دهکــده دانش

مفاهيم اندازه گيري ابعادي مترولوژی علم اندازه گیری است و اندازه گیری زبان این علم است با استفاده از این زبان میتوان ارتباط موارد زیر را برقرار نمود: 1- مقدار 2- کمیت 3-      موقعیت 4- زمان   -- سه دلیل نیاز به اندازه گیری:

1-     برای ساختن چیزهاییکه طراحی شده نیاز به اندازه گیری است

2- برای کنترل روش ساخت محصول نیاز به اندازه گیری است

3-     برای توضیحات علمی نیاز به اندازه گیری است بدون اندازه گیری امکان اینکه بتوان اطلاعات واضحی را ارائه نمود وجود ندارد.   

کاربرد اندازه گیری --

  اندازه گیری به منظور ساخت قطعات - در سال 1750 : آقای ویلکینسون توانست سیلندر موتور بخار به قطر 145 mm را با تلرانس 1.6 mm سوراخ کند که باعث شد رویای موتور بخار به واقعیت پیوست - اندازه گیری به منظور کنترل ساخت - بخشی از واحد تولیدی بعنوان واحد بازرسی وظیفه کنترل تولید را بعهده دارد - در TQM این وظیفه بعهده اپراتور تولید میباشد  اندازه گیری به منظور پیشرفت - پیشرفت بشر با افزایش توانایی او در اندازه گیری سرعت بیشتری پیدا میکند - در حقیقت میکرومتر برای استفاده در ستاره شناسی اختراع شد نه در کارگاه اگر اندازه گیری در کارهای تحقیقاتی یا تولید انبوه دقت کافی نداشته باشد باعث نامعتبر شدن تحقیقات و نامطلوب بودن تولید میشود. -- انظباط اندازه گیری -درستی یک اندازه گیری هرگز نمیتواند به اندازه استاندارد موجود باشد -برای کنترل درستی؛ از کالیبراسیون (مقایسه با استاندارد بالاتر) استفاده میشود -برای کنترل دقت از قابلیت تکرار پذیری استفاده میشود -وقتیکه خط اندازه گیری؛ استاندارد اندازه گیری و محور دستگاه اندازه گیری همگی در یک راستا باشد؛ کمتریت خطای موقعیت دهی رخ میدهد (Abbe error ) هواپيماي بوئينگ 747 داراي 6 ميليون قطعه است اگر هرقطعه داراي 28 فيچر باشد؛ جمعاً 150 ميليون اندازه گيري نياز دارد.     تعيين فاصله ماه از كره زمين: - در سال 1970 فضانورد آپالو يك رفلكتور آينه اي در سطح كره ماه قرارداد . يك پالس نور از زمين به ماه فرستاده شد و انعكاس آن دريافت شد - زمان رفت و برگشت نور اندازه گيري شد و با ضربدر سرعت نور متوسط مسافت يعني 384.4 ميليون متر با دقت 2 تا 3 سانتيمتر محاسبه گرديد.   q مرجع عبارات و اصطلاحات اندازه گیری ■ International Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology ■ ISIRI 4723 ■ دستگاه يكاهاي اندازه گيري( System of units) ■ مجموعه يي از يكاهاي پايه، به همراه يكاهاي فرعي، كه مطابق با قواعد معين براي يك دستگاه كميتهاي معين تعريف مي شود q دستگاههاي بين المللي SI q دستگاه انگليسي q دستگاه گاوسي (كاربرد آن در بسياري از متون فيزيك مي باشد) q فاکتورهای مقایسه دو سیستم متریک و اینچی ■ فاکتور مترولوژیکی؛ که عمل اندازه گیری نتایج قابل استفاده ای بدهد ■ فاکتور محاسباتی؛ که اعمال ریاضی براحتی قابل انجام باشد ■ فاکتور ارتباطی؛ که برای درک دیگران در اندازه گیری آسان تر باشد اندازه گیری فاصله عظیم بین ستاره ها یا فاصله اندک بین اتمها برای دانشمندان در سیستم متریک آسانتر است ولی هنوز هم از ”اسب بخار“ استفاده میشود q يكاي پايه اندازه گيري(Base unit) ■ يكاي اندازه گيري كميت پايه در يك دستگاه كميتهاي معين. ■ در حال حاضر SIبر اساس هفت يكاي پايه ي زير است.     q يكاي فرعي (اندازه گيريDerived unit) ■ يكاي اندازه گيري كميت فرعي در يك دستگاه كميتهاي معين.         q مقدار (- كميتValue (of quantity) ■ بزرگي يك كميت ويژه كه عموما بر حسب يكاي اندازه گيري كه در عددي ضرب شده است بيان مي شود. ■ مثال: طول يك ميله: 5/34mيا 534cm و جرم يك جسم: 0/152kgيا 152g   ■ مقدار نامي Nominal Value ■ مقدار تقريبي يا گرد شده ي مشخصه يك دستگاه اندازه گيري كه راهنمايي براي استفاده از آن به دست مي دهد. ■ مثال: نشانه گذاري شده روي يك مقاومت استاندارد q مقدار واقعي True value ■ مقدار مطابق با تعريف يك كميت ويژه ي معين. ■ مقداري است مطابق با تعريف يك كميت ويژه معين كه كاملا مشخص است، بعبارت ديگر مقادير واقعي ، طبيعتي تعيين ناپذير دارند و با Xt نمايش داده مي‌شود. q مقدار مرجع Reference Value ■ مجموعه ي منظمي از مقادير پيوسته يا گسسته كه بنا به قرارداد، به عنوان مرجع تعريف مي شود. ■ با Xr نمايش داده مي‌شود ، بعبارت ديگر اندازه مرجع (Master value or Reference value) توسط يك دستگاه اندازه‌گيري دقيق‌تر با متوسط چندين بار اندازه‌گيري محاسبه شود. q اندازه گيري Measurement ■ مجموعه عملياتي به منظور تعيين مقدار يك كميت. q اندازه شناسي Metrology ■ علم اندازه گيري. q اصول اندازه گيري Principle of measurement ■ پايه ي علمي هر اندازه گيري. ■ اثر ترموالكتريك كه براي اندازه گيري دما به كار مي رود; ■ اثر جوزفسون كه براي اندازه گيري اختلاف پتانسيل الكتريكي به كار مي رود; ■ اثر دوپلر كه براي اندازه گيري سرعت به كار مي رود; q روش اندازه گيري Method of measurement ■ عملياتي پياپي با ترتيب منطقي براي انجام اندازه گيري ها كه به صورتي كلي شرح داده مي شود. m روش جايگزيني یا مقایسه ای (قطعه؛ وسیله اندازه گیری و استاندارد) کمپراتور؛ وزن كردن با ترازو ديجيتالي (لودسل)؛ ساعت اندازه گیری بر پايه اين روش ساخته شده است m روش تفاضليیا جابجایی(هر سمت جسم جداگانه از طريق اختلاف سنجي اندازه گيري ميشود - (قطعه و استاندارد) خط کش؛ كوليس؛ ميكرومتر؛ گيج دهانه اژدر؛ وزن كردن با ترازو معمولي (عقربه اي) بر پايه اين روش ساخته شده است m روش صفر (يك طرف را با زمين گراند ميكند و نسبت به صفر مطلق مقايسه ميشود) در تجهيزات الكترونيكي كاربرد دارد. q  روند اندازه گيري measurement Procedure of ■ مجموعه عملياتي كه براي انجام اندازه گيري ويژه، مطابق با روش معين، به طور مشخص شرح داده مي شود. ■ مثال: روند اندازه گيري معمولا در مدركي ثبت مي شود كه گاه به همين مدرك "روند اندازه گيري" (يا روش اندازه گيري) مي گويند و معمولا از جزئيات كافي برخوردار است تا كاربر بتواند بدون نياز به اطلاعات ديگر اندازه گيري را انجام دهد. q درستي اندازه گيري Accuracy of measurement ■ نزديكي توافقي ميان نتيجه ي اندازه گيري و مقدار واقعي اندازه ده. ■ يادآوري : "درستي" مفهومي كيفي است. واژه ي "دقت" نبايد به جاي "درستي" به كار رود. ■ گرايش اندازه گيريBias of measurement ■ نزديكي ميان نتيجه ي اندازه گيري و مقدار مرجع.                     q تكرارپذيري Repeatability ■ نزديكي توافقي ميان نتايج اندازه گيري هاي پياپي كه تحت شرايط يكسان اندازه گيري روي اندازه ده انجام مي شود. ■ شرايط تكرارپذيري يعني: m همان روند اندازه گيري m همان ناظر(اپراتور) m همان دستگاه اندازه گيري m همان شرايط به كارگيري m همان محل m تكرار در يك فاصله ي زماني كوتاه q تجديدپذيري Reproducibility ■ نزديكي توافقي ميان نتايج اندازه گيريهايي كه تحت شرايط تغيير يافته اندازه گيري روي همان اندازه ده انجام مي شود.شرايط تغيير يافته ممكن است شامل موارد زير باشد: m روند اندازه گيري m ناظر (اپراتور) m دستگاه اندازه گيري m استاندارد مرجع m محل m شرايط به كارگيري m زمان     q عدم قطعيت اندازه گيري Uncertainty of measurement ■ پارامترهاي مربوط به نتيجه ي اندازه گيري مقاديري را مشخص مي كند كه مي توان به طور منطقي به اندازه ده نسبت داد. ■ پارامتري است كه به نتيجه يك اندازه‌گيري نسبت داده مي‌شود و بر اساس آن پارامتر ، پراكندگي كه مي‌توان به آن كميت نسبت داد، مشخص مي‌گردد. ■ عدم قطعيت اندازه گيري عموما از مؤلفه هاي زيادي تشكيل مي شود. برخي از اين مؤلفه ها را ممكن است از روي توزيع آماري نتايج يك سلسله اندازه گيري ارزيابي كرده با انحراف معيار تجربي مشخص نمود. مؤلفه هاي ديگر، كه آنها را نيز مي توان با انحراف معيار مشخص كرد، از روي توزيع هاي احتمالي مفروض كه مبتني بر تجربه يا اطلاعات ديگر است ارزيابي مي شوند. q خطا(ي اندازه گيري) Error (of measurement) ■ نتيجه اندازه گيري منهاي مقدار واقعي اندازه ده. ■ انحراف Deviation ■ مقدار به دست آمده منهاي مقدار مرجع آن   عبارات و اصطلاحات در اندازه گيري q خطاي تصادفي (نامعين)Random Error ■ نتيجه اندازه گيري منهاي ميانگين نتايجي كه از انجام تعداد نامحدودي اندازه گيري يك اندازه ده در شرايط تكرارپذير به دست مي آيد. ■ خطاي تصادفي خودبخود بصورت تغيير نتايج اندازه‌گيريهاي متوالي يك كميت مشاهده مي‌شود و ناشي ازپديده‌هاي آماري است . ■ اين خطا هميشه در سوي معيني صورت نمي‌گيرد و گاه مثبت و گاه منفي است. ■ خطاي تصادفي برابر است با خطاي كل منهاي خطاي سيستماتيك. q خطاي سيستماتيك (معين)Systematic Error ■ ميانگين نتايج حاصل از انجام تعداد نامحدودي اندازه گيري يك اندازه ده در شرايط تكرارپذير منهاي مقدار واقعي آن اندازه ده. ■ خطاي سيستماتيك معمولا قابل تصحيح است و شامل : خطاي ذاتي تجهيزات ، خطاي مرجع ، خطاي قرائت ، خطاي شرايط محيطي و ... ميباشد. ■ خطاي سيستماتيك و عوامل آن نيز همانند مقدار واقعي نميتوان به طور كامل شناخت. q گستره نامي Nominal Range ■ گسترهي نشان دهي دستگاه اندازه گيري كه با تنظيم ويژه ي كنترلهاي آن قابل حصول است. ■ مثال، گستره ي نامي 0Vتا 100Vبه صورت 100Vبيان مي شود. ■ پهنه Span ■ قدر مطلق تفاضل دو حد گستره ي نامي ■ مثال: براي گستره ي نامي -10Vتا +10V، پهنه 20Vاست. q گستره ي اندازه گيري Measuring Range ■ مجموعه ي مقاديري از اندازه ده كه انتظار مي رود خطاي دستگاه اندازه گيري براي اين مجموعه در محدوده ي از پيش شده قرار گيرد ■ شرايط حدي Limiting Conditions ■ شرايطي مرزي كه لازم است دستگاه اندازه گيري بدون خراب شدن يا تنزل يافتن مشخصه هاي اندازه شناختي معين هنگام كار تحت شرايط كاركرد اسمي خود تحمل كند q حساسيت Sensitivity ■ نسبت تغييرات پاسخ دستگاه اندازه گيري به تغييرات متناظر در عامل تحريك. ■ (آستانه ي تشخيص دهي Discrimination ( ■ بزرگترين تغيير آهسته و يك نواي عامل تحريك كه تغييري آشكار شدني در پاسخ دستگاه اندازه گيري ايجاد نمي كند. يادآوري: آستانه ي تشخيص دهي ممكن است مثلا به اصطكاك بستگي داشته باشد   q باند مرده (پهنك سكوت)Dead band ■ بيش ترين فاصله يي كه مي توان عامل تحرك را در دو جهت تغيير داد بي آن كه تغييري در پاسخ دستگاه اندازه گيري حاصل شود.       q پايداري Stability ■ توانايي دستگاه اندازه گيري در ثابت نگه داشتن مشخصه هاي اندازه شناختي خود نسبت به زمان   q رانش Drift ■ تغيير آهسته ي مشخصه ي اندازه شناختي دستگاه اندازه گيري. ■ قابليت رديابي Traceability ■ قابليت ارتباط دادن مقدار يك استاندارد يا نتيجه ي يك اندازه گيري با مرجع هاي ملي يا بين المللي از طريق زنجيره ي پيوسته ي مقايسه ها كه همگي عدم قطعيتي معين دارند. ■ يادآوري: زنجيره ي ناگسسته ي مقايسه ها را زنجيره ي رديابي گويند.   q روشهای انتخاب دستگاه اندازه گیری ■ روش ریزنمایی Resolution ریزنمایی دستگاه اندازه گیری ≤ (0.1)Tol. يعني ريزنمايي دستگاه اندازه گيري بايد بتواند تلرانس را به 10 قسمت تقسيم نمايد ■ روش عدم قطعیت Uncertainty عدم قطعیت اندازه گیری ≤ (0.1 – 0.2)Tol. توسط اين روش هيچ قطعه سالمي رد نميشود و هيچ قطعه معيوبي قبول نميشود q عدم قطعيت چيست ■ عدم قطعيت يك عامل همراه با نتيجه اندازه گيري است كه محدوده مقاديري را معين ميكند كه نتيجه اندازه گيري ميتواند داشته باشد و مقدار آن نشاندهنده سطح اطميناني است كه مقدار واقعي مورد اندازه گيري شده در محدوده تعيين شده قرار ميگيرد q عدم قطعيت چرا مهم است ■ عدم قطعيت نمود كمي كيفيت نتيجه اندازه گيري است. يعني “ تا چه حد نتيجه اندازه گيري نشاندهنده مقدار واقعی مورد اندازه گيري شده است ■ عدم قطعيت بصورت ± يك مقدار يعني فاصله اي در اطراف نتيجه اندازه گيري بيان ميگردد ■ عدم قطعيت يك جزء غير قابل اجتناب در اندازه گيري است و زماني بسيار مهم ميشود كه نتايج اندازه گيري نزديك حدود مشخصه باشد.