เครื่องมือวัดทางวิทยาศาสตร์

ความรู้ต่าง ๆ ทางวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความรู้ทางฟิสิกส์ที่มีการค้นพบข้อมูลใหม่ ๆ ต้องอาศัยเครื่องมือวัด และผู้ที่จะใช้ก็ต้องทำความรู้จัก ทำความเข้าใจเกี่ยวกับการใช้เครื่องมือวัดต่าง ๆ ให้ถ่องแท้ เพื่อจะได้สามารถตัดสินใจเลือกใช้เครื่องมือวัดให้เหมาะสมกับงานที่ทำ เพื่อความปลอดภัยในการทำงาน ประหยัดเวลา เช่น การวัดอุณหภูมิในเตาเผา ซึ่งมีอุณหภูมิสูงมากเป็นพันองศาเซลเซียส เทอร์โมมิเตอร์แบบหลอดแก้ว ภายในบรรจุของเหลว ใช้วัดอุณหภูมิไม่ได้ ต้องวัดด้วย ไพโรมิเตอร์ (Pyrometer)

เครื่องมือวัดต่าง ๆ ทางวิทยาศาสตร์มีการพัฒนาออกมาเรื่อย ๆ ควรติดตามสอบถามจากบริษัทผู้ผลิต หรือบริษัทจำหน่ายเครื่องมือวัดทางวิทยาศาสตร์ เพื่อจะได้ทราบข้อมูลข่าวสาร ประโยชน์และวิธีการใช้เครื่องมือวัดเหล่านั้น เพื่อช่วยให้ประหยัดเวลาในการค้นหาความรู้ใหม่

1.1 การแสดงผลของการวัดเครื่องมือวัดทุกชนิดจะมีภาคแสดงผลการวัดให้ผู้วัดได้ทราบค่าเพื่อจะได้นำไปบันทึกผลการวัด แล้วนำไปวิเคราะห์ เพื่อใช้งานต่อไป ในปัจจุบันภาคแสดงผลการวัดของเครื่องมือวัดมี 2 แบบ คือ แบบ ขึดสเกล และ แบบตัวเลข

(1) การแสดงผลด้วยขีดสเกล เป็นรูปแบบการแสดงผลที่ใช้กันมานานแล้วจนถึงปัจจุบัน เช่น สเกลไม้บรรทัด สเกลของตาชั่ง สเกลบนกระบอกตวง สเกลบนหน้าปัดนาฬิกาแบบเป็นเข็ม สเกลเครื่องวัดทางไฟฟ้าแบบเข็ม เป็นต้น ผู้วัดจะต้องมีความชำนาญ จึงจะอ่านได้รวดเร็วและถูกต้อง 

(2) การแสดงผลแบบตัวเลข เนื่องจากเทคโนโลยีด้านไมโครอิเล็กทรอนิกส์ได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว ทำให้เครื่องมือวัดหลายชนิด แสดงผลการวัดเป็นตัวเลข เพื่อความสะดวกรวดเร็ว และราคาก็ไม่แพงมากนักจึงได้รับความนิยม และใช้กันอย่างแพร่หลาย เช่น นาฬิกาข้อมือ เครื่องชั่งเทอร์โมมิเตอร์ เป็นต้น

การอ่านผลจากเครื่องมือวัด

การอ่านผลจากเครื่องมือวัดทั้งแบบขีดสเกลและแบบตัวเลข ค่าที่อ่านได้ จะเป็นตัวเลข แล้วตามด้วยหน่วยของการวัด เช่น ปากกายาว 14.45 เซนติเมตร ตูมตามมีมวล 46.525 กิโลกรัม เป็นต้น การอ่านค่าจากเครื่องวัดให้ถูกมีวิธีการดังนี้

(1) การอ่านค่าจากเครื่องมือวัดแบบแสดงผลด้วยขีดสเกล ก่อนอ่านเราต้องทราบความละเอียดของเครื่องมือวัดนั้น ๆ เสียก่อน ว่า สามารถอ่านได้ละเอียดที่สุดเท่าไร เช่น ไม้บรรทัดที่มีช่องสเกลเล็กที่สุดเท่ากับ 1 มิลลิเมตร หรือ 0.1 เซนติเมตร เราก็สามารถอ่านได้ละเอียดที่สุดเพียงทศนิยมตำแหน่งเดียวของเซนติเมตรเท่านั้น และเราต้องประมาณค่าตัวเลขหลังทศนิยมตำแหน่งที่สองเพื่อให้ได้ผลการวัดใกล้เคียงความจริงที่สุดดังรูป และทุกครั้งที่อ่านค่าจากเครื่องวัดแบบสเกล ไม่ว่าชนิดใดก็ตามต้องให้ระดับสายตาที่มองตั้งฉากกับเครื่องวัดทุก ๆ ครั้ง เพื่อจะได้ผลการวัดใกล้เคียงความจริงที่สุด

(ก) อ่านได้ 8.33 หรือ 8.34 หรือ 8.35 เซนติเมตร ตัวเลขตัวสุดท้ายคือ 3, 4 และ 5 เป็นตัวเลขที่ประมาณขึ้นมาเพื่อให้ค่าให้เคียงความเป็นจริง

(ข) อ่านได้ 8.30 เซนติเมตร ถ้ามั่นใจว่าความยาว AB ยาว 8.3 พอดี ตัวเลขที่ประมาณขึ้นมาก็คือ ศูนย์

(ค) อ่านได้ 8.00 เซนติเมตร ถ้ามั่นใจว่าความยาว AB ยาว 8 เซนติเมตร พอดีต้องแสดงความละเอียดด้วยศูนย์ตัวแรก และบอกค่าประมาณอีก 1 ตัว คือ ศูนย์ตัวที่สอง

2. การอ่านค่าจากเครื่องวัดแบบแสดงผลด้วยตัวเลข สามารถอ่านได้โดยตรงตามตัวเลขบนจอภาพ เช่น เวลา 10.10 นาฬิกา ของหนัก 1.53 กิโลกรัม เป็นต้น ไม่ต้องบอกค่าประมาณ สำหรับค่าความไม่แน่นอน หรือความคลาดเคลื่อนของผลการวัดนั้น ถ้าจำเป็นจะต้องระบุ ให้ดูจากคู่มือการใช้งานของเครื่องมือวัดนั้น ๆ

การเลือกใช้เครื่องมือวัด

เนื่องจากเครื่องมือวัดแต่ละประเภทมีความละเอียดแตกต่างกัน การที่จะเลือกเครื่องมือวัดแบใดหรือประเภทใด ก็ต้องดูตามความเหมาะสมกับงานนั้น ๆ เช่นการวัดความยาวทั่ว ๆ ไป ควรใช้ตลับเมตรหรือไม้เมตร ซึ่งมีความละเอียดถึง 1 มิลลิเมตร ก็พอเพียงแล้ว แต่สำหรับงานกลึง หรืองานเจียระไนโลหะ เครื่องมือวัดที่ต้องใช้ต้องมีความละเอียดถึงระดับ 0.1 มิลลิเมตร หรือ 0.01 มิลลิเมตร สำหรับงานที่ต้องการความละเอียดสูงขึ้นไปอีก ดังนั้นไม้บรรทัดจึงใช้วัดไม่ได้ ต้องใช้ เวอร์เนียร์ หรือ ไมโครมิเตอร์

การใช้เครื่องมือที่มีความละเอียด และความถูกต้องสูงจะมีราคาค่อนข้างแพง ต้องทำด้วยความระมัดระวัง และผู้ใช้ต้องมีความชำนาญมากพอ มิฉะนั้น ผลการวัดอาจผิดพลาด และเครื่องมืออาจได้รับความเสียหาย

สิ่งที่มีผลกระทบต่อความถูกต้องของการวัด

เนื่องจากในการวัดเราต้องการให้ได้ผลถูกต้องที่สุดเท่าที่จะทำได้ จึงจำเป็นต้องพิจารณาถึงสิ่งต่าง ๆ ที่อาจมีผลกระทบต่อความถูกต้องของการวัด เช่น เครื่องมือวัด วิธีการวัด ผู้ทำการวัด และสภาพแวดล้อมขณะทำการวัดเป็นต้น ดังมีรายละเอียดต่อไปนี้

(1) เครื่องมือวัด เครื่องมือวัดที่ใช้ต้องได้มาตรฐาน ผ่านการตรวจสอบแล้วจากผู้ผลิต และควรเก็บรักษาอย่างถูกต้องเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพเร็วเกินไป และจะใช้งานได้ดี ควรศึกษาจากคู่มือของเครื่องมือวัดนั้น ๆ

(2) วิธีการวัด ในการวัดปริมาณอย่างเดียวกัน วิธีการวัดอาจแตกต่างกัน เช่น การวัดความสูงของคน การวัดความกว้างของแม่น้ำ วิธีการวัดและเครื่องมือย่อมแตกแต่างกัน ดังนั้นการจะใช้วิธีการวัดแบบใดต้องให้เหมาะสมกับสิ่งที่ต้องการวัดและข้อควรระวังในขณะทำการวัดจะต้องไม่มีการเปลี่ยนแปลง

(3) ปริมาณที่ต้องการวัด หรือมีผลกระทบให้น้อยที่สุด (3)ผู้ทำการวัด มีความสำคัญมากในการเก็บข้อมูล ต้องมีความรู้ ความเข้าใจ เกี่ยวกับเครื่องมือวัด วิธีการวัดเป็นอย่างดี เพื่อที่จะได้เลือกเครื่องมือวัด และวิธีการอย่างเหมาะสมกับงานที่ต้องการวัด รวมทั้งต้องเป็นคนที่มี ความรอบคอบ และ สภาพร่างกายมีความพร้อม

(4) สภาพแวดล้อมขณะทำการวัด ขณะทำการวัดสภาพแวดล้อมต้องไม่มีผลกระทบต่อสิ่งที่ทำการวัด เช่น ถ้าต้องการวัดความสว่างของหลอดไฟต้องปิดห้องให้มิดชิดอย่าให้แสงสว่างจากภายนอกเข้ามาเกี่ยวข้อง เพราะจะทำให้ผลการวัดผิดพลาด

การบันทึกตัวเลขที่เหมาะสม

การบันทึกผลการวัดจะมีความละเอียดมากน้อยเพียงใด ขึ้นอยู่กับความละเอียดของเครื่องมือวัด ตัวเลขที่ได้จากการวัดจึงบอกถึงความละเอียดของ

เครื่องมือวัดที่ใช้ดังรูป

จากรูป (ก) ไม้บรรทัดมีความละเอียด แค่ 1 เซนติเมตร วัดความยาว AB ได้ 3.3 เซนติเมตร เลขตัวสุดท้าย คือ 3 เป็นตัวเลขที่ประมาณขึ้นมา ซึ่งอาจประมาณเป็น 2 หรือ 4 ก็ได้

(ข) ไม้บรรทัดมีความละเอียดถึง 0.1 เซนติเมตร วัดความยาว AB ได้ 3.32 เซนติเมตร ตัวเลขสุดท้าย คือ 2 เป็นตัวเลขที่ประมาณขึ้นมา ซึ่งอาจประมาณเป็น 1 หรือ 3 ก็ได้

ดังนั้นการบันทึกตัวเลขที่เหมาะสม ต้องบันทึกตามค่าที่อ่านได้จริงจากเครื่องมือวัด และประมาณตัวเลขต่อท้ายอีก 1 ตัว เพื่อให้ผลการวัดใกล้เคียงความจริงมากที่สุด