หน่วยที่ 1 มาตรฐานการวัด

หัวข้อเรื่อง

                -  มาตรฐานการวัด   

  เนื้อหาสาระ

                -  มาตรฐานสากล

                -  มาตรฐานขั้นที่หนึ่ง

                -  มาตรฐานขั้นที่สอง

                -  มาตรฐานใช้งาน 

บทนำ 

      การวัดคือการคำนวณค่าปริมาณที่ไม่ทราบค่าว่ามีปริมาณที่กำหนดคงที่เท่าใดมีปริมาณที่กำหนดคงที่นี้เรียกว่าหน่วย(unit)

ฉะนั้นการวัดจึงต้องมีระบบหน่วยวัดที่ถูกต้องเชื่อถือได้ และใช้สะดวก ดังนั้นเพื่อให้เป็นสากลทั่วโลกหน่วยวัดจึงต้องใช้ค่าเหมือนกัน

ซึ่งจำเป็นต้องมีคำจำกัดความที่ชัดเจนเกี่ยวกับหน่อยวัดและวิธีคำนวณปรับเทียบกับระบบวัดลักษณะนี้เรียกว่า มาตรฐาน (standard) ในการใช้งานประจำวัน   การวัดด้วยเครื่องวัดจะต้องนำค่าวัดมาปรับเที่ยบกับมาตฐานที่ใช้อ้างอิงภาย

ในท้องถิ่นซึ่งเที่ยบเท่ากับการนำมาปรับเที่ยบกับมาตรฐานที่สูงขึ้นและสูงขึ้น.......ดังนี้เรื่อยไปเพื่อให้การปรับเทียบ

ตรงตามมาตรฐานระดับประเทศซึ่งกำหนดคุณสมบัติเฉพาะที่ตกลงกันเป็นสากล การปรับเทียบ (calibration)

คือการตรวจสอบระบบวัดให้ตรงกับมาตรฐานเมื่อระบบอยู่ในสภาพที่สอดคล้องกับสภาพที่กำหนดไว้ในมาตรฐาน

               สำหรับหน่วยวัดพื้นฐานและหน่วยวัดอนุพันธ์ จะมีความแตกต่างกันตามมาตรฐานของการวัด

แบ่งตามหน้าที่การทำงาน และการประยุกต์ใช้งานได้ดังนี้ 

                1) มาตรฐานสากล (INTERNATIONAL   STANDARDS)

               2) มาตรฐานเบื้องต้น (PRIMARY  STANDARDS)

               3) มาตรฐานชั้นที่สอง (SECONDARY  STANDARDS)

               4) มาตรฐานการใช้งาน (WORKING  STANDARDS) 

      1) มาตรฐานสากล    คือมาตรฐานที่เป็นข้อตกลงของนานาชาติกำหนดหน่วยการวัดที่แน่นอนขึ้นมาแทน

เพื่อให้มีความเที่ยงตรงสูง สำหรับการใช้งานทางเทคโนโลยีด้านการผลิดและการวัด มาตรฐานสากลนี้จะถูกตรวจ

เช็คและทดสอบค่าอย่างสม่ำเสมอ โดยการวัดแบบสมบูรร์ในเทอมของหน่วยพื้นฐาน มาตรฐานสากลนี้จะถูกเก็บ

รักษามาตรฐานไว้ที่สำนักงานมาตฐานน้ำหนักและการวัดนานาชาติ (INTERNATIONAL BUREAU OF

WEIGHTS AND MEASURES) และไม่ใช่เป็นสิ่งที่งายที่จะใช้เครื่องมือวัดในการวัด เพื่อความมุ่งหมาย

ในการเปรียบเทียบค่าและปรับแต่งค่า

      2) มาตรฐานเบื้องต้น   เป็นมาตรฐานที่ดูแลเกี่ยวกับมาตรฐานนานาชาติที่ใช้ในห้องปฎิบัติการ ในส่วนที่มี

ความแตกต่างกันทั่วโลก การควบคุมดูแลมาตรฐานเบื้องต้นนี้ ถูกดูแลโดยสำนักงานมาตรฐานนานาชาติหรือ NBS

(NATIONAL BUREAU OF STANDARDS) ตั้งอยู่ที่วอชิงตันในทวีปอเมริการเหนือ อีกแห่งหนึ่งคือ

ห้องปฎิบัติการทางฟิสิกส์นานาชาติหรือ NPL (NATIONAL PHYSICAL LABORATORY) ในอังกฤษ

เวลส์ และสกอตแลนด์และแห่งที่เก่าแก่ที่สุดในโลกคือที่ ฟิสิกคอลลิซ เทคนิสเซ ริซแซนตอล (PHYSIKALISCH

TECHNISCHE REICHSANSTALT) ในเยอรมัน มาตรฐานเบื้องต้นใช้แทนหน่วยพื้นฐานและบางส่วน

ในหน่วยทางเครื่องกล และหน่วยทาางไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับการปรับแต่งโดยเครื่องมือวัดแบบสัมบูรณ์ในห้องปฏิบัติการ

นานาชาติ ผลของการวัดจะถูกเปรียบเทียบอีกครั้งกับค่าต่าง ๆ นำไปใช้ในการเปรียบเทียบกับคาต่าง ๆ ทั่วโลก

มาตรฐานเบื้องต้นนี้จะใช้ในห้องปฏิบิตการเท่านั้ ไม่นำไปใช้ภายนอก ค่ามาตรฐานต่าง ๆ ของมาตรฐานเบื้องต้นนี้

จะใช้ในการตรวจสอบและปรับแต่งมาตรฐานขั้นที่สองต่อไป 

       3) มาตรฐานขั้นที่สอง   ก็คือมาตรฐานที่ใช้มาตรฐานเบื้องต้นเป็นตัวอ้างอิง ใช้วานของเครื่องมือวัดในห้องปฎิบัติ

การทางอุตสาหกรรม มาตรฐานขั้นที่สองนี้ ถูกดูแลโดยห้องปฎิบัติการของโรงงานอุตสาหกรรมแต่ละแห่ง และมีการตรวจสอบ

อีกครั้งกับมาตรฐานอ้างอิงในพื้นที่นั้น ๆ และต้องรับผิดชอบในการดูแลรักษาและการปรับแต่งมาตรฐานขั้นที่สองในห้องปฎิบัติ

การอุตสาหกรรมของตัวเอง มาตรฐานขั้นที่สองนี้ ถือว่ามาตรฐานเบื้องต้น ดังนั้นมาตรฐานที่ใช้ในอุตสาหกรรมนี้ จะต้อง

ได้รับการรับรองค่าการวัดจากมาตรฐานเบื้องต้น 

    4) มาตฐานการใช้งาน   เป็นมาตฐษนของเครื่องมือต่าง ๆ ที่ใช้สำหรับการวัดในห้องปฏิบัติในการ ใช้ในการตรวจสอบ

และปรับแต่งทั่วไปของเครื่องมือวัดในห้องปฏิบัติการสำหรับความเที่ยงตรงและคุณสมบัติ หรือใหช้เปรียบเทียบเครื่องมือวัด

ในห้องปฎิบัติการสำหรับความเที่ยงตรงและคุณสมบัติ หรือใช้ตัวต้านทานมาตรฐานในแผนกควบคุมคุณภาพเพื่อตรวจสอบสินค้า

และตรวจสอบสินค้า และตรวจสอบเครื่องมือวัดว่ายังอยู่ในความเที่ยงตรง และถูกต้องหรือไม่    

    หน่วยวัด

              ปี ค.ศ. 1960 การประชุม The 11th Conf'erence G'ene'rale des Poids et Mesures

ได้ยอมรับระบบ Systeme Innernationnal d' Unite's ให้เป็นระบบหน่วยวัดสากล ระบบนี้เรยกว่าระบบ SI

ในการประชุดครั้ง ต่อมาได้มีการปรับแต่งระบบจนปัจจุบันนี้มีหน่วยวัดพื้นฐาน 7 ประเภท คือ วัดมาลเป็นกิโลกรัม

วัดความยาวเป็นเมตร นับเวลาเป็นวินาที วัดกระแสเป็นแอมแปร์ วัดอุณหภูมิเป็นองศาเคลวิน วัดความเข็มแสงสว่าง

เป็นแคนเดลา และวัดปริมาณสสารเป็นโมล จากหน่วยวัดพื้นฐานเหล่านี้ทำให้ได้หน่วยอนุพันธ์อื่น ๆ แต่เดิมหน่วย

วัดยึดตามมาตรฐานวัสดุ เช่นหน่วยวัดความยาวยึดตามความยาวมาตฐานของโลหะที่เทียบกับมาตรฐานความยาวอึ่น ๆ

ทแต่เดิมหน่วยวัดยึดตามมาตรฐานวัสดุ เช่น หน่วยวัดความยาวยึดตามความยาวมาตรฐานของโลหะที่เที่ยบกับ

มาตรฐานความยาวอื่น ๆ ทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ปึจจุบันนี้หน่วยวัดยึดตามลักษณธทางกายภาพมากกว่า

ยึดตามมาตรฐานวัสดุ ยกเว้นหน่วย วัดมวลเท่านั้น อย่างเช่นปัจจุบันนี้ความยาวยึดตามระยะการเดินทางของแสงในช่วง

เวลาหนึ่ง การยึดหน่วยวัดตามลักษณะทางกายภาพทำให้ห้องปฏิบัติการทุกแห่งทั่วดลกคิดหน่วยวัดได้โดยไม่จำเป็นต้อง

ปรับเที่ยบกับมาตรฐานอื่นใดอีก คำจำกัดความของหน่วยวัดพื้นฐานมีดังนี้ 

      1. มวล (mass) กิโลกรัม (kg) ได้รับการกำหนดตามมวลของกระบอกอัลลอย (แพลทินัม 90% - เออริเดียม 10 %)

ที่มีความสูงและเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน โดยยึดตามมาตรฐานน้ำหนักและการวัดของ INternational Bureau of weights

and Messures ที่เมืองเซิฟเรส ประเทศฝรั่งเศส หลายประเทศยึดตามมาตรฐานนี้

      2. ความยาว (Ingth) เมตร (m) กำหนดเป็นความยาวของเส้นทางเดินทางของแสงในสุญญากาศระหว่างช่วงเวลา 1/299 

792 458 ต่อหนึ่งวินาที

      3. เวลา (Time) วินาที (s) กำหนดช่วงเวลาเป็น 9 192 631 770 ช่วงของกากรแกว่งรังสีที่เปล่งจาก caesium -133 atom

ภายใต้สภาพที่กำหนดไว้อย่างเที่ยงตรงของเรโซแนนซ์

      4. กระแส (current) แอมแปร์ (A) กำหนดเป็นกระแสคงที่ ซึ่งถ้าคงสภาพอยู่ในตัวนำเส้นตรงสองเส้นขนานกันมีความยาวอนันต์

และพื้นที่หน้าตัดวงเล็กมีความยาวหนึ่งเมตรยื่นเข้าไปในสุญญากาศ เมื่อกระแสอยุ่ระหว่างตัวนำเหล่านี้จะสร้างแรงเท่ากับ 2 x 10 -7 

นิวตันต่อความยาวหนึ่งเมตร

     5. อุณหภูมิ (temperature) เคลวิน (K) กำหนดเป็นอุณหภูมิขณะที่น้ำธรรมดา ไอน้ำ และน้ำแข็ง อยู่ในสภาพสมดุลกัน

(equilibrium) (เรียกว่าจุดสามสถานะหรือ triple point ) เท่ากับ 273.16 K

     6. ความเข็มของแสงสว่าง (Iuminous intensity) แคนเดลา (cd) กำหนดเป็นความเข็มแสงสว่างในทิศทางที่กำหนดน

จากแหล่งที่กำหนดซึ่งงจะเปล่งรัสสีความถี่ขาวดำ (monochromatic radiation of frequency) 540 x 10 12 Hz

และมีความเข็มของรัสสี 1/683 วัตต์ต่อหนึ่งหน่วยสเตเรเดียน (หน่วยวัดมุมตัน)

     7. ปริมาณสาร (amount of substance) โมล (mol) กำหนดเป็นปริมาณสสารที่ประกอบด้วยธาตุแท้พื้นฐานจำวนมาก

เท่ากับที่มีอะตอมในไอโซโทปคาร์บอน -12 จำนวน 0.012 kg 

   นอกจากนี้ยังมีหน่วยวัดเสริมอีก 2 ประเภทคือ

          1. มุมระนาบ (;lane angle) เรเดียน (red) คือมุมระนาบระหว่างเส้นรัศมีวงกลมสองเส้นซึ่งตัดเส้นรอบวงออกเป็นเส้น

โค้งที่มีความยาวเท่ากับรัศมี

          2. มุมตัน (solid andgle) สเตเรเดียน (sr) คือมุมตันนของทรงกรวยซึ่งมีจุดยอดอยู่กึ่งกลางทรงกลม และมุมตันของกรวย

จะตัดพื้นที่ผิวทรงกลมให้เท่ากับสี่เหลี่ยมจัตุรัสของเส้นรัศมี

               หน่วยอนุพันธ์อื่น ๆ ได้มาจากหน่วยวัดพื้นฐาน ตารางที่ 1 คือรายชื่อหน่วยวัดที่ใช้กันทั่วไปและความสัมพันธ์ระหว่างวัดพื้นฐาน

มาตรฐานทางไฟฟ้า (Electrical Standard)

บทสรุป

       มาตรฐานของการวัดจะใช้หน่วยทางฟิสิส์เป็นตัวกำหนดมาตรฐาน จะบอกหน่วยออกมาเป็นระบบ SI ระบบอังกฤษ ฯลฯ

หน่วยวัดพื้นฐานและหน่วยวัดอนุพันธ์ มีความแตกต่างกันตามมาตรฐานของการวัด ตามหน้าที่การทำงาน และการประยุกต์ใช้งาน

แบ่งได้เป็นมาตรฐานสากล มาตรฐานเบื้องต้น มาตรฐานขั้นที่สอง และมาตรฐานการใช้งาน

      มาตรฐานสากล เป็นมาตรฐานโดยการตกลงของนานาชาติ การเก็บรักษามาตรฐานเก็บไว้ที่สำนักงานมาตฐานน้ำหนักและ

การวัดนานาชาติ

      มาตรฐานเบื้องต้น   เป็นมาตรฐานของการวัดในระบบต่ง ๆ ทั่วโลก ให้สามารถใช้งานร่วมกันได้  ถูกดูแลโดยสำนักงาน

มาตรฐานนานาชาติ (NBS) อีกแห่งหนึ่งที่ห้องปฎิบัติการทางฟิสิกส์นานาชาติ (NPL) และแห่งที่เก่าแก่ที่สุดคือ ฟิสิกคอสลิซ

เทคนิสเซ ริซ แซนตอลมาตรฐานนี้ใช้แต่เฉพาะในห้องปฎิบัติการเท่านั้น ไม่นำไปใช้ภายนอก

      มาตรฐานขั้นที่สอง  เป็นมาตรฐานที่ใช้มาตรฐานเบื้องต้นเป็นตัวอ้างอิง และถูกนำไปใช้งานในห้องปฎิบิตการของโรงงาน

อุตสาหกรรมต่าง ๆ ที่ใช้การตรวจวัดค่าต่าง ๆ และต้องตรวจสอบมาตฐานกับมาตรฐานเบื้องต้นเสมอ ๆ

      มาตรฐานการใช้งาน  เป็นมาตรฐานของเครื่องมือต่าง ๆ ที่ใช้สำหรับการวัดในห้องปฎิบัติการ เพื่อใช้ตรวจสอบและปรับแต่ง

ทั่วไป สำหรับความเที่ยงตรง และเปรียบเที่ยบค่า

      มาตรฐานทางไฟฟ้า  แบ่งได้เป็นมาตรฐานแอมแปณ์ ซึ่งใช้เป็นแอมแปร์สมบูรณ์ ใช้เป็นหน่วยพื้นฐานของการะแสไฟฟ้าในระบบ SI มาตรฐานความต้านทาน ถูกสร้างขึ้นมาให้มีมาตรฐานคงที่ที่ความต้านทาน 1 โอห์ม และปรรับเปลี่ยนค่าไปเป็นจำนวน 10 เท่า

เช่น 10 โอห์ม 100 โอห์ม 1 K โอห์ม ฯลฯ ซึ่งมีค่าผิดพลาดน้อยมากไม่ถึง±0.01 % แรงดันไฟฟ้ามาตรฐาน ที่นิยม

ใช้คือเวสตันเซล แบ่งได้เป็น 2 ชนิดคือ เซลอิ่มตัว และเซลไม่อิ่มตัว

      เซลล์อิ่มตัวจะต้องควบคุมอุณหภูมิให้คงที่ในการใช้งาน แรงดันไฟฟ้ามีค่า 1.01858 โวลต์ ที่ 20° C เซลล์อิ่มตัวนี้ไม่เหมาะในการทำงานทั่วไป เพราะเซลล์ชนิดนี้มีความไวต่ออุณหภูมิ

      เซลล์ไม่อิ่มตัว เหมาะในการนำไปใช้งานในห้องปฎิบัติการทั่วไป เพราะไม่ต้องควบคุมอุณหภูมิ แรงดันไฟฟ้ามีค่า 

1.0180 V ถึง 1.0200 V ที่อุณหภูมิ 10° C ถึง 40° C