اندازه گیری طول و خطا محاسباتی
1-1 چشم انداز
تمامی مهندسین ( بدون توجه به اینکه در چه شاخه ای کار می کنند )پیوسته با مسائل اندازه گیری روبرو هستند . مسائلی نظیر اندازه گیری جرم ، نیرو ، دما ، مقدار یک جریان الکتیرکی ، طول ،زاویه و غیره و یا مسائلی مربوط به اثرات جمعی از آنها .نتایج این قبیل اندازه گیری ها خط مشیی را به مهندس نشان می دهد و اطلاعاتی را فراهم می کند که می توان بر اساس آنها تصمیم گرفت .
این قطبیل اندازه گیری ها بخشی از علم متالوژی را شکل می دهد به خصوص مربوط به مهندسان مکانیک یا مهندسان تولید می شوند چرا که با اندازه گیری طول و زوایا ارتباطند .
در این بین طول یکی از اجزاء مهم اندازه گیری است و با کاربرد خاصی از اندازه گیری خطی می توان اندازه گیری زاویه را نز انجام داد.
در حقیقت مقصود از اندازه گیری حصول وسیله ای است برای کمک به تصمیم گیری هر چه بهتر. البته باید گفت که اندازه گیری تا زمانی بر اساس دقت قابل قبولی نباشد یک اندازه گیری کامل نخواهد بود.اگر چه هیچ اندازه گیری دقیق نیست اما ذکر دقت در اندازه گیری به ابعاد اندازه گیری بسیار مفید است. می دانیم عضو لاینفک اندازه گیری است و گریزی از آن نیست ولی به حد اقل رساندن آن ممکن است. در این جا مثالی آورده می شود: فرض کنید که یک اپراتور در اختیار دارید و اندازه اسمی آن 30 mm است. آیا بیان اندازۀ اپراتور به تنهایی کافی است؟ حال اطلاعات زیر را در نظر می گیریم:
(a : خطای اندازه گیری شده در راپراتور -0.0002mm است.
(b : و دقت آن +-0.0004 mm است.
حال هر کسی از این راپراتور استفاده کند اطلاعات کاملی در اختیار دارد و د جهت اندازه گیری دقیق تر یاری اوست.
گاهی اوقات دقت اندازه گیری بالا نیست و می توان از خطا چشم پوشی کرد مثلاً فرض کنید از یک راپراتور(بلوک اندازه گیری) برای اندازه گیری خط مبنای یک ورنیه که فقط mm 0.02 دقت دارد استفاده شود. در اینجا خطا قابل چشم پوشی است چرا که مقدار آن ناچیز است حالا اگر از همین راپراتور برای تنظیم یک کمپراتور (مقیاسه گر) که درجه بندی آن تا mm 0.001 را نشان می دهد استفاده شود مقدار خطا مهم بوده و باید در نظر گرفته شود. با ترتیب دقت اندازه گیری راپراتور دقت کمپراتور، کل دقت اندازه گیری حاسل می شود.
در انتها باید گفت این فصل مرجعی خواهد شد برای مطالب بعدی کتاب .
2-1 انواع خطاها
معمولا در هر اندازه گیری دو نوع خطا می توان تشخیص داد. یک نوع آنهایی می باشند که با دقت بیشتر در کار می توان حذفشان کرد و نوع دیگر که عضو لاینفک اندازه گیری می باشد و به عبارت دیگر نمی توان آنها را به صفر رساند.
1-2-1) خطاهایی که می توان آنها را حذف کرد (آنها را به صفر رساند)
الف) خطاهای ناشی از غلط خواندن:
مثلاً یک میکرومتر به مقدار 28/5 را نشان می دهد 78/5 یا 28/6 خوانده می شود.
ب) خطاهای محاسباتی.
این نوع خطا معمولاً به هنگام جمع کردن اعداد پیش می آید. مثلاً برای جمع کردن یک ستون از اعداد دو راه وجود دارد یآ از بالا، اعداد را با هم جمع کنیم یا از پایین ستون شروع به جمع زدن می کنیم که در هر دو صورت باید جوابها بر هم منطبق باشند در بسیاری مواقع این قبیل خطاها (همچنین خطاهای ناشی از غلط خواندن) نتایج دور از انتظاری به دست می آیند و با تکرار اندازه گیری آشکار می شود. البته همیشه با تکرار ایرادها مشخص نمی شود تنها راه جلوگیری از پیشامد چنین خطاهایی دقت و توجه به جزئیات است.
ج) خطاهای محوری :
این نوع خطاها زمانی اتفاق می افتد که وسیله اندازه گیری با قطعه کاردر راستای صحیح قرار نداشته باشند که معمولا بین اندازه واقعی یعنی D ومقدار غیر حقیقی یعنی M یک رابطه مثلثاتی برقرار خواهد بود.(شکل1-1)
با توجه به شکل، صفحه مدرج با قطعه کار زاویه می سازد بنابراین (1-1) در حالت دیگری همین نوع خطا در اثر نا راستایی بین امتداد خط دید و درجه بندی دستگاه اندازه گیری پدید می آیند.
اکثر اندازه گیری ها کم و بیش متأثر از شرایط محیطی در آن نانجام می شوند هستند و مهمترین عامل نیز دماست و هم دمای محیط چندان سودمند نخواهد بود بنابریان باید سعی کرد خود جسم نیز دمای ثابت و حتی الامکان دمای محیط دمای محیط اندازه گیری را داشته باشد. دست زدن به وسیله اندازه گیری خود می تواند دمای وسیله را تغییر داده از دقت آن بکاهد.
بنابراین بهتر است که در طول مدت انداز گیری کلیه وسایل روی یک سطح چوبی یا پلاستیکی قرار داده شوند، همچنین تا آنجا که امکان دارد وسیله اندازه گیری دارای دسته عایق باشد.
وقتی که درباره اندازه گیری ، بحث می شود باید دو نکته مهم را مورد توجه قرار داد :
1) اندازه گیری مستقیم: قطعه مستقیماً به وسیله ابزار اندازه گیری ، اندازه گرفته می شود.
فصل دوم
استفاده از امواج نوری به عنوان استانداردهای طول
1-1 تکامل تدریجی استاندارد طول
علم اندازه گیری در بسیاری از علوم و فنون مورد اهمیت است و درآنها نقش بسزایی دارد. از طرفی وجود واحد های اندازه گظیری عضو لاینفک علم اندازه گیری است. واحدهای اندازه گیری علاوه بر نقض مهمشان در اندازه گیری در پیشرفت تکنولوژی پیشرفت فراوانی می کنند اما برای قابل استفاده بودن این واحدها باید به آنها عمومیت داد یعنی در کل کشورها قابل درک باشند و در واقع واحدهای بین المللی شوند .در پی حصول چنین مقاصری دو سیستم اینچی و متریک ایجاد شدند که سالهای متمادی کشورهای صنعتی جهان از آنها استفاده می کردند. در سال 1960 به وسیله کمیتۀ اوزان و مقادیر سیستمی تهیه شد با نام سیستم SI که مخفف (systeme international unites) است و از دو سیستم mks و mksa منشعب شده است هم اکنون در بسیاری از کشورهای صنعتی مهم استفاده می شود و بسیاری از کشورها سیستم واحدهای خود را به آن تغییر داده اند.
در این کتاب سیستم Si مورد استفاده قرار می گیرند و به همین دلیۀ واحد طول متر خواهد بود.