หลักการสอบเทียบตุ้มน้ำหนัก

มวลสารและน้ำหนัก (Mass and Weight)
แรงที่กระทำซึ่งกันและกันระหว่างโลกกับวัตถุทั้งมวลที่อยู่บนโลก ซึ่งเป็นตัวการที่ทำให้วัตถุที่ลอยบนอากาศตงลงมาบนโลก แรงนี้เรียกว่า แรงดึงดูดของโลก และค่าของแรงที่ดึงดูดของโลกที่กระทำต่อวัตถุใด เราเรียกว่า น้ำหนัก
ตุ้มน้ำหนัก คือ มวลที่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อใช้อ้างอิง
วัสดุที่นำมาใช้ทำตุ้มน้ำหนัก มีอยู่หลายชนิด เช่น เหล็กไร้สนิม (Stain Steel)ปลอดสารแม่เหล็ก เหล็กหล่อ(Cast Iron) ทองเหลือง (Brass) อะลูมิเนียม(Aluminium)
คุณสมบัติพิเศษที่ต้องคำนึงถึงที่ทำตุ้มน้ำหนัก คือ จะต้องมีคุณสมบัติต้านทานการสึกหรอ ไม่เป็นสารแม่เหล็ก ไม่เป็นสนิม ความเรียบของผิว รูปทรง ต้องคำนึงถึงด้วยกัน
หน่วยของมวล
หน่วยของมวล ในปี พ.ศ. 2432 หน่วยการวัดกำหนดเป็นกิโลกรัม (kg)
ความแตกต่างและชนิดของตุ้มน้ำหนักมาตรฐาน
สามารถแบ่งได้เป็น 4 ชนิดคือ
1.    ชนิดเดี่ยว (One Piecc)
2.    ชนิดมีช่องปรับน้ำหนัก
3.    ชนิดแผ่นโลหะ(Sheet Metal)
4.    ชนิดลวด (Wire Weight)
มาตรฐานของตุ้มน้ำหนักที่ใช้อยู่ทั่วไป
–    OIML International Organization of Legal Metrology ระดับชั้น E1…M3 พิกัดน้ำหนัก 1 มิลลิกรัม ถึง 50 กิโลกรัม
–    ASTM American Society For Testing and materials  ระดับชั้น 1…6 พิกัดน้ำหนัก 1 มิลลิกรัม ถึง 5,000 กิโลกรัม
–    NBS National Bureau of Standards ระดับชั้น  J.. . T พิกัดน้ำหนัก 50 มิลลิกรัม ถึง 1,000 กิโลกรัม
วิธีการบำรุงรักษาตุ้มน้ำหนักมาตรฐาน
1.    จะต้องไม่จับตุ้มโดยตรง
2.    จะไม่ต้องวางตุ้มน้ำหนักโดยตรงบนพื้น
3.    จะต้องสอบเทียบตุ้มน้ำหนักตามกำหนด
4.    ควรทำความสะอาดทุกครั้งที่ใช้
ขั้นตอนการทำความสะอาดตุ้มน้ำหนักมาตรฐานก่อนการสอบเทียบ
1.    สวมถุงมือทุกครั้งที่จับ
2.    ทำความสะอาดก่อนสอบเทียบ
3.    หากใช้แปรงขนอ่อนปัดฝุ่นแล้วยังไม่สะอาด ควรใช้ผ้าเนื้ออ่อนชุบแอลกอฮอล์เช็ด
การปรับอุณหภูมิตุ้มน้ำหนักมาตรฐานก่อนการสอบเทียบ
การปรับอุณหภูมิตุ้มน้ำหนักมาตรฐานก่อนการสอบเทียบ ควรปรับตามกำหนดเวลา
การใช้ตุ้มน้ำหนักมาตรฐานในการสอบเทียบ
การใช้ตุ้มน้ำหนักมาตรฐานในการสอบเทียบ ควรใช้อย่างระมัดระวังไม่ควรวางซ้อนกัน
การเก็บตุ้มน้ำหนักมาตรฐาน
ให้เก็บตุ้มน้ำหนักมาตรฐานในกล่องตามเดิมแล้วปิดฝากล่องแล้วนำไปเก็บในที่ที่จัดเตรียมไว้
สถานที่จัดเก็บตุ้มน้ำหนักมาตรฐาน
–    ไม่วางในที่แสงแดดต่อถึง
–    ควรเก็บไว้ในอุณหภูมิห้องควบคุมสภาวะที่อุณหภูมิที่ ( 23 ± 2ºc) ความชื้น  ( 50 ± 10ºc) % RH
–    กำหนดพื้นที่เก็บชัดเจน
–    ต้องไม่มีฝุ่น
การส่งตุ้มน้ำหนักมาตรฐานสอบเทียบตามกำหนดเวลา
–    ส่งตุ้มน้ำหนักสอบเทียบตามกำหนดเวลา ซึ่งกำหนดไว้ที่กล่อง
ความสัมพันธ์ระหว่างค่าความคลาดเคลื่อนของตุ้มน้ำหนักในแต่ละระดับชั้นตามข้อกำหนดของ OIML
R111 – 2  ได้กำหนดค่าความคลาดเคลื่อนตามระดับชั้นไว้อย่างชัดเจนเป็นค่า ± ค่าที่ยอมให้คลาดเคลื่อนได้สูงสุดสำหรับตุ้มน้ำหนักแต่ละชิ้น  ( ±Maiximum Permissible Error : MPE ) น้ำหนักที่แท้จริงของตุ้มน้ำหนักนั้นเราไม่สามารถบอกได้ แต่กำหนดให้มีค่า เผื่อเหลือเผื่อขาดได้
การถ่ายทอดค่ามวลมาตรฐาน ( Traceable)
เพื่อให้มั่นใจว่าตุ้มน้ำหนักมาตรฐานอยู่ในระดับชั้นใด หรือเพื่อให้ทราบน้ำหนักที่แท้จริงจะต้องการสอบเทียบตุ้มน้ำหนักมาตรฐานต่างๆ อย่างสม่ำเสมอ ตามกำหนดเวลา
Mass Comparator
คือ เครื่องชั่งน้ำหนักที่ได้รับการพัฒนาคุณสมบัติทางด้านการชั่งน้ำหนักที่สามารถให้ค่าความละเอียดในการวัดสูงและความสามารถในการชั่งซ้ำๆ ( Repeatability)
สรุปสิ่งสำคัญที่จะต้องคำนึงถึง คือ
1.    ค่า ( Repeatability)
2.    ผลกระทบที่มาจากค่า Corner Load
สำหรับสิ่งที่มีความสำคัญน้อยรองมา คือ
1.    การสอบเทียบ ( Calibration )
2.    ความเป็นเชิงเส้นของค่าวัด ( Linearity )
3.    ความคงตัวของค่าวัด ( Long – Term Stability)

เกณฑ์ในการเลือก Mass Comparator และสิ่งที่ควรพิจารณา
–    ค่า Repeatability ( หรือค่า Standard deviation) จะต้องมีค่าน้อยกว่า 3 เท่าของค่าความคลาดเคลื่อนของตุ้มน้ำหนักที่ถูกนำมาสอบเทียบ
–    ผลกระทบจากการชั่งน้ำหนักไม่ตรงกลางจานชั่ง
ภาวะแวดล้อมและทักษะในการทำงานของบุคลากร
1.    เลือกเครื่องปรับอากาศที่สามารถชดเชยอุณหภูมิห้องได้รวดเร็ว
2.    หน้าต่างควรหันหน้า ในทิศทางที่แสงแดดส่องไม่ถึงโดย
3.    ใช้ประตูบานเลื่อนแทนประตูสวิง
4.    การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิไม่ควรเกิน ± 2°c
5.    ความชื้นสัมพัทธ์กำหนดไว้ที่ ( 50 ± 10ºc) % RH
6.    โต๊ะที่วางเครื่องชั่ง Mass Comparatorควรเป็นโต๊ะที่แข็งแรง
7.    บุคลากรควรได้รับการฝึกอบรมอย่างเพียงพอ
การสอบเทียบตุ้มน้ำหนักมาตรฐานระดับใช้งาน
สิ่งแรกที่ต้องทำในการสอบเทียบตุ้มน้ำหนักมาตรฐาน คือ การกำหนดขอบเขตของความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ของตุ้มน้ำหนัก ขั้นตอนสอบเทียบมีลำดับดังนี้
เตรียมเครื่องมืออุปกรณ์
1.    เครื่องชั่ง
–    ควรอุ่นเครื่องชั่งก่อนใช้งาน
–    ตรวจสอบว่าลูกน้ำอยู่ตรงกลางระดับน้ำพอดี
–    ทำความสะอาดจานเครื่องชั่ง
–    ปรับตั้งเครื่องชั่งก่อนใช้งาน
2.    ตุ้มน้ำหนักมาตรฐาน
ต้องทำความสะอาดตุ้มน้ำหนักมาตรฐานด้วยวิธีการที่เหมาะสม
3.    สิ่งแวดล้อม
ในขณะสอบเทียบ ต้องมีการวัดอุณหภูมิ ความชื้น ความดันเสมอ
วิธีการสอบเทียบตุ้มน้ำหนัก
1.       ปรับเครื่องชั่งให้อยู่ในตำแหน่งศูนย์
2.    วางตุ้มน้ำหนักมาตรฐานและบันทึกค่า
3.    ยกตุ้มน้ำหนักมาตรฐานออกและวางตุ้มที่ต้องการทราบค่าลงแทนที่แล้วจดบันทึก
วิธีประเมินความไม่แน่นอน
การสอบเทียบทุกครั้ง ต้องมีการระบุค่าความไม่แน่นอนของการสอบเทียบ ซึ่งประเมินได้ดังนี้
1.    Type A : ความไม่แน่นอนที่ประเมินด้วยวิธีการทางสถิติ
2.    Type B : ความไม่แน่นอนที่ประเมินด้วยวิธีอื่น
3.    รวมความไม่แน่นอน Type A  และ Type B
4.    ความไม่แน่นอนของการสอบเทียบ

ขอบคุณที่มา: มิตร วีระธรรม e-learning.pltc.ac.th/files/syllabus/86/20071219155956.doc

Picture credit: http://akmcleaningservices.com/calibration.html