1.1
Ordet metrologi har en lång tradition och kommer från det grekiska ordet för mått.
Det är ett välkänt talesätt att kunskapen om något är fullständig först när det kan uttryckas
i siffror och man vet något om det. För varje typ av kvantitet som mäts måste det alltså
finnas en enhet för att mäta den och uttrycka den i siffror för den enheten. För att denna enhet ska
följas av alla och inte bara av den som utför mätningarna måste det dessutom finnas en universell standard
och de olika enheterna för olika parametrar av betydelse måste standardiseras. Den viktigaste parametern inom metrologin är ”längd” som kan mätas i olika former och på olika sätt.
Mätningar spelar en viktig roll inom alla undersökningsområden och dagens vetenskapliga och
tekniska framsteg är ett resultat av framsteg inom området mätningar. I allmänhet görs
mätningar för att öka vår kunskap och förståelse av världen i syfte att
föra ett bättre liv. Mätningsvetenskapen är avgörande för handel och är grunden för modern
vetenskap och teknik.
I metrologin, som bokstavligen är vetenskapen om mätningar, måste vi gå ett steg längre
och bry oss om att mätningarna också är korrekta. Vi måste se om resultatet
är tillräckligt korrekt och exakt för det särskilda behovet eller inte. Därför är vi
primärt intresserade av mätmetoder som bygger på överenskomna enheter och standarder. Metrologi
är alltså inriktad på fastställande, reproduktion, bevarande och överföring av
måttenheter och deras standarder. Metrologi innebär exakta mätningar
som kräver användning av apparatur och utrustning (instrument och nödvändiga tillbehör) för att den
grad av noggrannhet som krävs ska kunna uppnås.
Metrologi, vetenskapen om mätningar, innefattar alla aspekter både teoretiska och praktiska
med hänvisning till mätningar, oavsett deras osäkerhet, och oavsett vilka vetenskapsområden eller
teknologier som de förekommer inom. Metrologi är således också vetenskapen om mätningar i samband med
utvärderingen av deras osäkerhet. Det är viktigt att förstå att det inte är enbart att mäta som är metrologins specifikation
utan metrologins kärna ligger i valideringen av resultatet, särskilt genom att specificera
dess faktiska begränsningar. Metrologin är inte begränsad till standarder för längd och massa utan även till andra
parametrar inom samhällsviktiga sektorer som hälsa, säkerhet och miljöskydd.
Mästrande av mätningsvetenskapen är en förutsättning för framsteg inom själva vetenskapen.
Industriell tillverkning och många livsområden kräver verksamhet på en hög vetenskaplig och teknisk
nivå, där alla framsteg som görs måste åstadkommas genom framsteg inom metrologin. Den
tilltagande automatiseringen av tillverkningen kräver högsta möjliga noggrannhet. Man måste komma ihåg
det berömda talesättet att människans kunskap om naturen, universum och hur man anpassar naturen till sitt
syfte, går framåt i takt med hennes förmåga att mäta exakt.
Metrologen måste förstå de underliggande principerna för att kunna konstruera och utveckla
nya instrument och även för att kunna använda de tillgängliga instrumenten på bästa sätt. Metrologi handlar därför
också om metoder, utförande och uppskattning av mätningarnas noggrannhet; om
mätinstrumenten och inspektörerna. Dagens krav på precision och tillförlitlighet är så höga
att människans grundläggande instinkter och sinnen inte räcker till för att hantera dem”. Därför måste man använda
precisionsmätinstrument och olika typer av konventionella och sofistikerade
mätare och komparatorer.
Därmed kan man säga att metrologin huvudsakligen ägnar sig åt att i) fastställa enheterna för
mätningar, reproducera dessa enheter i form av standarder och säkerställa enhetligheten i
mätningar, ii) utveckla mätmetoder, {Hi) analysera noggrannheten i
mätmetoderna, fastställa mätosäkerheten, utreda orsakerna till
måttfel och undanröja dessa.
I vidare bemärkelse är metrologi inte begränsad till längdmätning utan handlar även
om industriell inspektion och dess olika tekniker. På grund av den stora industriella revolutionen och de stora
framstegen innebär industriell inspektion inte bara att uppfylla de specifikationer som fastställts
av tillverkarna. Inspektion handlar snarare om att kontrollera en produkt i olika skeden av tillverkningen, från råmaterialet till den färdiga produkten och till och med monterade delar i form av maskiner. Kontrollen utförs med hjälp av mätinstrument
och metrologerna är nära involverade i konstruktion, tillverkning och testning av mätinstrument
av alla slag. Dynamisk metrologi sysslar med att mäta små variationer av kontinuerlig natur.
Mätningsvetenskapen har idag utvecklats till elektroniskt styrda och kontrollerade utrustningar,
datorstödda system för online-övervakning, optomekaniska, laser- och fiberoptikbaserade
instrument, etc.
För längdmätning (dimensionell inspektion) kommer vi att behandla linjära mätningar som inte är
precisions- och precisionsinriktade och vi kommer att studera de olika instrument som används för detta
syfte. Standardiseringen av olika enheter är också viktig och vi kommer att studera vilka
olika standarder för linjemätningar är och hur man försöker bevara och upprätthålla
dessa standarder. Vi kommer också att se hur ljusvågsstandarden hjälper oss att avskaffa materiella
standarder. För mycket exakta mätningar kommer metoder baserade på ljusvågsinterferensfenomen
att utgöra ett separat kapitel.
Metrologisk verksamhet börjar med upprättandet av mätstandarder, bedömning av
olika fysiska parametrar inklusive dimensioner, utveckling av mätinstrument och
teknik samt kalibrering av test- och mätutrustningar. Allt detta är viktigt för korrekt
operativ mätning av kvalitet och produkter och tjänster som levereras av industrin. Dagens industri kräver inte bara att mätningar skall kunna utföras en gång, utan strävar efter överensstämmelse som omfattar sådana aspekter som repeterbarhet, reproducerbarhet, utbytbarhet och många dimensioner och egenskaper samt bevis för detta, för att skapa förtroende hos både tillverkare och kunder. Detta är möjligt genom
skapande av standarder och mättekniker.
På grund av massproduktion kan man mycket lätt inse att det inte är möjligt att mäta
de olika delarna av en komponent med konventionella metoder. Därför kommer andra anordningar, dvs. mätare och
jämförare att studeras i detalj. Dessutom är det inte heller tillrådligt att mäta alla komponenter
i massproduktion om de kommer från automatiska maskiner. Det kommer att framgå att det räcker med att inspektera några få komponenter av ett stort parti för att studera statistisk kvalitetskontroll, vars
kunskap är mycket viktig i dag.
När det gäller montering och inpassning av olika komponenter måste ett system med gränser och inpassningar följas genomgående, och vi kommer att studera den indiska standarden för ”gränser och inpassningar”. För monterade
produkter i form av maskiner är det viktigt att de relativa rörelserna mellan maskinens olika delar
sker på ett önskat sätt. För detta ändamål är det mycket viktigt att studera verktygsmaskinernas inriktningstester.
Många gånger i den faktiska produktionen utgör vinkelmätning ett stort problem och dess
grundliga förståelse och de olika tekniker som är involverade i den och cirkulär indelning utgör en
viktig del av metrologin. Ibland stöter vi på olika mätningar som verkligen
är ganska typiska och problem av denna typ kan lätt lösas med hjälp av några trigonometriska
relationer. Sådana mätningar kommer att studeras i kapitlet Diverse mätningar.
Det kan här understrykas att människan måste hantera olika instrument och att känslan
spelar en mycket viktig roll. För att alla människor ska få samma avläsningar för en komponent med samma
instrument bör instrumentet vara konstruerat på ett sådant sätt att det alltid tillämpas ett konstant tryck mellan komponenten och instrumentet. Instrumentet måste också hållas så att den
känsla som finns i handen är fri att ge rätt beslut. I universella maskiner görs dock ett
försök att eliminera mänskliga fel på grund av olika känsel- och beröringssinnen.
Goda maskiner och deras korrekta funktion kräver mycket bra färdiga ytor, och därför är det mycket viktigt att studera ytfinishen och olika metoder för att uppskatta den kvantitativt. Ett
av de vanligaste verktygen i metrologens hand är ”dial-indicatorn” som kommer att studeras i detalj
separat. Testning av mätare och dynamiska mätningar förtjänar också full uppmärksamhet.
Vi kommer också att behandla mätning av skruvgängor, mätning av kugghjul och
mätare för skruvgängor, eftersom detta är de vanligaste delarna man stöter på i en verkstad och
maskiner.
Ett kapitel ägnas också åt oförstörande provning av metaller och legeringar för att göra en bekant
med de metoder som inte förstör materialet och samtidigt kontrollerar alla önskade
egenskaper och undersöker materialens inre struktur för att se om de är homogena.
Det finns en stor medvetenhet om kvalitet och industrier antar tillvägagångssättet Total
Quality Management. Kapitel har därför ägnats åt kvalitetssäkringsprogram och total kvalitetsstyrning med hänvisning till ISO 9000. Ett kapitel ägnas också åt system för maskinseende.
I vidare bemärkelse är metrologi (vetenskapen och konsten att utföra precisionsmätningar, provningar och
utvärderingar) den grundläggande vetenskapen för den tekniska utvecklingen. Industrins framsteg
är i stor utsträckning beroende av kvaliteten och tillförlitligheten i fråga om måttnoggrannhet och precisions
mätning av andra fysiska egenskaper.
1.1.1.1.

Juridisk metrologi.

Juridisk metrologi är den del av metrologin som behandlar enheter för
mätning, mätmetoder och mätinstrument, i förhållande till
statliga, tekniska och rättsliga krav. Den garanterar säkerhet och lämplig noggrannhet för
mätningar. Avsaknad av lagstiftning om olika mått leder till stor osäkerhet.
Den legala metrologin leds av en nationell organisation, nämligen National Service of Legal
Metrology, vars syfte är att lösa problem med den legala metrologin i ett visst land. Dess funktioner
är att säkerställa bevarandet av nationella standarder och att garantera deras noggrannhet genom att jämföra dem
med internationella standarder samt att ge landets sekundära standarder rätt noggrannhet genom att jämföra dem med internationella standarder.
Den samtida organisationen av metrologi innefattar ett antal internationella organisationer, nämligen (a) Internationella organisationen för mått och vikt och (6) Nationella tjänsten för juridisk metrologi vars yttersta syfte är att upprätthålla enhetliga mått i hela
världen.
Den verksamhet som bedrivs av tjänsten för legal metrologi är: kontroll (provning, verifiering, standardisering) av mätinstrument; provning av prototyper/modeller av mätinstrument;
undersökning av ett mätinstrument för att verifiera att det överensstämmer med de lagstadgade kraven, etc.
Den legala metrologin har tillämpning vid :
(i) kommersiella transaktioner (nettokvantitet)
(ii) industriella mätningar (ordentlig kontroll av mätnoggrannheten för att säkerställa
utbytbarhet i syfte att främja massproduktion)
(iii) mätningar som behövs för att säkerställa folkhälsa och mänsklig säkerhet.
En nationell lag som rör den legala metrologin omfattar följande punkter :
(i) legala måttenheter. År 1976 antog parlamentet en omfattande lag,
Standards of Weights and Measures Act 1976, för att upprätta det internationella enhetssystemet (SI),
för att reglera handel eller handel med vikter och mått mellan stater och för att föreskriva andra frågor
som är viktiga ur konsumentskyddssynpunkt.
(ii) fysisk presentation av lagliga enheter ;
(Hi) hierarki av standarder – deras underhåll och förvaring;
Nationella standarder (Echelon-I)
Referensstandarder (Echelon-II)
Sekundära standarder (Echelon-Ill A)
Arbetsstandarder (Echelon-Ill B)
(iv) Specifikationer eller tekniska föreskrifter för mätinstrument när det gäller deras
metrologiska och tekniska krav ;
(v) Metrologisk kontroll av mätinstrument ; (godkännande av modell, första verifiering,
periodisk verifiering ; verifiering efter reparationer, inspektion av mätinstrumentens användning)
(vi) metrologisk kontroll av färdigförpackade varor ;
(vii) kontroll av tillverkning, reparation och försäljning av mätinstrument ;
(viii) organisation/tjänst som berörs av lagstadgad metrologi ;
(ix) uppbörd och indrivning av avgifter ;
(x) påföljder för överträdelser ;
(xi) utbildning av personal.
1.1.2.

Deterministisk metrologi.

Detta är en ny filosofi där delmätning
ersätts av processmätning. I den deterministiska metrologin drar man full nytta av produktionsmaskinernas
deterministiska natur (maskiner med automatisk styrning är helt deter-
ministiska i prestanda) och alla tillverkningens delsystem optimeras för att upprätthålla
deterministiska prestanda inom acceptabla kvalitetsnivåer. Inom denna vetenskap övervakas systemprocesserna
med hjälp av sensorer för temperatur, tryck, flöde, kraft, vibrationer och akustiska ”fingeravtryck”,
som är snabba och icke störande. Den nya tekniken, t.ex. 3D-felkompensation med hjälp av NCC-system (datoriserad numerisk styrning) och expertsystem, tillämpas, vilket leder till en helt
adaptiv styrning. Denna teknik används för tillverkningsmaskiner med mycket hög precision och
styrsystem för att uppnå noggrannhet inom mikro- och nanoteknik.