فهم القياس

A scientist stands in front of a microarcsecond (1 millionth of 1 arcsecond or 1 millionth of 1/3600 degree) testbed.

فهم القياس Metrology (من يونانية قديمة metron (قياس) وlogos (دراسة)) ، هوالفهم الذي يهتم بدراسة القياس. ويتضمن جميع الجوانب العملية والنظرية للقياس.

مقدمة

مقدمة في فهم القياس القياس عملية فيزيائية تعتمد على التجربة الفهمية التي تقارن بين مقادير يُراد قياسها وأخرى مرجعية من جنسها فيزيائياً تُسمى واحدات القياس.

ويؤدي فهم القياس metrology دوراً رئيساً في تطور العلوم النظرية والتقنية. ومن أهدافه الأساسية استنتاج النظريات التي تكشف عن القوانين المعبرة كمياً عن القيم المتنوعة.

وتجرى عملية القياس بتقنيات متنوعة إلكترونية أوكهربائية أوميكانيكية أوغيرها. وتعد التقنيات الكهربائية والإلكترونية أكثرها انتشاراً في جميع المجالات الفهمية بسبب تميزها بالدقة والحساسية العاليتين وسرعة النتيجة وإمكان تنظيم المعلومات وتنسيقها وتحليلها إضافة إلى إمكان القياس عن بعد.

وأدى التطور الكبير في تقنيات الهندسة الكهربائية والإلكترونية إِلى ظهور أجهزة قياس مركبة يمكنها حتى تقيس مقادير كهربائية وغير كهربائية من ميكانيكية وحرارية وحيوية وغيرها وأن تحلل نتائجها وتنسق بين مؤثراتها وتنظِّم معلوماتها. فأجهزة القياس «الذكية» مثلاً مكونة من عدة وسائل تُربط بحسب نظام معين وتؤلف منظومة القياس.

طرق القياس

وهناك حتى اليوم طريقتان أساسيتان في القياس: الطريقة المباشرة والطريقة غير المباشرة.

أساسيات فهم القياس

الطريقة المباشرة

فتتميز بخاصة القياس التي يُحصل فيها على النتيجة فوراً عند تأثير المقدار المجهول في ولج الجهاز أوالمنظومة، وهي تنقسم، بحسب التقنية المستخدمة في إظهار النتيجة، إلى الكيفية التمثيلية analogue method والطريقة الرقمية digital method.

أما الكيفية التمثيلية فتتميز بعلاقة معروفة بين مقداري ولج الجهاز وخرجه فيكون هذان ممثّليْن توابع زمنيةً مستمرةً (غير منبترة) أي أنهما متماثلان.

وأما الطريقة الرقمية فتتميز بعلاقة ربط معروفة بين قيمتي ولج الجهاز وخرجه إلا حتى مقدار الخرج تابع زمني منبتر أي إِن إشارة الخرج منبترة زمنياً وتعطي النتائج أرقاماً على لوحة إظهارها.

الطريقة غير المباشرة

فعند تأثير المقدار الفيزيائي المراد قياسه فإن الجهاز لا يعطي النتيجة فوراً وإنما يقارنه مع القيم المعيارية، ويجري حساب المقدار المجهول بوساطة علاقة تربط بين القيم ربطاً غير مباشر، ومن أهمها طريقة المقارنة التي تقوم على أسلوب التبديل substitution method أي بمبادلة المقدار المجهول بآخر معلوم بعد مقارنة جميع منهما إفرادياً بالمعيار، أوعلى الأسلوب الصفري null method الذي يعتمد على المقارنة بالمقدار المجهول والمعايير في آن واحد حتى الحصول على صفر جهاز المقارنة أي مساواة الأول والثاني ويسمى عادة بحالة التوازن، ويسمى جهاز المقارنة هذا عادة بالكاشف الصفري null detector. ولكن لا يمكن في بعض الحالات التوصل إلى التوازن الكامل، لذلك يقاس الفرق الأصغري بينهما وتسمى بالكيفية التفاضلية، أما جهاز الكاشف فيسمى في هذه الحالة بكاشف الخطأ error detector.

وتتأثر عملية القياس بالشروط المحيطة من درجات الحرارة والرطوبة والمؤثرات الفيزيائية الخارجية. ويراعى، لتوفير الدقة في عملية القياس، حتى تتم هذه العملية في الشروط النظامية التي تحددها الأنظمة المعتمدة في الدولة أوالنظم الدولية.

وأجهزة القياس الكهربائية هي وسائل تقنية إشارة دخلها كهربائية. وهي تقارن بين القيم المجهولة المراد قياسها والقيم المعيارية المعتبرة بعلاقة ربط معروفة بين إشارتي الدخل والخرج، وتتعين اعتماداً على النظرية الديناميكية الكهربائية أي بتأثير الطاقة الكهربائية، وأبسط أشكالها تسمى المقاييس الكهربائية، وقد تتألف من عدة تجهيزات قياس، ومنها وسائل التحسس وغيرها، لتكوّن منظومة قياس مستقلة قادرة على التحكم في عملية القياس وتنظيمها ومراقبة القيم المتنوعة.

تطبيقات فهم القياس

فهم القياس في المجتمع

مواصفات فهم القياس

Historical International Prototype Meter bars

التنمية التاريخية لمواصفات فهم القياس

المواصفات الحديثة

المواصفات الصناعية المحددة لفهم القياس

الآليات

المواصفات القومية

Typical State Seal application: Even in Las Vegas, people prefer not to leave volumetric gasoline measurements to chance.

قياس التردد والزمن

أجهزة القياس الكهربائية

عداد الكهرباء أوجهاز قياس الكهرباء ، هوجهاز يقيس كمية الطاقة الكهربية التي تستهلكها أوتنتجها المنازل ، المتاجر ، أوالآلات.

انظر أيضا

Accuracy and precision
Test method
Data analysis
Metrication
NCSL International
Dimensional metrology
Certified reference materials

ملاحظات

المصادر

الموسوعة العربية
Baber, Zaheer (1996). The Science of Empire: Scientific Knowledge, Civilization, and Colonial Rule in India. State University of New York Press. ISBN 0791429199.
Organisation Internationale de Metrologie Legale. (2000), International Vocabulary of Terms in Legal Metrology, [Online] http://www.oiml.org/publications/V/V001-ef00.pdf. (Latest version draft can be downloaded at http://www.ncsli.org/vim/wg2_doc_N318_VIM_3rd_edition_2006-08-01%20(3).pdf)
Bureau International des Poids et Mesures. (2005), "What is metrology", Copyright BIPM 2004, [Online] http://www.bipm.org/en/bipm/metrology/.
Sarle, W. (1995), Measurement theory: Frequently asked questions, Copyright 1995 by Warren S. Sarle, Cary, NC, USA [Online] SAS Institute web pages: ftp://ftp.sas.com/pub/neural/measurement.faq
Bureau International des Poids et Mesures. (2000), The International System of Units (SI), [Online] BIPM web pages: http://www.bipm.org/en/si/
Bureau International des Poids et Mesures. (2000), The Convention of the meter, [Online] BIPM web pages: http://www.bipm.org/en/convention/
Melville, D.J. (2001). Sumerian metrological numeration systems, Mesopotamian Mathematics, [Online] St. Lawrence University web pages, http://it.stlawu.edu/%7Edmelvill/mesomath/sumerian.html
National Institute of Standards and Technology. (1999), The NIST Reference of Constants, Units, and Uncertainty, [Online] NIST web pages: http://physics.nist.gov/cuu/index.html
National Institute of Standards and Technology / Sematech. (n.d.). Engineering Statistics Handbook. [Online] NIST web pages: http://www.nist.gov/itl/div898/handbook/
National Physical Laboratory, UK—National Measurement Laboratory—Metrology related resources including many free PDF downloads including Good Practice Guides: [Online] http://www.npl.co.uk/
Ken Alder, "The Measure of All Things", Little, Brown 2002. (An historical account on the origin of the metric system, the meridian project).
Kimothi, S. K., "The Uncertainty of Measurements: Physical and Chemical Metrology: Impact and Analysis", 2002, ISBN 0873895355

وصلات خارجية

Measurement Uncertainties in Science and Technology, Springer 2005
Bureau International des Poids et Mesures (BIPM)
National Institute of Standards and Technology (NIST)
National Physical Laboratory
U.S. Naval Observatory
National Conference of Standards Laboratories (NCSL)
NCSL International
International Organization for Standardization
Presentation about Product Quality planning that includes a typical industry “Dimensional Control Plan”
National Metrology Network of Chile
National Metrology Laboratory of Malaysia
UNC Charlotte Center for Precision Metrology
National Metrology Laboratory of México