単位 計測工学　　　　　　　　　担当　北川　輝彦 2010年4月26日　Ⅰ限目

計測工学で学ぶ内容 計測の原理・方法 実験データの精度、データの解析方法など ④各計測器の構造や測定原理、測定方法 ⑤信号の計測法 ②データの誤差・統計的性質 ③データの解析方法 ⑥信号の処理方法 ①計測工学の基礎知識

量とは 物理量 工業量 感覚量 物理法則によって現象や対象ごとに単位が定まっている 硬さ、あらさ、平面度、光沢など におい、味、風合い、美しさ 工業量、感覚量は基準値と比較されるか、または複数の物理量に換算される

測定と計測 測定（measurement） 計測（measureまたはinstrumentation） 測定器と計器 計装 基準量と比較して数値を用いて表す 基準となる量を単位（unit）という 計測（measureまたはinstrumentation） ある現象や対象を研究・制御・管理する目的に応じて、事象を量的に捉えるための方法・手段・装置を用い、測定を実施する 測定器と計器 測定器＝測定装置 計器＝量の大きさの指示・記録する器具 計装 計測装置・制御装置を装備すること

単位 量を数値で表すための基準 約束された一定量。 約束ごとなので、同じ種類の量を表すのにも、 社会や国により、 また歴史的にも異なる多数の単位がある。

国際単位系 7つの基本単位からなる。

7つの基本単位 量 名称 記号

7つの基本単位 量 名称 記号 時間 長さ 質量 電流 熱力学温度 物質量 光度 技術者として全て覚えておこう！

7つの基本単位 技術者として全て覚えておこう！ 量 名称 記号 時間 ① ⑧ 長さ ② ⑨ 質量 ③ ⑩ 電流 ④ ⑪ 熱力学温度 ⑤ ⑫ 物質量 ⑥ ⑬ 光度 ⑦ ⑭ 技術者として全て覚えておこう！

7つの基本単位 技術者として全て覚えておこう！ 量 名称 記号 時間 秒 s 長さ メートル m 質量 キログラム kg 電流 アンペア A 熱力学温度 ケルビン K 物質量 モル mol 光度 カンデラ cd 技術者として全て覚えておこう！

基本単位1 長さ　m 長さの単位メートルは、初め地球の子午線の長さに基づいたメートル原器として実現した。このメートル原器は1889年の第1回度量衡総会において国際的に採用された。その後、1960年にクリプトン86原子のスペクトル線の波長を用いて定義することになったが、レーザ技術の発展により、1983年に真空中の光の速さを用いた定義に変更され、より高精度の標準となった。 メートルは時間1/299792458s間に光が真空中を談判する長さ（1983年）                                                  

基本単位2 質量　kg 質量の単位「キログラム」は、初め「一辺が10cmの立方体の体積の最大密度における蒸留水の質量」と定義されたが、1889年に直径、高さとも39mmの円柱形で、白金90％、イリジウム10％の合金でできている「国際キログラム原器の質量」に置き換えられた。 日本国キログラム原器を３０年ごとに国際キログラム原器と比較校正                       

基本単位3 時間 s 時間の単位である秒： 初め地球の自転による定義が用いられたが、地球の自転には季節変動や経度変動が存在 1956年：地球の公転に基づく定義に変更。 さらに高い精度を出せる原子周波数標準の研究が進み、1967年：セシウム原子に基づく秒の定義が国際度量衡総会において採択。（原子時計）

基本単位4 電流　A 固定コイルと天秤腕に取り付けられた可動コイルの引力、反発力を天秤で測定（電流天秤）

基本単位5 温度 熱力学温度の単位「ケルビン」は、水の三重点の熱力学温度の1/273.16。 　熱力学温度は測定が難しいため、この熱力学温度を十分な正確さで、かつ、1～2桁高い再現性をもって実現できる温度目盛が国際的に設定され使用(1927年から)。幾つかの温度の定義定点、定点間の補間温度計、補間法の組合せで構成される。その後、温度目盛に何回かの改訂が行われ、現在は、1990年国際温度目盛(ITS-90)が使用されている。

                                 温度標準の温度目盛

基本単位6 物質量　mol 物質量は組成が明示された物質に含まれる粒子の数に比例する量であり、その比例係数はアボガドロ定数NAの逆数である。物質量の単位（モル）の定義は第14回国際度量衡総会(1971年)で与えられた。すなわち、モルは「0.012キログラム(kg)の炭素12の中に存在する原子の数に等しい要素粒子を含む系の物質量」 物質量標準の研究はアボガドロ定数の決定などの形で進められている。

基本単位7 光度　cd 黒体の光度を基準 1979年から、周波数540×1012Hzの単色光源の放射強度が標準となった

補助単位 平面角[rad](ラジアン) 立体角[sr](ステラジアン) 弧の長さ[m]／半径の長さ[m] （無次元量）

物理量と単位 基本量（7個） 組立量 長さ、質量、時間 （３個の力学量） 電流、温度、光度、物質量 基本量から組み立てることで表せる 長さ、質量、時間　（３個の力学量） 電流、温度、光度、物質量 組立量 基本量から組み立てることで表せる 例）密度[kg/m3]＝質量[kg]／体積[m3] 例題） 速度 　　　　 加速度 磁界の強さ

次元 物理量Aの次元（dimension）とは [A]=[MaLbTc] における、指数a, b, c a=b=c=0のとき、[A]=[1]となり、Aは無次元の量となる（角度、立体角、比重、レイノルズ数など）

国際(SI)単位系 国際単位系 （SI:Systèm International d´Unités（仏） 　　 International System of Units（英）） 日本では１９９８年度末にあらゆる単位のSI化が完了 基本単位７個、補助単位２個、 基本単位から組み立てられた組立単位１１個、 固有名称をもつ組立単位１９個 それらを組み合わせた単位群

ちょっと休憩 大きさ(長さ)は××が最大単位だが、 星(恒星)一個の最大の大きさってどれくらい？

生活の中のSI接頭辞 目的地まで何km 気圧が何hPa 記憶容量が何Tbyte 何pgの汚染物質 etc… 様々な基本・組立単位の前に置くことで、 10nを表現できる。

SI接頭辞(10n)　 100 - 1012 101 1015 102 1018 103 1021 106 1024 109 1030

SI接頭辞(10n) ヒント 100 - 1012 P ⑨ 101 da ① 1015 E ⑩ 102 h ② 1018 Z ⑪ 103 ③ ④ 1021 Y ⑫ 106 ⑤ ⑥ 1024 ⑬ 109 ⑦ ⑧ 1030 ⑭

現実的にはP(1012)くらいまで覚えておけばOK。 SI接頭辞(10n)　回答 100 - 1012 P ペタ 101 da デカ 1015 E エクサ 102 h ヘクト 1018 Z ゼッタ 103 k キロ 1021 Y ヨッタ 106 M メガ 1024 ハーポ 109 T テラ 1030 グルーチョ 現実的にはP(1012)くらいまで覚えておけばOK。

SI接頭辞(10-n) 10-1 10-12 10-2 10-15 10-3 10-18 10-6 10-21 10-9 10-24

SI接頭辞(10-n) ヒント 10-1 d ① 10-12 p ⑩ 10-2 ② ③ 10-15 f ⑪ 10-3 ④ ⑤ 10-18 a ⑫ 10-6 ⑥ ⑦ 10-21 z ⑬ 10-9 ⑧ ⑨ 10-24 y ⑭

SI接頭辞(10-n) 回答 現実的にはp(10-12)くらいまで覚えておけばOK。 10-1 d デシ 10-12 p ピコ 10-2 c センチ 10-15 f フェムト 10-3 m ミリ 10-18 a アト 10-6 μ マイクロ 10-21 z ゼプト 10-9 n ナノ 10-24 y ヨクト 現実的にはp(10-12)くらいまで覚えておけばOK。