2.1  การวัด (Measurement)

การวัดคือปฏิบัติการทั้งปวงที่มีวัตถุประสงค์เพื่อการตัดสินค่าของปริมาณ (Set of operations having the object of determining a value of a quantity : VIM 2.1) ผลลัพธ์ของการวัดจะแบ่งเป็นสองส่วน ส่วนแรกคือค่าที่วัดได้พร้อมความไม่แน่นอนของค่าที่วัดได้ และอีกส่วนหนึ่งคือหน่วยวัดตัวอย่างเช่น ผลการวัดตุ้มน้ำหนักที่มีค่าที่ระบุ 1 kg คือ (1000,001?0,001) g ในที่นี้ 1000,001* คือ ค่าที่วัดได้ซึ่งค่าที่วัดได้นี้มีความไม่แน่นอน 0,001 และ g คือหน่วยวัด ค่าที่ได้จากการวัดของตุ้มน้ำหนักคือ 1000,001 g พร้อมความแน่นอนของตุ้มน้ำหนักคือ 0,001 g ซึ่งการรายงานผลการวัดอยู่ในรูป (1000,001?0,001) g

การวัดเป็นปฏิบัติการทางเทคนิค ที่ต้องปฏิบัติตามวิธีการวัดที่กำหนดขั้นตอนไว้แล้ว เพื่อการเปรียบเทียบกันระหว่างปริมาณที่ถูกวัดที่กำหนดขั้นตอนไว้แล้ว เพื่อการเปรียบเทียบกันระหว่างปริมาณที่ถูกวัดกับปริมาณมาตรฐาน (Standard) ซึ่งเป็นตัวแทนของหน่วยวัด ซึ่งหมายถึงเครื่องมือวัดนั่นเอง สำหรับวิธีการวัดและเครื่องมือวัดที่ใช้ ก็คงจะขึ้นอยู่กับระดับของความถูกต้องของการวัดที่ต้องการรวมทั้งความรู้ความชำนาญในระบบการวัดของผู้ทำการวัดประกอบกัน แต่ไม่ว่าจะใช้วิธีการตลอดจนผู้มีความชำนาญในระบบการวัดของผู้ทำการวัดประกอบกัน แต่ไม่ว่าจะใช้วิธีการตลอดจนผู้มีความสามารถเพียงใดก็ไม่สามารถทำให้เกิดความถูกต้องของการวัดได้ตามต้องการ หากเครื่องมือวัดที่ใช้ในกระบวนการวัดไม่ได้รับการสอบเทียบความถูกต้อง และสอบกลับไปยังมาตรฐานการวัดแห่งชาติที่รักษาไว้โดยสถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติของแต่ละประเทศ

* แสดงตัวเลขตามหลักของ SI นั้นกำหนดให้ใช้สัญญลักษณ์ “,” (comma) เป็นเครื่องหมายแบ่งระหว่างเลขจำนวนเต็มและทศนิยม อย่างไรก็ตามต่อมาได้อนุญาตให้ใช้สัญญลักษณ์ “.” (period) เพื่อการนี้โดยอนุโลม

2.2 ระบบการวัดแห่งชาติ

                ประเทศไทยมีระบบการวัดแห่งชาติที่สอดคล้องกับระบบการวัดแห่งชาติของนานาประเทศโดยการแบ่งระบบการวัดแห่งชาติออกเป็น 2 ระบบ ดังนี้

                                2.2.1.  ระบบการวัดแห่งชาติเชิงพาณิชย์หรือเชิงกฏหมาย (Legal Metrology)

                                เป็นระบบการวัดแห่งชาติที่มีวัตถุประสงค์หลักเพื่อรักษาความถูกต้องและเป็นธรรมในการ ชั่ง ตวง วัด ในเชิงพาณิชย์หรือในเชิงกฏหมาย ตามที่ได้กำหนดไว้ในพระราชบัญญัติ ชั่ง ตวง วัด พ.ศ. 2542 (เดิม พ.ศ. 2466) โดยมีสำนัก ชั่ง ตวงวัด กระทรวงพาณิชย์เป็นหน่วยงานหลักรับผิดชอบในการดำเนินการให้เป็นไปตามกฏหมายฉบับดังกล่าว อำนาจหน้าที่หลักของสำนักชั่ง ตวง วัด คือการกำหนดระดับความถูกต้องของการ ชั่ง ตวง วัด ในเชิงพาณิชย์ เพื่อความเป็นธรรมในการซื้อขายแลกเปลี่ยนรวมไปถึงการควบคุมให้มีการปฏิบัติตามพระราชบัญญัติ ชั่ง ตวง วัด อย่างเคร่งครัดอีกด้วย ขอบเขตความรับผิดชอบของสำนัก ชั่ง ตวง วัด มิได้จำกัดอยู่เพียงในส่วนกลางเท่านั้น ยังครอบคลุมไปทั่วประเทศ โดยผ่านสำนักงานพาณิชย์จังหวัดของแต่ละจังหวัด ปริมารณชั่ง ตวง วัด ที่ได้รับการควบคุม เช่น

 

การชั่ง ได้แก่ เครื่องชั่ง และตุ้มน้ำหนัก

 

การตวง ได้แก่ ลิตรมาตรฐาน

 

การวัด ได้แก่ ไม้เมตร ตลับเมตร

 

2.2.2. ระบบการวัดแห่งชาติทางวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม (Scientific Metrology or Industrial Metrology)

                                เป็นระบบการวัดแห่งชาติที่มุ้งเน้นในการสาปนาและรักษามาตรฐานการวัดแห่งชาติ ที่มีความถูกต้องสูงสุดตามระบบการวัดสากลหรือระบบหน่วยวัด SI (International System of Units) ซึ่งเป็นพื้นฐานการวิจัยและพัฒนาทางวิทยาศาสตร์อุตสาหกรรม การดำเนินการเพื่อให้เป็นไปตามวัตถุประสงค์ของระบบการวัดแห่งชาติเชิงวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมนี้อยู่ภายใต้ความรับผิดชอบของสาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ตามพระราชบัญญัติพัฒนาระบบมาตรวิทยาแห่งชาติ พ.ศ.2540 ซึ่งนอกจากจะกำหนดให้สาบันมาตรวิทยาแห่งชาติเป็นหน่วยงานที่รักษามาตรฐานการวัดในระบบหน่วย SI สู่ผู้ใช้งานภาคอุตสาหกรรม โดยผ่านห้องปฏิบัติการสอบเทียบเครื่องมือวัดของทั้งภาครัฐ และเอกชน รวมทั้งการให้ความรู้ การฝึกอบรม สนับสนุนการวิจัยและพัฒนาด้านมาตรวิทยาอีกด้วย

 

2.3  ระบบการวัดระหว่างประเทศ

                การค้าขายแลกเปลี่ยนสินค้าระหว่างประเทศจะเป็นไปอย่างราบรื่น เมื่อทุกประเทศได้ใช้ระบบหน่วยวัดเดียวกันที่เป็นสากล สิ่งนี้เองคือที่มาของข้อตกลงระหว่างประเทศว่าด้วยมาตรการวัดปริมาณทางกายภาพ ซึ่งเป็นพื้นฐานที่สำคัญยิ่งต่อการค้าขายแลกเปลี่ยนระหว่างประเทศ การลงนามในสนธิสัญญาเมตริก (Metric Treaty) ในปี ค.ศ.1875 ได้ทำให้มีการพัฒนากลไกซึ่งทำให้เกิดความเชื่อมั่นในความเท่าเทียมกันของมาตรฐานการวัดปริมาณทางกายภาพระหว่างประเทศ และนำไปสู่การก่อตั้งห้องปฏิบัติการระหว่างประเทศขึ้นหนึ่งแห่งกับคณะกรรมการระหว่างประเทศอีกหลายคณะ

                สนธิสัญญาเมตริก กำหนดให้จัดตั้งองค์กรเพื่อการควบคุมและดำเนินการเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ที่กำหนดไว้ในสนธิสัญญาขึ้น 2 องค์การ คือ ที่ประชุมทั่วไปว่าด้วยการ ชั่ง ตวง วัด หรือ General Conference  for Weights and Measures (CGPM) และคณะกรรมการ ชั่ง ตวง วัด ระหว่างประเทศ หรือ International Committee for Weights and Measures (CIPM) และให้จัดตั้งห้องปฏิบัติการระหว่างประเทศอีกหนึ่งแห่ง คือ สำนักงาน ชั่ง ตวง วัด ระหว่างประเทศ หรือ International Bureau of Weights and Measures (BIPM) ซึ่งตั้งอยู่เมือง Seves ใกล้กรุงปารีส ประเทศฝรั่งเศส นอกจากนี้ยังได้จัดให้มีคณะกรรมการที่ปรึกษาขึ้นอีกหลายคณะภายหลัง โดยคณะกรรมการที่ปรึกษาเหล่านี้มีหน้าที่ให้คำปรึกษาในสาระทางวิชาการแก่ CIPM ในมาตรวิทยาสาขาต่างๆ เช่น คณะกรรมการที่ปรึกษาด้านไฟฟ้า (Consultative Committee on Electricity, CCE) และคณะกรรมการที่ปรึกษาด้านอุณหภูมิ (Consultative Committee on Temperature, CCT) เป็นต้น

                สมาชิกของคณะกรรมการที่ปรึกษาได้รับการคัดเลือกมาจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติของประเทศสมาชิกที่มีความกระตือรือล้นในการวิจัยมาตรฐานการวัดในสาขาที่เกี่ยวข้อง ในขณะที่ห้องปฏิบัติการมาตรฐานแห่งชาติของประเทศสมาชิกอื่นๆ ก็มีสิทธิที่จะให้เสนอข้อเสนอแนะแก่คณะกรรมการที่ปรึกษาได้เช่นกัน

                สำหรับสำนักงาน ชั่ง ตวง วัด ระหว่างประเทศซึ่งเป็นห้องปฏิบัติการระหว่างประเทศมีความรับผิดชอบที่เกี่ยวข้องกับมาตรฐานการวัด 3 ประการ คือ

1.        การเปรียบเทียบผลการวัดระหว่างกัน (International Comparison) ของประเทศสมาชิก

2.        การส่งเสริม ประสานงาน และจัดทำเอกสารเกี่ยวกับการเปรียบเทียบผลการวัดระหว่างกัน

3.        การวิจัยในสาขามาตรวิทยาทีเลือกสรรแล้วภายใต้การอำนวยการของ CIPM

2.4  ระบบของหน่วยวัด (The System of Units)

การก่อตั้งสนธิสัญญาเมตริก ในปี ค.ศ.1875 นำไปสู่การประชุม CGPM ครั้งที่ 1 ซึ่งการประชุมมีมติให้ต้นแบบ (Prototypes) ใช้เป็นมาตรฐานปฐมภูมิสำหรับหน่วยเมตร และหน่วยกิโลกรัม เพื่อนำไปรวมเข้ากับหน่วยของ วินาที ซึ่งได้นิยามจากปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ในสมัยนั้น เป็นหน่วยพื้นฐาน 3 หน่วยแรกของสนธิสัญญาระบบเมตริก (Metre Convention)

ในปี ค.ศ.1954 ได้มีการรับรองหน่วยแอมแปร์ เคลวิน และความเข้มในการส่องสว่าง ตามลำดับ ให้เป็นหน่วยพื้นฐานเพิ่มเติมและในปี ค.ศ.1960 ได้ตั้งชื้อระบบหน่วยที่ประกอบด้วยหน่วยพื้นฐานทั้ง 6 ว่า International System of Unit หรือ SI จนในที่สุดการประชุม CGPM ครั้งที่ 14 ในปี ค.ศ.1972 ได้เพิ่มหน่วยโมล สำหรับปริมาณของสสารเข้ามาเป็นหน่วยพื้นฐานอีกหน่วยหนึ่ง ส่งผลให้ระบบของหน่วยวัดที่ประกอบด้วยหน่วยพื้นฐาน 7 หน่วย ดังเช่นที่ปรากฏในปัจจุบันนั่นเอง

หน่วย SI คือ หน่วยของการวัดที่มีพื้นฐานมาจากปริมาณของหน่วยวัดโดยการทำให้เป็นจริงจากคำจำกัดความของแต่ละปริมาณพื้นฐาน

 

หน่วยพื้นฐาน (Base Units)

 

หน่วยพื้นฐานเป็นหน่วยวัดพื้นฐานที่หน่วยวัดอื่นๆ ทั้งหมดสามารถสอบกลับได้ ปริมาณและหน่วยพื้นฐานทั้ง 7 หน่วย คือ          ความยาว (Length) : หน่วยวัดความยาวในระบบหน่วย SI คือ เมตร (metre, m) มีนิยามว่า เมตร คือ ระยะทางที่แสงคลื่นที่ในสุญญากาศในช่วงเวลา 1/299 792 458 วินาที

 

มวล (Mass) : หน่วยวัดมวลในระบบหน่วย SI คือ กิโลกรัม (kilogram, kg) มีนิยามว่า กิโลกรัม คือ หน่วยของมวล ซึ่งเท่ากับมวลแบบประถมระหว่างประเทศของกิโลกรัม รูปทรงกระบอก ทำจากโลหะผสมระหว่าง Platinum และ Iridium ที่เก็บไว้ที่ BIPM เมือง Sevres ประเทศฝรั่งเศส

 

เวลา (Time) : หน่วยวัดเวลาในระบบหน่วย SI คือ วินาที (second, s) มีนิยามว่า วินาที คือ ระยะเวลาเท่ากับ 9 192 631 770 คาบของการแผ่รังสีที่สมนัยกับการเปลี่ยนระดับไฮเปอร์ไฟน์สองระดับของอะตอม Caesium-133 (Cs133) ในสถานะพื้นฐาน

 

กระแสไฟฟ้า (Electric Current) : หน่วยวัดกระแสไฟฟ้าในระบบหน่วย SI คือ แอมแปร์ (ampere, A) มีนิยามว่า แอมแปร์ คือ ปริมาณกระแสไฟฟ้าซึ่งทำให้เกิดแรงขนาด 2x10-7 นิวตันต่อความยาว 1 เมตร ระหว่างเส้นลวด 2 เส้น ที่มีความยาวอนันต์ มีพื่นที่ภาคตัดขวางเล็กมากจนไม่ต้องคำนึงถึง วางขนานกันด้วยระยะห่าง 1 เมตร ในสุญญากาศ

 

อุณหภูมิ (Temperature) : หน่วยวัดอุณหภูมิในระบบหน่วยวัด SI คือ เคลวิน (kelvin, K) มีนิยามว่า เคลวิน คือ หน่วยของอุณหภูมิทางเทอร์โมไดนามิกส์ ซึ่งเท่ากับ 1/273,16 ส่วนของอุณหภูมิเทอร์โมไดนามิส์ของจุดสามสถานะของน้ำ

 

ความเข้มของการส่งสว่าง (Luminous Intensity) : หน่วยวัดความเข้มการส่องสว่าง คือ แคนเดลลา (candela, cd) ซึ่งมีนิยามว่า แคนเดลลา คือความเข้มของการส่องสว่างในทิศทางกำหนดหนึ่งของแหล่งกำเนินแสงซึ่งแผ่รังสีเดียวที่มีความถี่ 540x1012 เฮริทซ์ ด้วยความเข้มของการแผ่รังสีขนาด 1/683 วัตต์ต่อสเตอร์เรเดียนในทิศทางเดียวกันนั้น

 

ปริมาณของสสาร (Amount of Substance) : หน่วยวัดปริมาณสาร คือ โมล (mole, mol) มีนิยามว่า โมล คือ หน่วยของปริมาณสารของระบบที่ประกอบด้วยองค์ประกอบมูลฐาน ซึ่งมีจำนวนเท่ากับจำนวนอะตอมของ C12 จำนวน 0,012 กิโลกรัม

ตารางแสดงระบบของหน่วยพื้นฐาน   ปริมาณ หน่วยพื้นฐาน สัญลักษณ์ ความยาว (Length) เมตร (metre) m มวล (Mass) กิโลกรัม (kilogram) kg เวลา (Time) วินาที (second) s กระแสไฟฟ้า (Electric Current) แอมแปร์ (ampere) A อุณหภูมิ (Temperature) เคลวิน (kelvin) K ปริมาณของสสาร (Amount of Substance) โมล (mole) mol ความเข้มของการส่งสว่าง (Luminous Intensity) แคนเดลลา (candela) cd

แสดงตัวอย่างของหน่วยวัดอนุพันธ์ที่ได้มาจากหน่วยพื้นฐาน Derived quantity Derived unit Symbol area square metre m2 volume cubic metre m3 speed, velocity metre per second m.s-1 acceleration metre per second square m.s-2 angular velocity radian per second rad.s-1 angular acceleration radian per second square rad.s-2 density kilogram per cubic metre kg.m-3 magnetic field intensity, (linearcurrent density) ampere per metre A.m-1 current density ampere per cubic metre A.m-2 moment of force newton metre N.m electric field strength volt per metre V.m-1 permeability henry per metre H.m-1 permittivity farad per metre F.m-1 specific heat capacity joule per kilogram kelvin J.kg-1.-1 amount-of-substance concentration mol per cubic metre mol.m-3 luminance candela per square metre cd.m-2