مرکز دانلود کتاب الکترونیک مواد ، مکانیک ، عمران و مهندسی شیمی

مترولوژي دانش انداز ه گيري است. تمام مسائل مربوط به انداز ه گيري در حوزه مترولوژي قرار مي گيرد. با توجه به نوع كميتي كه انداز ه گيري می شود، مترولوژي به دو شاخه ي مترولوژي فيزيكي و شيميايي و براساس كاربرد نتايج اندازه گيري، مترولوژي به سه شاخه ي مترولوژي قانوني، صنعتي و تخصصي دسته بندي مي شود.

اندازه گيري با استفاده از دستگاه انداز ه گيري انجام مي شود. براي اطمينان از درستي نتيجه انداز ه گيري بايد دستگاه اندازه گيري را با استفاده از استاندارد انداز ه گيري مناسب كاليبره كرد. در حوز ه ي انداز ه گيري، دستگا ه هاي اندازه گيري، مشخصات دستگاه هاي اندازه گيري و استانداردهاي اندازه گيري، واژه ها و اصطلاحات متداولي وجود دارد كه آشنايي با آنها ضروري است.

گستره اي از اطلاعات كه مسائل مربوط به اندازه گيري در آن مورد بحث و بررسي قرار مي گيرد، مترولوژي ناميده مي شود. مترولوژي تمام جنبه هاي تئوري و عملي اندازه گيري، عدم قطعيت اندازه گيري و گستره كاربرد آن را شامل مي شود. مترولوژي دانش اندازه گيري است. مترولوژي شامل واحدهاي اندازه گيري و استانداردهاي آنها، دستگاه هاي اندازه گيري و حوزه ي كاربرد آنها و تمام مسائل نظري و عملي مرتبط با اندازه گيري است.

هر روز در سرتاسر دنيا تعداد نامحدودي اندازه گيري در صنعت، تجارت و آزمايشگاه ها انجام مي شود. اما رشته ي انداز ه گيري را مي توان به دو روش دست ه بندي كرد. اولين نوع دسته بندي براساس پارامتر مورد انداز ه گيري (يك پارامتر تحت اندازه گيري مي تواند فيزيكي يا شيميايي باشد) و دومي براساس كاربرد
نتيجه انداز ه گيري انجام مي شود.

در دسته بندي براساس پارامتر مورد اندازه گيري، مترولوژي به دو شاخه ي مترولوژي فيزيكي و مترولوژي شيميايي تقسيم مي شود. در دست ه بندي براساس كاربرد نتيجه اندازه گيري، مترولوژي به سه شاخه ي مترولوژي قانوني (LegalMetrology) ، مترولوژي صنعتي (IndustrialMetrology) و مترولوژي تخصصي
(ScientificMetrology) تقسيم مي شود.

مترولوژي فيزيكي و شيميايي دانش انداز ه گيري فيزيكي، مترولوژي فيزيكي و دانش انداز ه گيري تحليلي و شيمايي، مترولوژي شيمايي ناميده مي شود. در مترولوژي فيزيكي، انداز ه گيري پارامترهاي فيزيكي مانند جرم، طول، جريان الكتريكي، سرعت و ... مورد بحث و بررسي قرار م يگيريد.در مترولوژي شيمايي، تحليل كمي و كيفي مواد استفاده شده در حوزه ي شيمي، بيولوژي، دارويي و محيط زيست مورد بحث و بررسي قرار مي گيرد. اندازه گير ي هاي انجام شده در آزمايشگاه هاي متالوژي، داروسازي و پاتولوژي در حوزه مترولوژي شيميايي قرار مي گيرد. سه حوزه وسيع تجزيه و تحليل قانوني، تجزيه و تحليل محيطي و تجزيه و تحليل محصولات غذايي و كشاورزي نيز بخشي از مترولوژي شيمايي است.

مترولوژي قانوني، صنعتي و تخصصي صر فنظر از ماهيت فيزيكي و شيمايي انداز هگيري ها، مترولوژي براساس كاربرد نتايج انداز هگيري به سه شاخ هي مترولوژي قانوني، مترولوژي صنعتي و مترولوژي تخصصي دست هبندي مي شود.

مترولوژي قانوني: در هر جامعه اي وجود يك سيستم اندازه گيري معتبر براي تجارت حياتي است. هم هي اندازه گيري هاي مربوط به تجارت و حمايت از مصرف كننده در حوزه مترولوژي قانوني قرار دارد. اين نوع مترولوژي با موضوعات و وظايف قانوني از قبيل ارزيابي و تأييد دستگا ههاي اندازه گيري براي تضمين درستي ، همساني و اعتبار اندازه گير يها سروكار دارد.

مترولوژي صنعتي: در صنايع و سازمان هاي خدماتي در مراحل مختلف گسترش محصول، ساخت و خدمات براي بررسي انطباق محصولات و خدمات با مشخصات معين، انداز هگير يهايي انجام مي شود كه در حوزه مترولوژي صنعتي قرار مي گيرد.مترولوژي صنعتي با اندازه گيري هاي كنترل كيفيت و توليد سروكار دارد. مترولوژي صنعتي شامل دستورالعمل هاي كاليبراسيون، تعيين فواصل زماني كاليبراسيون، كنترل فرايندهاي انداز هگيري و مديريت تجهيزات انداز هگيري در صنايع بوده تا پيروي تجهيزات از الزامات مورد نظر، تضمين شود.

مترولوژي تخصصي: انداز هگيري هاي انجام شده در آزمايشگاه هاي تخصصي در حوزه مترولوژي تخصصي قرار دارد. صرف نظر از كميت انداز هگيري شده، مترولوژي تخصصي به عنوان بخشي از مترولوژي با مسائل رايج در تمام موضوعات مترولوژيكي سروكار دارد. مسائل نظري و عملي واحدهاي اندازه گيري،تحقق و انتشار واحدهاي اندازه گيري از طريق روش هاي علمي، مسائل خطا و عدم قطعيت انداز هگيري و مسائل مترولوژيكي دستگاه هاي اندازه گيري در حوزه مترولوژي تخصصي قرار دارد. مترولوژي تخصصي از نظر درستي و دقت نسبت به مترولوژي قانوني و صنعتي در بالاترين سطح قرار دارد.

سازمان بين المللي اوزان و مقياس ها، مترولوژي تخصصي را به 9 رشته تخصصي ذيل تقسيم م يكند: 1 . جرم 2 . برق 3 . طول 4 . زمان و فركانس 5 . دما سنجي 6 . تابش يونيزه كننده و راديواكتيويته (IonizingRadiation&Radioactivity) 7 . نورسنجي و پرتو سنجي (PhotometryandRadiometry) 8 . صوت سنجي (Acoustics) 9 . مقدار ماده

سيستم متريك مدرن: سيستم بين المللي واحدها (SI) پايه و اساس مترولوژي مدرن است. سيستم بي نالمللي واحدها، سيستم متريك مدرن نيز ناميده مي شود، زيرا نام بسياري از واحدهاي آن از سيستم متريك فرانسوي گرفته شده است. مخفف سيستم بين المللي واحدها SI از عبارت فرانسوي SystemInternationald’Unites گرفته شده است.

واحدهاي مبنا: هفت كميت در SI ،واحدهاي مبنا را تشكيل مي دهند. واحدهايي كه ساير پارامترهاي اندازه گيري از طريق آنها رديابي مي شوند و عبارتند از: 1 . متر )طول( 2 . كيلوگرم )جرم( 3 . ثانيه )زمان( 4 . آمپر )جريان الكتريكي( 5 . كلوين )دماي ترموديناميكي( 6 . كاندلا )شدت روشنايي( 7 . مول )مقدار ماده(

کميت خاصيتي از يك پديده، جسم يا ماده كه مي توان به آن اندازه نسبت داد.

کميت هاي هم نوع كميت هاي هم نوع در سيستم كميت ها داراي بعدي يكسان هستند. دسته بندي كميت ها به كميت هاي هم نوع تا حدودي اختياري است. براي مثال گشتاور و انرژي داراي بعد يكسان هستند، اما براساس قرارداد كميت هايي هم نوع نيستند. بطو ركلي، هم هي طول ها مانند قطرها، محيط دايره ها و طو لموجها و همه انرژي ها مانند كار، گرما، انرژي جنبشي و پتانسيل كميت هايي هم نوع هستند.

سيستم بين المللي کميت ها سيستم كميت ها به اضاف هي معادلاتي كه كميت ها را به يكديگر مرتبط كرده و SI براساس آن پايه گذاري مي شود.

مقدار يك کميت انداز هي يك كميت كه به وسيل هي يك عدد و مرجع بيان مي شود. كميت داراي بعد واحد فقط به صورت عدد بيان مي شود.

واحد مبنا واحدي قراردادي و يكتا كه براي كميت مبنا در سيستم كميت ها پذيرفته شده است.

واحد اشتقاقي واحد متناظر با كميت اشتقاقي. به عنوان مثال طول و زمان جزء كميت هاي مبنا هستند، بنابراين متر بر ثانيه (m/s) و كيلومتر بر ساعت (km/h) واحدهاي اشتقاقي سرعت هستند.

اندازه گيري فرايندي كه در آن با انجام آزمايش اطلاعاتي در مورد انداز ه ي يك كميت بدست مي آيد. انداز هگيري براساس دستورالعمل و با استفاده از سيستم اندازه گيري كاليبره شده انجام مي شود.

کميت اندازه گيري شونده ( Measurand ) كميتي كه مورد اندازه گيري قرار مي گيرد، كميت انداز ه گيري شونده ناميده مي شود. انداز ه گيري شونده (Measurand) ،كميتي فيزيكي و يا شيميايي است كه اندازه گيري مي شود. انداز هگيري شونده ورودي سيستم اندازه گيري است.

دستورالعمل اندازه گيري تشريح كامل انداز ه گيري براساس يك يا چند اصل اندازه گيري و برحسب يك روش انداز ه گيري معين، دستورالعمل انداز ه گيري ناميده مي شود. معمولاً دستورالعمل انداز ه گيري با جزئيات كافي مستند مي شود تا آزمايش كننده توانايي انجام انداز هگيري را داشته باشد.

نتيجه ي اندازه گيري اطلاعاتي در مورد اندازه يك كميت كه از طريق آزمايش به دست آمده باشد. اين اطلاعات شامل مجموعه مقاديري است كه به طور منطقي به كميت اندازه گيري شونده نسبت داده مي شود. نتيج هي اندازه گيري معمولاً به صورت يك مقدار براي كميت و يك مقدار براي عدم قطعيت اندازه گيري بيان مي شود.

عدم قطعيت اندازه گيري پارامتري مربوط به نتيجه ي انداز هگيري كه پراكندگي مقاديري را شرح مي دهد كه م يتوان به طور منطقي به كميت اندازه گيري شونده نسبت داد. به طور كلي عدم قطعيت اندازه گيري شامل مؤلفه هاي زيادي است. برخي از اين مؤلفه ها با استفاده از عدم قطعيت نوع A و برخي با استفاده از عدم قطعيت نوع B ارزيابي مي شوند.

کاليبراسيون سيستم اندازه گيري عمليات برقراري ارتباط، بين مقادير تأمين شده توسط استانداردهاي اندازه گيري و نشاندهي متناظر سيستم انداز هگيري كه تحت شرايط مشخص انجام شده و شامل تخمين عدم قطعيت اندازه گيري است.

سلسله مراتب کاليبراسيون مراحل كاليبراسيون سيستمهاي اندازه گيري، بين يك مرجع مترولوژيكي معين و سيستم اندازهگيري نهايي را سلسله مراتب كاليبراسيون مينامند. يك يا چند استاندارد اندازه گيري )كاليبراتور( و سيستمهاي اندازهگيري بهرهبرداري شده بر اساس دستورالعملهاي اندازهگيري، عناصر سلسله مراتب كاليبراسيون را تشكيل ميدهند.

قابليت رديابي مترولوژيكي ويژگي نتيجه انداز ه گيري، كه آنرا به يك مرجع مترولوژيكي معين از طريق زنجير هاي پيوسته از كاليبراسيون سيستم هاي انداز ه گيري يا مقايسه ها كه هر كدام عدم قطعيت معيني دارند، مرتبط مي كند.

دقت اندازه گيري (Precision) نزديكي قراردادي، بين مقادير بدست آمده از انداز هگيري هاي مكرر يك كميت، تحت شرايط مشخص، دقت اندازه گيري ناميده مي شود. دقت اندازه گيري معمولا به صورت عددي با مقياسهاي عدم دقت مانند انحراف معيار استاندارد، واريانس يا ضريبي از انحراف معيار، تحت شرايط مشخصانداز هگيري بيان م يگردد.

شرايط تكرار پذيري اندازه گيري

 * روش ها و دستورالعمل هاي انداز ه گيري

* آزمايش كننده

* سيستم انداز هگيري (دستگاه هاي انداز هگيري)

* شرايط عملياتي (انجام آزمايش در فواصل زماني كوتاه)

* محل انجام آزمايش (تثبيت شرايط محيطي)

تكرار پذيري اندازه گيري دقت انداز هگيري تحت شرايط تكرارپذيري، تكرارپذيري اندازه گيري ناميده م يشود. اگر انداز هگيري تحت شرايط تكرارپذيري انجام شود و مقادير بدست آمده براي يك كميت معين داراي نزديكي قراردادي مشخصي باشند، آن اندازه گيري تكرار پذير است.

تجديدپذيري اندازه گيري دقت اندازه گيري تحت شرايط تجديد پذيري، تجديد پذيري اندازه گيري ناميده مي شود. انجام اندازهگيري تحت شرايطي كه در آن مجموعهاي از عوامل شامل محل اندازهگيري، آزمايشكننده، استاندارد مرجع، شرايط محيطي، زمان و سيستم اندازهگيري تغيير مي كند. با تغيير سيستم اندازه گيري ممكن است دستورالعمل اندازه گيري نيز تغيير كند.

ريزنگري سيستم اندازه گيري (Resolution) كوچكترين تغيير در مقدار كميت انداز هگيري شونده كه باعث تغيير محسوسي در نشاندهي متناظر آن م يشود. ريزنگري سيستم اندازه گيري ممكن است به نويز ) داخلي يا خارجي ( يا اصطكاك و همچنين به مقدار كميتي كه اندازه گيري مي شود نيز وابسته باشد.

حساسيت سيستم اندازه گيري (Sensitivity) نسبت تغيير نشاندهي سيستم انداز هگيري به تغيير متناظر با مقدار كميتي كه انداز هگيري مي شود، حساسيت سيستم انداز هگيري نام دارد. حساسيت مي تواند به مقدار كميتي كه انداز هگيري م يشود، وابسته باشد. تغيير در نظر گرفته شده براي مقدار كميتي كه انداز هگيري مي شود، م يبايستي در مقايسه با ريزنگري سيستم انداز هگيري بزرگ باشد.

پايداري سيستم اندازه گيري (Stability) توانايي سيستم اندازه گيري در ثابت نگه داشتن مشخصات مترولوژيك ياش با تغيير زمان، پايداري سيستم اندازه گيري ناميده مي شود.

رانش سيستم اندازه گيري (Drift) تغييرات آهسته و پيوست هي مشخصات انداز هشناختي يك دستگاه در گذر زمان را گويند. معمولاً رانش يك سيستم انداز هگيري را م يتوان از اطلاعات به دست آمده از كاليبراسيون هاي قبلي آن بدست آورد.

عدم قطعيت دستگاهي مؤلف هي عدم قطعيت انداز هگيري كه به دستگاه اندازه گيري نسبت داده مي شود و از طريق كاليبراسيون آن تعيين مي شود. از عدم قطعيت دستگاهي ب هعنوان مؤلف هي عدم قطعيت انداز هگيري در تخمين نوع B استفاده مي شود.

مقدار واقعي مقداري براي كميت كه با تعريف آن كميت سازگار است. در رويكرد سنتي، يك مقدار يكتا كميت اندازه گيري شونده را توصيف م يكند.مقدار واقعي با يك اندازه گيري كامل كه يك انداز هگيري بدون خطاست، بدست خواهد آمد. طبعاً مقدار واقعي دست نيافتني است.

درستي انداز هگيري نزديكي قراردادي بين مقدار كميت بدست آمده از اندازه گيري و مقدار واقعي كميت اندازه گيري شونده را درستي (Accuracy) اندازه گيري مي گويند. درستي نمي تواند بصورت عددي بيان شود. درستي با خطا رابطة معكوس دارد. اصطلاح درستي اندازه گيري به جاي صحت اندازه گيري (Trueness) و اصطلاح دقت اندازه گيري به جاي درستي اندازه گيري نبايد استفاده شود.

صحت انداز هگيري نزديكي قراردادي بين مقدار ميانگين تعداد نامحدودي از مقادير كميتي كه تحت شرايط مشخص اندازه گيري بدست آمده و مقدار واقعي كميت اندازه گيري شونده را صحت اندازه گيري (Trueness) مي گويند. صحت را نمي توان به صورت عددي بيان كرد . صحت فقط به صورت معكوس با خطاي سيستماتيك رابطه دارد. اصطلاح صحت اندازه گيري نبايد به جاي درستي اندازه گيري استفاده شود.

دقت اندازه گيري (Precision) نزديكي قراردادي، بين مقادير بدست آمده از انداز هگيري هاي مكرر يك كميت، تحت شرايط مشخص، دقت اندازه گيري ناميده مي شود. دقت انداز هگيري معمولا به صورت عددي با مقياسهاي عدم دقت مانند انحراف معيار استاندارد، واريانس يا ضريبي از انحراف معيار، تحت شرايط مشخصاندازه گيري بيان م يگردد.

خطاي اندازه گيري اختلاف بين مقدار به دست آمده از اندازه گيري و مقدار واقعي كميت انداز هگيري شونده را خطاي انداز هگيري مي گويند.

خطاي تصادفي تفاضل مقدار به دست آمده از انداز هگيري و ميانگين تعداد نامحدودي از انداز هگيري هاي مكرر يك كميت كه تحت شرايط تكرار پذيري انجام شده، خطاي تصادفي ناميده مي شود. خطاي تصادفي برابر با تفاضل خطاي اندازه گيري و خطاي سيستماتيك انداز هگيري است. تعداد دفعات انداز هگيري محدود است، بنابراين خطاي تصادفي را فقط مي توان تخمين زد.

باياس خطاي سيستماتيك نشان دهي يك سيستم اندازه گيري، باياس ناميده مي شود. ميانگين خطاهاي نشا ندهي تعداد نامحدودي از انداز هگيري هاي يك كميت كه تحت شرايط تكرارپذيري انجام شده باياس سيستم انداز هگيري ناميده مي شود.

خطاي سيستماتيك تفاضل ميانگين تعداد نامحدودي از اندازه گيري هاي مكرر يك كميت كه تحت شرايط تكرارپذيري انجام شده و مقدار واقعي كميت اندازه گيري شونده را خطاي سيستماتيك مي نامند. خطاي سيستماتيك و علل آن مي تواند شناخته يا ناشناخته شده باشد. بايد تا حد امكان اثر ناشي از خطاي سيستماتيك را تصحيح كرد. خطاي سيستماتيك برابر تفاضل خطاي اندازه گيري و خطاي تصادفي اندازه گيري است.

كاليبراسيون تجهيزات انداز ه گيري ابزاري اساسي است كه با آن قابليت رديابي انداز هگيري تأمين مي شود. كاليبراسيون، مشخصات عملكرد دستگاه را تعيين م يكند. در فرايند كاليبراسيون، دستگا هها مستقيماً با استانداردهاي اندازه گيري مقايسه مي شوند. در بسياري از حالت ها، پس از فرايند كاليبراسيون گواهينامه كاليبراسيون صادر و برچسبي تحت عنوان برچسب كاليبراسيون برروي دستگاه چسبانده مي شود.

هدف از کاليبراسيون دوره اي - بهبود تخمين انحراف بين مقدار مرجع و مقدار بدست آمده - اطمينان دوباره به مشخصات درستي يا عدم قطعيت دستگاه هاي انداز هگيري - اطمينان از عدم به وجود آمدن تغيير در مشخصات مترولوژيكي دستگاه

برخي از عوامل مؤثر بر تعيين دوره ي کاليبراسيون )براساس OIML-D10 ) 1 . نوع تجهيز 2 . تمايل به سايش يا رانش 3 . توصيه هاي سازنده 4 . اندازه و نحوه ي استفاده 5 . شرايط محيطي 6 . اطلاعات بدست آمده از كاليبراسيون هاي قبلي 7 . سوابق ثبت شد هي تعميرات و سرويس ها 8 . تعداد تكرار و بررسي هاي ميان دور هاي 9 . محل آزمايشگاه مرجع كاليبره كننده

روش هاي بازنگري فواصل بين کاليبراسيون روش 1 : تنظيم خودكار يا پلكاني روش 2 : نمودار كنترلي روش 3 : مدت استفاده )يا روش تقويمي( روش 4 : آزمون جعبه سياه روش 5 : ساير رويكرد هاي آماري

گواهينام هي كاليبراسيون محصول نهايي فرايند كاليبراسيون است و تنها مدرك ملموسي است كه مشتري را از انجام فرايند كاليبراسيون مطمئن مي كند. گواهينامه كاليبراسيون فقط نتايج ب هدست آمده را نشان نمي دهد بلكه ابزاري كليدي است كه با آن درباره ي كيفيت خدمات آزمايشگاه قضاوت مي شود.

هرگواهينامه کاليبراسيون يا آزمون بايد حداقل شامل اطلاعات ذيل باشد:

- عنوان (مثلاً گزارش آزمون يا گواهينام هي كاليبراسيون)

- نام و نشاني آزمايشگاه

- شناسايي انحصاري گزارش آزمون يا گواهينامه كاليبراسيون (مانند شماره سريال)

- نام و نشاني مشتري

- مشخص كردن روش استفاده شده

- تاريخ دريافت اقلام و تاريخ انجام آزمون يا كاليبراسيون

شرح اقلام آزمون يا كاليبراسيون شده، وضعيت آنها وشناسايي بدون ابهام آنها

- ارجاع به طرح يا روش اجرايي بكارگرفته شده جهت نمون هبرداري

- نتايج آزمون يا كاليبراسيون در صورت اقتضاء همراه با واحدهاي انداز هگيري

- نام، سمت و امضاء اشخاصي كه گزارش آزمون يا كاليبراسيون را تصويت م يكنند

- درصورت لزوم، ذكر اين نكته كه نتايج فقط به تجهيزاتي كه تحت آزمون يا كاليبراسيون قرار گرفته اند، مربوط مي شود

علاوه بر الزامات ذکر شده، موارد ذيل نيز مي توانند در گواهينامه نامه درج گردند: - شرايط محيطي - عدم قطعيت انداز هگيري - شواهدي حاكي از اينكه انداز هگيري ها قابل رديابي هستند

برچسب هاي کاليبراسيون پس از اتمام فرايند كاليبراسيون، گواهينامه كاليبراسيون صادر مي شود و در بسياري از حالت ها برچسبي با عنوان برچسب كاليبراسيون به دستگاه كاليبره شده چسبانده م يشود. هنگامي كه بخش كوچكي از مشخصات مترولوژيكي مورد كاليبراسيون قرار مي گيرد، بايد از عبارت كاليبراسيون محدود استفاده شود.

موارد اصلي که در آزمايشگاه بايستي تحت کنترل باشند:

1 . دما 2 . رطوبت 3 . فشار 4 . اغتشاش الكترومغناطيسي/ فركانس راديويي