計測工学と計測法について　

計測工学においては、物理量の正確な測定や計測のための計器の開発から測定誤差の検証などを行なう分野にあたります。この分野では、物理量を信号に変換するセンサ開発や、その特性の測定なども含みます。

測定法としては、測定精度に関するアッベの原則があり、測定物と基準を同一軸状に配置します。測定装置の設計の指針ともなり、マイクロメーターなどがこれにあたります。そして計器の指示値を読み測定する偏位方があり、測定値が基準量と等しいかを調べる零位法もあります。偏位方は、指示値を読むだけで計測できるので簡素で高速に測定できますが、精度を高めることは出来ません。偏位法は体重計や電圧計などで利用される測定方法です。

そこで零位法があり、測定量が基準量と等しいかを調べる方法であり、天秤や電位差計などがあります。こちらの測定方法だと、測定値と基準値が等しくなるまで調整を行なうので、測定には手間がかかりますが、基準量と同じ精度で測定が行えます。

物体、物質の測り方

どのような物体や物質であっても、それには形があり、重さがあります。ただ重さに加えて質量という考え方もありますので、どのようにして計測するかでも違ってきます。質量というのはどこに行っても変化せず重力には左右されません。しかし重さというとその物体にかかる重力のことを表しますので、地球と月の上では重さは変化します。

通常は物体や物質を図る場合は、はかりなどを使用して計測します。しかし物体や物質でもはかりに乗せられないようなものは、体積で計算し、基本となる体積と重さを求め、図りたい物体の体積は何倍かと、比例させておよその重さを計算します。私たちが物体や物質を測るのに身近な道具としては、体重計やはかりや天秤などがあります。

このような計測器を使用して物体や物質を測りますが、中にはさらに精密に計測したい場合もあります。そのような時には精密天秤や精密電子天秤などを使用し、小数点以下の数値まで計測するようなこともあります。

状態量の測り方

対象とする領域を系と呼び、この系の状態を表す物理量を状態量と呼びます。過去にとらわれない物理量のことを示し、計測する場合は、体積・温度・圧力などを直接計測できます。身近な状態量というと、圧力や体積、温度などがあります。そして状態量の中には、体積など物質量が2倍になると比例して2倍になるものと、温度など物質量が2倍になっても値が変わらない状態量の2種類あります。

計測する時は温度計や湿度計、圧力計などを使用して、それぞれの求めたい系を計測します。ただ状態量は専門的な部分で使用されることも多く、常に変化している状態であることも多いので、最大値や最低値などを求めることもあります。

1つ気をつけないといけないのは、温度や体積、圧力は状態量を示しますが、仕事や熱量は状態量を示すものではありません。仕事や熱量はエネルギーの出入りの状態であり、エネルギーそのものではありません。仕事などの影響によって、温度や体積、圧力などが変化します。

信号変換と処理方法について

測定は、測りたい量を基準値と比較して、もっとも近い値と対応付けることです。測りたい量は無限桁のアナログ量であり、近似値は広い意味でアナログデジタル変換と言えます。デジタル計測器は装置が自動的に近似を行ない、アナログ計測器では人間がメモリを読んで近似値を出します。

測りたい量が比較しにく場合は、前処理によって比較しやすい値に変換します。実際は最終的な比較と近似は電気量として信号変換します。そうして基準量に対応する基準電圧と比較し、これはADコンバーターで行えます。前処理では量りたい量をセンサを用いて電気量に変換し、さらに回路で増幅して補正し、フィルタ回路などを通します。

計測する値は信号として値になり、アナログ信号とデジタル信号があります。信号変換はフーリエ変換や畳み込みなどのアルゴリズムがあり、これを使用して変換市、専用のハードウェアを使用していました。しかし最近ではDSPや汎用ハードウェア、さらにはソフトウェアで処理されます。

英語表記の測定器について

測定器には、日本語でなく英語表記の場合もあります。そのために、その英語が何を意味しているか理解しないと、測定器を使用するのは難しいでしょう。計測用語としてJIS規格としても決められているので、測定用語集を利用して、その英語が何を意味しているか見ながら使っても良いかもしれません。ただ中には日本語表記と英語表記両方に対応している製品もあります。

測定器の英語は、たとえば「earth tester」は接地抵抗計、「thermometer」は温度計など一般的にわかりやすい用語から、「absolute vacuum」の絶対真空など、特に専門性が強い用語も数多くあります。中には「null method」などと翻訳機を使ってもヌルメゾットとしか出てこないようなものもあり、翻訳に頼らず意味を知っておかないとならない場合もあります。

英語表記は測定器のみならず、リモコンやコンソールなども英語表記になっていることもありますので、それらの意味も理解しないと使えません。

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