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阿部技術士・労働安全コンサルタント事務所は、ものづくりの現場における労働安全の構築と品質の作り込みをサポートします。

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技術情報メモ57Technical information

57-1)計量(第5回 SI基本単位の再定義)

 長さの単位「m(メートル)」はフランス革命のあった1789年にフランスで生まれました。その背景には、いわゆる「産業革命」による産業の飛躍的な発展がありました。国際条約である「メートル条約」は1875年に制定され、17か国が署名しました。日本は1885年に加盟し、 1891年に度量衡法を制定しました。この度量衡法は、1952年の計量法の施行に伴って廃止されました。 1960年に開催された第11回国際度量衡総会において、メートル原器を長さの基準とすることをやめ、物理現象による長さの定義に改められました。経時変化を避けるため、メートル原器からクリプトン86原子のスペクトル線の波長を用いて定義する方法に変更されたのです。そして、国際単位系(SI)が採択され、国際的に度量衡が統一されました。
 その後、1983年に開催された第17回国際度量衡総会において、メートルの定義は「1秒の 299 792 458分の1の時間に光が真空中を伝わる行程の長さ」に変更されました。これはレーザー技術の発展によるものですが、定義に忠実な波長の直接測定は困難であったようです。そこで、「よう素安定化ヘリウムネオンレーザ」の国際機関による勧告値を採用しています。その正確さは、国際比較により確保していますが、定義に忠実な波長測定を行うための研究も継続されています。
 質量の単位(kg)は1875年に制定されたメートル条約に基き、「国際kg原器の質量」と定義されました。この国際kg原器はプラチナ(90%)、イリジウム(10%)からなる合金製で直径と高さが何れも約39mmの円柱形で、フランス・パリ郊外セーヴルの国際度量衡局(BIPM)で保管されています。
 国際度量衡局(BIPM)(Bureau International des Poids et Mesures)はメートル条約に基づいて1875年に設立された研究機関です。また、国際度量衡委員会(CIPM)は、BIPMの活動やメートル条約に基づく単位系の維持などの実施状況の監督を行っています。前述の国際度量衡総会(CGPM)(Conference generale des poids et mesures)はBIPMとCIPMの上位機関として位置づけられており、4年毎にパリで開催されています。
 SI単位系は七つの基本単位(時間・長さ・質量・電流・温度・物質量・光度)を使ってすべての単位を表現できる体系となっていますが、これらの単位は互いに独立したものではありません。例えば、長さ(m)は上述のメートルの定義から明らかなように「1秒の 299 792 458分の1の時間に光が真空中を伝わる行程の長さのように光速度を定義値として扱っています。
 基本単位の中には基本物理定数を用いて定義されている単位だけではなく、質量のように「もの(メートル原器)」で定義されている基本単位もあります。このように全ての基本単位を基礎物理定数で定義しようとする流れのなか、2011年に開催された第24回の国際度量衡総会において、「kgの再定義」が決議されました。プランク定数によるキログラムの定義が提案されたのです。kg原器のような人工物では、経年変化による値の変動を避けることができないため、kg原器による基準を廃止し、新しい定義を設けることになったようです。しかし、1年前倒しで開催された2014年の第25回国際度量衡総会では、「kgの再定義」は、プランク定数その他の必要な定数の精度が不十分として、延期されました。  
 2018年に予定されている第26回国際度量衡総会では、kgを含むSI単位系の基本単位の再定義が議論されます。     BIPMのホームページには、「新しいSI」について、以下のように記載されています。
    
Towards the “New SI”... At its 24th meeting (October 2011) the CGPM adopted a Resolution on the
    possible future revision of the International System of Units (the SI). This Resolution takes note of
    the CIPM‘s intention to propose a revision of the SI, and sets out a detailed road-map towards the
    future changes. Resolution 1 of the CGPM (2011): On the possible future revision of the International
    System of Units, the SI  ーThe rest is omitted.−

 また、BIPMのホームページには「Joint CCM and CCU roadmap towards the redefinition of SI in 2018」が示されています。

図1.Conditions from CCM Recommendation G1(2013)(出所:BIPMホームページ)

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57)計量(第4回 重さを測る)

 現在、「1kg」はメートル条約(1875年)に基き、「国際kg原器の質量」と定義されています。国際kg原器は直径・高さともに約39mmの円柱形の、プラチナ(90%)、イリジウム(10%)からなる合金製で、フランス・パリ郊外セーヴルの国際度量衡局(BIPM)で保管されています。
 国際度量衡局(BIPM)(Bureau International des Poids et Mesures)はメートル条約に基づいて1875年に設立された研究機関です。
 BIPMのホームページの英語版には、冒頭、次のように記載されています。
  
The task of the BIPM is to ensure world-wide uniformity of measurements and their traceability to the
 International System of Units (SI).
  It does this with the authority of the Convention of the Metre, a diplomatic treaty between fifty-six
 nations, and it operates through a series of Consultative Committees, whose members are the national
 metrology laboratories of the signatory States, and through its own laboratory work.
  The BIPM carries out measurement-related research. It takes part in, and organizes, international
 comparisons of national measurement standards, and it carries out calibrations for Member States.


 一方、国際度量衡委員会(CIPM)は、BIPMの活動やメートル条約に基づく単位系の維持などの実施状況の監督を行っています。
 国際度量衡総会(CGPM)(Conference generale des poids et mesures)はBIPMとCIPMの上位機関として位置づけられており、4年毎にパリで開催されています。
 2011年10月21日、国際度量衡総会において、「kgの再定義」が決議されました。kg原器のような人工物では、経年変化による値の変動を避けることができないため、kg原器による基準を廃止し、新しい定義を設けることになったようです。予定とおり進めば、2014年の第25回国際度量衡総会で承認されます。
 BIPMのホームページには、「新しいSI」について、以下のように記載されています。
 
Towards the "New SI"...
 At its 24th meeting (October 2011) the CGPM adopted a Resolution on the possible future revision of the
 International System of Units (the SI). This Resolution takes note of the CIPM's intention to propose a
 revision of the SI, and sets out a detailed road-map towards the future changes.

Resolution 1 of the CGPM (2011): On the possible future revision of the International System of Units, the SI
 ーThe rest is omitted.−

 ここでは、市販されている分析用電子天秤の分解能について紹介します。
分解能は次式で求められます。
     分解能=最小表示値/秤量値
各社とも秤量値が40〜50gであれば、最小表示値は0.01mgくらいなので、分解能は(400〜500)万分の1になります。
精度よく測定するためには一般的に以下のような点などには注意すべきとされています。
  @温度と湿度
  A静電気
  B吸湿と蒸発
  C磁気
  D空気密度

 国際度量衡委員会 (CIPM) 主導で行われた計測データの信頼性を評価・表現する方法の統一に向けた取り組みの結果、1993年、「計測における不確かさの表現ガイド」 (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, 略称: GUM) が刊行されました。
 この「GUM」について、産総研 計量標準総合センターのホームページには次のように紹介されています。
 
「GUMでは、不確かさを、計測によって得られる私たちの知識の曖昧さの程度をあらわすものとし、その定量的評価
 のための手順を詳しく説明しています。
 その基本的な考え方は、様々な不確かさ成分を、
  A)標準偏差の計算という通常の統計解析によるAタイプ評価
  B)データ以外の様々な情報から、標準偏差に相当する大きさを推定するBタイプ評価
 のどちらかの方法で求め、これらを合成することにより、全体としての不確かさを求めようというものです。」

 
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