式に誤差を与える。これらを校正作業による誤差といい,計測に新たな誤差を与えるものとなる。

校正システム

校正においては,上記のような校正式や校正問隔を適切に決定するだけではなく,計測を測定対象,標準,校正,計測器の使用条件や使用方法などを1つのシステムとして捉え,これらを系統的に一貫性のあるものにする必要がある。

読み値は,計測の対象,計測条件,計測の手順などによって変わってくるので,これらの条件を限定したり標準化した上でないと校正の初期の目的は達せられないことがある。場合によっては知りたい真値の定義を明確にする必要さえ生じてくる。

たとえば測定対象が金属であるかプラスチックであるかであるかで異なるしマイクロメーターによるプラスチック製品寸法の場合どの温度における寸法を測るべきか、決めておく必要がある。

真の値と測定値

真の値と測定値には必ず誤差があります、言い換えると“誤差をふくまない測定はありえません。真の値は理論的な数値であり頭で考えることはできますが数値として特定することはできません。

例を挙げると測定精度+0.1kgの体重計で体重を10回測定した時、測定結果が下記の表のようになり真の体重が50.1kgなのか50.2kgなのかわかりません。

計測における『4対1理論』

計測における『4対1理論』

 計測における『4対1理論』

検査に用いる計測器は対象となる製品の要求精度に対して4倍の高い精度のものを用いることで適切な検査を実施することが可能である。

つまり、製品=“計測されるもの”と計測器=“計測するもの”との精度の比率を4対1に設定するということである。

例)計測するのも:金属棒  計測するもの:ノギス

金属棒の長さを100.00mm±0.50mmに切出し、出荷する。この金属棒の長さを測定し、許容される±0.50mm以内に入れることを確認する場合、ノギスは±0.50mmの1/4である±0.13mmの精度を満足する

ものを用いることでこの検査は適切に実施される。

*ノギス精度は通常±0.05mm、よってこの要求を満たしている。

『4対1理論』

“計測されるもの”の精度:“計測するもの”精度の比率= 4:1

 品質管理の原点は計測にあり!

品質を維持管理するためには“計測”はなくてはならない活動である。

部品メーカーは規格部品を生産する為に規格どうりであることを測定によって確認し、その結果をして出荷する。

部品を購入する側も受入で部品が規格どうりであることを測定によって確認する。部品を生産する側も購入する側も測定が正しく行われていなければ、両者が確認した測定値に差が生じ、クレーム等に発展しかねない。

正しい“計測”を実施する為には計測にかかわる技術、環境、計測器精度維持が適切に行われていることが不可欠であり、これはISO9001などの国際規格でも要求されていることである。

参考文献:

1.計測のおはなし (おはなし科学・技術シリーズ) [単行本] 矢野 宏 (著)

2.計測技術入門       山口徹、伊林洋志その他

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