มาตรวิทยา

มาตรวิทยา (อังกฤษ: Metrology) คือวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการวัด การวิเคราะห์ การทดสอบ ทั้งภาคทฤษฎีและปฏิบัติจริง มีการกำหนดรายละเอียดของหน่วยวัด มาตรฐานด้านการวัดที่เป็นสากลเพื่อเป็นอ้างอิงของกิจกรรมการวัดต่าง ๆ

ปัจจุบัน มาตรวิทยามีการรับรองโดย คณะกรรมการมาตรวิทยาสากล (CIPM) คอยดูแลมาตรวิทยาในระบบสากล ส่วนประเทศไทยมี สถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เป็นผู้ดูแลการศึกษามาตรวิทยาในประเทศไทย

ความหมาย

คำว่า "Metrology" ได้มาจากการเชื่อมคำในภาษากรีกสองคำ คือ metron (การวัด) และ logos (ศาสตร์) เมื่อรวมกันจึงแปลว่า "ศาสตร์แห่งการวัด" ปัจจุบัน พจนานุกรมต่าง ๆ ให้ความหมายของคำดังกล่าว ดังนี้

• Webster Dictionary กล่าวว่า "วิทยาศาสตร์หรือระบบของการวัด รวมทั้งบทความที่เกี่ยวข้อง" (The science of, or a system of, weights and measures; also, a treatise on the subject.)
• The American Heritage Dictionary of the English Language ให้ความหมายที่ชัดเจนขึ้นอีกว่า "วิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการวัดและระบบของการวัด" (The science that deals with measurement, a system of measurement)
• "International Vocabulary of Metrology - Basic and General Concepts and Associated Terms (VIM): 2008" กล่าวว่า มาตรวิทยาคือ "วิทยาศาสตร์ของการวัดและการนำไปใช้" (Science of measurement and its applications) และมีโน้ตเพิ่มเติมว่า "รวมถึงการวัดภาคทฤษฎีและปฏิบัติ กับความไม่แน่นอนของการวัด (measurement uncertainty) และขอบเขตของการนำไปใช้"

สำหรับประเทศไทย พระราชบัญญัติการพัฒนาระบบมาตรวิทยาแห่งชาติ พ.ศ. 2540 ให้ความหมายของ "มาตรวิทยา" ว่า "กิจกรรมทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการสอบเทียบ ปรับตั้งความถูกต้องของเครื่องมือและอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดปริมาณหรือวิเคราะห์ทดสอบ"

สรุปแล้ว คำจำกัดความของมาตรวิทยา คือ วิทยาการเกี่ยวกับการวัดที่ถูกต้องแม่นยำ สามารถสอบกลับได้ ไปสู่มาตรฐานการวัดสากล ครอบคลุมทั้งวิธีการวัด ทั้งภาคทฤษฎีและปฏิบัติความไม่แน่นอนของการวัด การสอบกลับได้สู่มาตรฐานสากล ตลอดจนการเท่าเทียมกันของผลการวัดระหว่างประเทศ

ระบบมาตรวิทยาสากล

การวัดขนาดและปริมาณต่าง ๆ เป็นกิจกรรมที่สังคมมนุษย์กระทำกันมาตั้งแต่เกิดสังคมเมืองขึ้น ในอดีตหน่วยวัดที่กำหนดขึ้นจะใช้กันภายในกลุ่มเดียวกัน ทำให้เกิดความไม่สะดวกในการซื้อขายแลกเปลี่ยน สังคมมนุษย์จึงต้องการหน่วยวัดขนาดและปริมาณที่ทุก ๆ คนยอมรับ วันที่ 20 พฤษภาคม พ.ศ. 2418 (ค.ศ. 1875) รัฐบาล 17 ประเทศทั่วโลกที่เป็นสมาชิกก่อตั้ง The Metre Convention จึงได้ลงนามร่วมกันในสนธิสัญญาเมตริก ที่กรุงปารีส ประเทศฝรั่งเศส และประกาศให้วันที่ 20 พฤษภาคมของทุกปีเป็นวันมาตรวิทยาโลก

สาระสำคัญของสนธิสัญญาเมตริกมีรายละเอียดดังนี้

• ให้จัดตั้งสำนักงานชั่ง ตวง วัดระหว่างประเทศ (BIPM) เพื่อกำหนดหน่วยวัดสากล
• ให้จัดตั้งคณะกรรมการมาตรวิทยาสากล (CIPM)
• ให้มีการประชุมนานาชาติด้านมาตรวิทยาทุก ๆ 4 ปี

สำนักงานชั่ง ตวง วัดระหว่างประเทศ (BIPM)

สำนักงานชั่ง ตวง วัดระหว่างประเทศ (อังกฤษ: International Bureau of Weights and Measures, ฝรั่งเศส: Bureau International des Poids et Mesures) เป็นองค์กรที่จัดตั้งขึ้นตามสนธิสัญญาเมตริก สำนักงานใหญ่อยู่ที่กรุงปารีส โดยใช้ปาวิลลอง เดอ เบรตุย (Pavillon de Breteuil) เป็นที่ตั้งของสำนักงานใหญ่ มีจุดมุ่งหมายให้ทั่วโลกมีการวัดไปในทางเดียวกัน สถาปนาหน่วยวัดพื้นฐาน เก็บรักษาต้นแบบหน่วยวัดสากลและการสอบกลับได้ไปยังหน่วยเอสไอ

ปัจจุบัน BIPM มีสมาชิกทั้งหมด 80 ประเทศ

คณะกรรมการมาตรวิทยาสากล (CIPM)

คณะกรรมการมาตรวิทยาสากล (อังกฤษ: International Committee for Weights and Measures, ฝรั่งเศส: Comité International des Poids et Mesures) ประกอบไปด้วยคณะกรรมการ 18 คน เป็นผู้แทนจากสถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติของประเทศที่ลงนามในสนธิสัญญาเมตริก มีหน้าที่ในการส่งเสริมหน่วยวัดสากลให้เป็นไปในทิศทางเดียวกัน จัดการประชุมปีละ 1 ครั้ง ณ BIPM

การประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศ (CGPM)

การประชุมมาตรวิทยาระหว่างประเทศ (อังกฤษ: General Conference on Weights and Measures, ฝรั่งเศส: Conférence Générale des Poids et Mesures) เป็นการประชุมเพื่อรับฟังรายงานผลความสำเร็จของ CIPM โดยอภิปรายและตรวจสอบเพื่อสร้างความมั่นใจในการเผยแพร่และพัฒนาหน่วยวัดสากล จนถึงรับรองการกำหนดมาตรวิทยาพื้นฐานใหม่ ๆ รวมถึงควบคุมดูแล BIPM จัดขึ้นทุก ๆ 4 ปี ณ กรุงปารีส

องค์การระหว่างประเทศด้านการชั่งตวงวัดทางกฎหมาย (OIML)

องค์การระหว่างประเทศด้านการชั่งตวงวัดทางกฎหมาย (อังกฤษ: International Organization of Legal Metrology, ฝรั่งเศส: Organisation Internationale de Métrologie Légale) เป็นองค์การสนธิสัญญาระหว่างรัฐบาล ซึ่งประกอบด้วยสมาชิกถาวร (Member States) ซึ่งเป็นประเทศที่มีส่วนร่วมในกิจกรรมด้านเทคนิค และสมาชิกสมทบ (Corresponding Members) ซึ่งเป็นประเทศที่มีส่วนร่วมในการสังเกตการณ์ เท่านั้น ได้ก่อตั้งขึ้นในปี ค.ศ. 1955 เพื่อที่จะส่งเสริมให้การชั่งตวงวัดทางกฎหมาย (legal metrology) ของโลกให้สอดคล้องกัน ตั้งแต่ก่อตั้งจนถึงบัดนี้ OIML ได้จัดทำเอกสารเพื่อให้ประเทศสมาชิกใช้เป็นแนวทางในการจัดทำโครงสร้างองค์กรที่กำกับงานชั่งตวงวัดทางกฎหมายภายในประเทศสมาชิก และเอกสารที่ใช้เป็นแนวทางในการออกกฎหมายและกฎระเบียบ เพื่อการกำกับดูแลงานชั่งตวงวัดทางกฎหมายภายในประเทศ

     สำนักชั่งตวงวัด กรมการค้าภายใน กระทรวงพาณิชย์ เป็นสมาชิกถาวร (Member State)ในนามประเทศไทย

ระบบมาตรวิทยาในประเทศไทย

ประเทศไทยเข้าเป็นสมาชิกของ The Metre Convention ในปี พ.ศ. 2455 (ค.ศ. 1912) ในรัชสมัยของพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว และอีก 11 ปีต่อมา พระราชบัญญัติ ชั่ง ตวง วัด พ.ศ. 2466 กฎหมายด้านมาตรวิทยาฉบับแรกของไทยได้ถือกำเนิดขึ้น ซึ่งมีใจความสำคัญว่าประเทศไทยยอมรับระบบเมตริก ต่อมาสำนักงานชั่ง ตวง วัด กระทรวงพาณิชย์ ปรับปรุงพระราชบัญญัตินี้เป็นฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2542

ปี พ.ศ. 2504 ห้องปฏิบัติการสอบเทียบเครื่องมือวัด ถือกำเนิดขึ้นเป็นแห่งแรกของประเทศไทย และมีห้องปฏิบัติการเหล่านี้ก่อตั้งขึ้นมากมายจนปัจจุบันมีอยู่ 140 แห่งทั่วประเทศ ประมาณ 55% ได้รับการรับรองความสามารถห้องปฏิบัติการตามข้อกำหนด ISO/IEC 17025 เดิมห้องปฏิบัติการสอบเทียบจะต้องส่งเครื่องมือวัดและมาตรฐานอ้างอิงไปสอบเทียบในต่างประเทศ ปี พ.ศ. 2540 จึงประกาศใช้พระราชบัญญัติพัฒนาระบบมาตรวิทยาแห่งชาติ พ.ศ. 2542 และจัดตั้ง สถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ ขึ้น เริ่มดำเนินงานเมื่อวันที่ 1 มิถุนายน พ.ศ. 2541

คำสำคัญเกี่ยวกับมาตรวิทยา

การสอบเทียบ

การสอบเทียบ (Calibration) หมายถึง การดำเนินการเพื่อหาความสัมพันธ์ระหว่างค่าที่เครื่องมือวัดบอก หรือระบบการวัด หรือค่าที่แสดงโดยเครื่องวัดกับค่าจริงที่ยอมรับร่วมกัน (Conventional True Value) (VIM 6.11) ว่าคลาดเคลื่อนไปมากเท่าใด โดยเริ่มจากการสอบเทียบเครื่องมือกับเครื่องมือมาตรฐานที่คลาดเคลื่อนน้อยกว่า รวมถึงการสอบเทียบเครื่องมือมาตรฐานกับเครื่องมือที่มาตรฐานสูงกว่า จนถึงการสอบเทียบเครื่องมือมาตรฐานสูงสุดกับมาตรฐานแห่งชาติ หรือมาตรฐานระหว่างประเทศ เมื่อเสร็จสิ้นการสอบเทียบจะมีการออกใบรายงานผลการสอบเทียบที่รายงานค่าความบ่ายเบนหรือค่าแก้พร้อมค่าความไม่แน่นอนของการวัด

ความสามารถสอบกลับได้

ความสามารถสอบกลับได้ (Traceability) หมายถึง สมบัติของผลการวัดที่สามารถโยงกับมาตรฐานแห่งชาติอันเป็นที่ยอมรับโดยการเปรียบเทียบอย่างต่อเนื่อง และจะต้องรายงานค่าความไม่แน่นอนของการวัดด้วย (VIM 6.10) หรือกระบวนการย้อนกลับของการสอบเทียบ จากมาตรฐานสากล มาตรฐานแห่งชาติจนถึงเครื่องมือของผู้ใช้งาน

ความสามารถสอบกลับได้ของการวัดจะต้องประกอบไปด้วยสิ่งต่อไปนี้

• สอบเทียบอย่างต่อเนื่องเป็นลูกโซ่ จากผู้ใช้เครื่องมือกลับไปยังมาตรฐานแห่งชาติหรือมาตรฐานระหว่างประเทศ
• มีความไม่แน่นอนของการวัด การสอบกลับแต่ละขั้นตอนจะต้องคำนวณตามวิธีที่กำหนดและรายงานค่า เพื่อให้สามารถคำนวณค่าความไม่แน่นอนรวมของทุกขั้นตอนได้
• ทำเป็นเอกสาร ทำการสอบเทียบตามเอกสาร อีกทั้งผลของการสอบเทียบต้องเป็นเอกสารเช่นกัน
• มีความสามารถ ห้องปฏิบัติการหรือองค์กรที่ทำการสอบเทียบจะต้องมีมาตรฐานรับรอง เช่น ISO/IEC 17025
• อ้างหน่วยเอสไอ การสอบเทียบต้องสิ้นสุดลงที่มาตรฐานปฐมภูมิ ซึ่งก็คือหน่วยเอสไอ
• ระยะเวลา การสอบเทียบจะต้องทำซ้ำตามช่วงเวลาที่เหมาะสม ซึ่งขึ้นอยู่กับตัวแปรต่าง ๆ เช่น ความถี่ของการใช้งาน การนำไปใช้

ความไม่แน่นอนของการวัด

ความไม่แน่นอนของการวัด (Uncertainty of Measurement) คือ สิ่งที่บ่งบอกความไม่สมบูรณ์ของปริมาณที่ถูกวัด จากขั้นตอนการสอบกลับ ซึ่งจะมีค่ามากขึ้นเรื่อย ๆ จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความสามารถในการวัดของแต่ละห้องปฏิบัติการ เป็นสิ่งที่บ่งบอกคุณภาพของการวัดว่าน่าเชื่อถือได้ดีเพียงใด การรายงานความไม่แน่นอนของการวัดจะต้องรายการพร้อมกับผลของการวัดเสมอ เพื่อจะให้เปรียบเทียบค่าที่ได้จากการวัดกับเกณฑ์มาตรฐานที่ยอมรับ

การบอกค่าความไม่แน่นอนจะต้องบอกค่าที่วัดได้ ± ค่าความคลาดเคลื่อน พร้อมบอกระดับความเชื่อมั่นเป็นร้อยละ เช่น ผลการวัดความยาวของตัวต้านทานที่มีค่าระบุ 1 kΩ คือ 1,000.001 Ω มีค่าความไม่แน่นอน 0.001 Ω การรายงานผลการวัดจะอยู่ในรูป $1,000.001\Omega \pm 0.001\Omega$ ที่ระดับความเชื่อมั่น 95%