측정: 두 판 사이의 차이

근년에 이르러 과학·기술이 진보함에 따라 보다 나은 정도의 기계가 요망되고 있으며, 또한 자동차 산업에서 볼 수 있듯이 한종류의 기계를 대량으로 생산하는 경우가 많아졌다. 전자에 관해서는 보다 나은 정도의 부품이 요구되고 후자에 있어서는 성능의 균일성과 제조 원가를 절감시키는 입장에서 구성부품의 호환성이 보다 중요하게 되고, 필요 충분한 부품의 정도를 보다 싼 비용으로 유지하는 것이 목표가 된다. 그러나 공작기계나 측정기계에서는 기계 자신의 정도 그 자체를 향상시키는 것이 목표이지만 산업기계류에서는 기계의 정도는 작동이 원활·적정하게 이루어지기 위한 조건으로서 필요한 것이다. 부품의 정도는 이것을 공작하는 공작기계의 공작정도에 직접 관계되며, 또 부품의 실제 형상·치수는 측정기기에 의해 측정됨으로써 비로소 인식하게 되기 때문에 공작기계와 측정기계류에서의 기계의 정도는 매우 중요하다. 기계의 정도는 이들에 관하여 말하는 경우가 많다. 주로 금속을 절삭하거나 연삭함으로써 가공하는 좁은 뜻의 공작기계에서는 일반적으로 절삭공구 혹은 원형연삭숫돌(이하 공구라 한다)과 공작물 사이에 주어지는 상대운동에 의해 공작물을 소정의 형상·치수로 완성한다. 공구와 공작물 사이의 상대운동은 공작물의 형태에 알맞는알맞은 곡면에 따르게 마련이다. 상대운동은 세로 방향·가로 방향 그리고 높이 방향의 직진운동과 그들의 축 주위의 회전운동 성분으로 분해하여 그들을 합성시켜 주어지는 것이 보통이다. 운동성분의 결합은 공작기계의 작업내용에 따라 다르며, 복잡한 내용의 것일수록 많은 운동성분을 결합시키게 된다. 또 공작기계의 종류에 따라서는 이 밖의 운동성분을 쓰게 될 경우도 있다. 이러한 까닭으로 직진운동과 회전운동의 정도는 공작기계의 정도의 기본이 된다. 여기서 가공례에 관해 생각해 보자. 드릴링머신 등에 의해 판에 직경 d의 구멍을 뚫는 경우이다. 이 때 1의 구멍을 뚫은 다음에 2의 구멍을 뚫는다면, 공구 혹은 공작물을 A라는 경로를 통해서 1→2와 같이 이동하거나 B 또는 C의 경로를 통하거나 결과는 마찬가지이다. 즉 구멍의 간격 a, b의 공작 정도는 공구의 이동경로에 관계없이 이동의 시점과 종점에 대한 공구의 위치를 결정하는 정도에 달렸다. 이와 같은 작업의 경우 공구가 이동하는 동안의 각 운동성분의 속도는 공작정도에 직접적으로 영향을 미치지는 않는다. 선반으로 원추상 공작물을 가공하는 경우를 표시한 것이다. 이와 같은 공작물을 가공할 경우 공구의 날끝은 모선 AA′를 따라 이동하지 않으면 안 된다. 일반적인 선반으로는 공구의 이동은 그림에 x, y로 표시한 직각 2방향의 직진운동에 의해 주어진다. 즉 이 경우, 공구의 날끝은 xy면 안에서 희망하는 직선 위를 이동시키게 되므로 x, y 방향에 대한 공구의 이동속도, 즉 운동성분의 속도는 서로 일정한 관계를 유지하지 않으면 안 된다. 공작물 형상이 임의의 곡면인 경우에도 각 운동성분 사이의 속도의 관계가 공작 정도에 직접 영향을 주게 된다. 이상과 같은 2개의 예에서 알 수 있듯이 공작기계의 정도로서는 공구가 이동하는 도중에 절삭을 하지 않는 경우는 위치를 결정하는 정도가 중요하며, 공구의 이동 중에도 절삭을 하는 경우에는 위치를 결정하는 정도와 각 운동성분 사이의 상대속도의 정도가 아울러 중요하게 된다.

한편 측정 조작의 면에서도 전자를 천칭의 분동으로 삼는다는 것은 불가능한 일이다. 이러한 점을 고려한다면 측정의 단위를 정할 때에는 현실적인 생각으로 처리하는 것이 중요함을 알 수가 있다. 그런 의미에서도 1㎏이라는 크기는 매우 알맞는알맞은 양이다. 왜냐하면 전자의 질량은 10^－30㎏인 한편, [[태양]]은 대략 10³⁰㎏에 상당하므로 1㎏ 단위는 그 중간에 해당하기 때문이다. ㎏이라는 단위를 정한 프랑스혁명 시대의 학자는 당시 전자의 존재를 알지 못했고, 태양의 질량을 측정할 줄도 몰랐던 것이다. 그들은 0℃의 물 1,000㎤의 질량을 1㎏의 단위로 정한 데 지나지 않았다. 이것을 선택한 이유는 일상적으로 우리들 인간에게 다루기 쉬운 크기이며, 전인류가 공유할 수 있는 점, 그리고 자연 현상에 직결된 단위라고 하는 점에 절대적인 의미를 인정한 때문이었던 것이다. 여기에는 자유·박애·평등이라는 혁명사상의 반영이 있다. 왜냐하면 그 이전의 단위는 대개 전제군주가 임의로 정한 것이라든가 지방에 따라서 서로 다른 것이었다. 그러므로 물이라고 하는, 전인류가 공유하는 물질을 기초로 삼아 일정 온도에서의 그 체적을 정하면 질량이 확정된다고 하는 자연과학적인 지식을 동원하여서 이 단위를 정한 의의는 크다. 그리고 그 질량의 본으로서 킬로그램원기를 만들었고, [[미터조약]]의 조직을 통해서 전세계에 이 단위가 보급된 것이다. 다만 그 후 측정 기술의 진보는 이 때 원기를 만드는 작업에 있어서 약간이긴 하지만 오차가 있었음이 밝혀졌다. 오늘날에는 파리 교외의 [[국제도량형국]]에 보관되어 있는 킬로그램원기의 질량이 1㎏으로 통용되고 있다. 이와 같은 사실에 비추어서도 알 수 있듯이 단위의 제정은 결국 하나의 약속으로 이루어지는 것이다. 어떤 시대에 세계의 전문가들이 의논하여 가장 적당하다고 인정한 단위를 조약을 통한 약속으로 세계 각국에서 통용하게 되는 것이다. 그러므로 연구를 더한 결과보다 훌륭한 단위의 제정 방법이 발견되고 그것이 널리 승인받는다면 다시 새로운 조약을 통해서 새로운 단위로 변경하여 통용될 것이다. 1960년에 있은 '미터의 정의의 변경'은 그 대표적인 예이다. 이 때 미터원기는 수십년 전부터의 사명을 마치고 그 임무를 태양 광선의 파장에 인계했던 것이다. 그러나 같은 해에 벌써 길이 단위의 다음 후보로서 [[레이저]]의 이용이 화제에 올랐다. 또 질량 단위도 킬로그램원기와 같이 미시적으로 볼 때에 고르지 못한 점이 많이 드러나는 그런 것이 아니고, 격자결합 따위가 극히 적은, 이상에 가까운 결정을 이룬 것으로 바꿔야 한다는 주장이 차츰 강하게 일고 있다. 이와 같이 단위를 개선하려는 노력은 끊임없이 계속되고 있는 것이다.

가정이나 상점에서 사용되고 있는 저울에는 용수철식으로 된 것이 많다. [[용수철]]이 늘어나는 정도는 저울에 매단 물건의 무게(질량이 아님)에 비례하는 것이므로, 분동을 이용해서 미리 눈금을 표시해 두면, 물건을 매단 때에 용수철이 늘어나는 정도를 측정해서 질량을 알 수 있다. 다만 분동으로 눈금을 정한 장소 이외의 곳에서는 중력속도가 같지 않은 이상 질량을 정확하게 측정할 수는 없다. 앉은저울은 약 20㎏ 이상의 질량을 측정하는 데 사용된다. 트럭이나 화차의 질량을 측정하는 차량용 앉은저울이나 강괴의 질량측정저울에는 100t 정도의 것까지도 측정할 수 있는 대형의 것이 있다. 차량용 저울은 본체를 땅속에 묻고 측정대의 면과 지면과를 같은 높이로 하여 차량에 화물을 싣고 부리는 데 편리하도록 되어 있으며, 강괴 측정 등의 공장용의 것은 작업 공정 중에서의 측정에 알맞는알맞은 구조로 되어 있다. 앉은저울의 대부분은 지레의 원리를 이용하여 측정물의 무게와 분동의 무게를 균형지어 그 물건의 질량을 측정하는 구조로 되어 있다. 최근에는 로드 셀을 이용한 전기식의 것도 사용되고 있다. 로드 셀은 물건의 무게를 전기신호로 변환하는 장치이며, 그 중에서도 신장계를 이용한 것이 널리 쓰이고 있다. 탄성강의 원주나 각주의 측면에 신장계라는 가느다란 저항선을 접착제로서 붙여 둔다. 로드 셀의 위로부터 중량이 더해져서 탄성강의 기둥이 변형되면 이에 붙어 있는 신장계가 늘어나든가 또는 오그라들어서 전기저항이 변화한다. 신장계가 늘어나면 길이가 늘고 단면적이 작아지기 때문에 전기저항이 크게 되고, 오그라들면 반대로 전기저항이 작아진다. 그 변화는 더해진 무게와 일정한 관계가 있으므로, 그 전기저항의 변화를 측정함으로써 물건의 무게를 알 수가 있다. 트럭의 적재량을 단속하는 데 등에 사용하는 로드미터(load meter)에는 이 로드 셀을 이용한 것이 많다.