측정표준

현대의 산업과 과학기술은 모두 측정결과에 의존하거나 측정 자체에 의해 이루어졌다. 측정표준은 이러한 측정의 정확성을 보장하는 기준이다.

 

 

 

측정표준

길이, 질량, 시간, 온도 등에 대한 공정하고 효율적인 표준의 사용은 물질문명 구축의 근본적인 기준을 제공해왔다. 상업거래와 소비자보호 등의 경제적 목적뿐만 아니라 질병의 진단, 환경의 보존, 합리적인 자원의 사용까지 현대의 산업과 과학기술은 모두 측정결과에 의존하거나 측정 자체에 의해 이루어졌다. 측정표준은 이러한 측정의 정확성을 보장하는 기준이다. 과학기술과 산업의 신뢰성을 보장하는 측정표준의 확립은 국가 경제의 기본 인프라로서, 국제무역에서의 측정표준 능력은 한 국가의 신뢰성을 좌우하는 척도로 작용하며, 기업의 글로벌 시장 진입을 위한 신용장 역할을 수행한다.

 

 

측정표준과 도량형

현재 국제적으로 합의된 측정표준의 정의는 ‘기준으로 사용되는, 명시된 양의 값 및 연관된 측정불확도를 가지는, 주어진 양의 정의에 대한 구현’이다.

한편 측정표준과 관련해 일상적으로 많이 사용하는 단어인 도량형의 경우 길이를 의미하는 도(度), 부피를 재는 양 (量), 무게를 다는 형(衡)을 합친 단어로서, 글자 그대로 길이, 부피, 무게 따위의 양을 재는 데 사용되는 단위와 관련된 체계를 의미한다. 국가마다 서로 같은 도량형을 사용한다면 물건을 사고 팔 때도 분쟁을 막을 수 있고, 물건의 특성을 설명할 때도 이해하기 쉽다.

 

 

국가표준의 종류

국가표준이란 국가사회의 모든 분야에서 정확성, 합리성 및 국제성을 높이기 위하여 국가적으로 공인된 과학적ㆍ기술적 공공기준으로서 측정표준ㆍ참조표준ㆍ성문표준ㆍ기술규정 등 『국가표준기본법』에서 규정하는 모든 표준을 말한다.

 

우리나라의 측정표준은 한국표준과학연구원에서 확립, 유지, 보급하고 있다. 참조표준 역시 한국표준과학연구원 내 국가참조표준센터를 중심으로 개발‧보급하고 있으며, 성문표준은 국가기술표준원에서 관장하고 있다.

- 측정표준 : 산업 및 과학기술 분야에서 물상상태(物象狀態) 의 양의 측정단위 또는 특정량의 값을 정의하 고, 현시(顯示)하며, 보존 및 재현하기 위한 기준 으로 사용되는 물적척도, 측정기기, 표준물질, 측정방법 또는 측정체계

- 참조표준 : 측정데이터 및 정보의 정확도와 신뢰도를 과 학적으로 분석ㆍ평가하여 공인된 것으로서 국가사회의 모든 분야에서 널리 지속적으로 사용되거나, 반복 사용할 수 있도록 마련된 물리화학적 상수, 물성값, 과학기술적 통계 등

- 성문표준 : 국가사회의 모든 분야에서 총체적인 이해성, 효율성 및 경제성 등을 높이기 위하여 자율적 으로 적용하는 문서화된 과학기술적 기준, 규격 및 지침

<그림 1> 국가측정표준 보급체계 (그림 출처: Euramet, 측정학-요람 (Metrology in short)제 3판(2008) 발췌.수정)

 

 

표준의 계층 구조

교정 시 입력되는 알고 있는 값이나 기준값이 교정이 기반으로 하는 표준이 된다.

그렇다면 어떻게 이 표준을 선택할 것이며 그 표준은 어느 정도 좋을 필요가 있는가? 명백히 실제의 기본 표준은 일반 교정에서는 사용할 수 없지만, 정확성에 대한 기준 역할을 한다. 이런 실용상의 이유로 기본 표준을 모방하기 위해 사용되는 계층적인 2차 표준이 존재한다. 절대적 정확성을 지닌 기본 표준의 바로 아래 단계에는 전 세계에 걸쳐 지정된 표준 실험실에서 관리하는 국가 기준 표준이 있다. 이들은 기본 표준의 합리적인 모방이며, 매우 정확한 표준에 대해 전 세계적으로 쉽게 접근할 수 있도록 해 준다. 다음으로는 전달 표준이다. 이들은 한 국가 안의 여러 교정기관에서 사용될 수 있는 개별 연구실 표준을 교정하기 위하여 사용된다. 연구실 표준은 작업 표준을 교정하기 위해 활용되며, 작업 표준은 제조 회사와 연구 기관에서 사용되는 일상의 기기들을 교정하는 데 사용된다. 미국의 경우 NIST가 기본 표준, 국가 기준, 전달 표준을 관리하며 계측시스템의 교정에 대한 표준 절차를 추천하고 있다.

 

각 계층의 다음 단계 수준은 이전 상위 수준에서의 표준에 대한 교정에서 구해진다. 표 1은 국가 표준 연구실에서 관리하는 기본 또는 기준 표준에서부터 일반 연구실, 제조 현장에서 일상의 기기를 교정하기 위해 사용하는 작업 표준에 이르기까지 표준 계층 구조의 한 보기를 보여 주고 있다. 만일 현장에서 지역(연구실 또는 작업) 표준을 관리하고 있지 않으면, 기기를 외부로 보내 다른 장소에서 교정해야 한다. 이런 경우에는 교정에 사용된 표준 계층 구조와 교정에서의 불확도를 상세하게 보여 주는 해당 기기에 대한 표준 추적 인증서가 발행된다. 추적 가능한 정확도가 필요하지 않는 측정에서는 신뢰할 수 있는 값이 다른 기기를 교정하는 데 사용될 수 있다.

 

<표 1> 표준의 계층구조

 

 

 

계층 구조에 의해 아래로 내려갈수록, 기본 표준을 얼마나 잘 근사하는지를 나타내는 정확성 정도는 나빠지게 된다. 즉, 한 계층 수준에서 하위 수준으로 내려갈수록 오차의 크기는 증가하게 된다. 흔한 예로, 회사 내의 각 실험실에서 사용하는 측정 기기를 교정하기 위해 회사 자체의 작업 표준을 관리할 수 있다. 주기적인 작업 표준의 교정은 회사가 잘 관리하고 있는 지역 표준에 대해서 수행될 것이다. 지역 표준은 NIST(또는 적절한 국가 표준 연구실) 전달 표준에 대해서 교정하기 위해 주기적으로 외부에 보낼 것이며 추적 인증서도 발행된다.

NIST는 주기적으로 자체의 전달 표준을 기준 또는 기본 표준에 대해 교정할 것이다. 이러한 개념을 표 2에 있는 온도 표준 추적 계층이 보여 주고 있다. 계층의 아래로 내려갈수록 알고 있는 값의 근사화에 의한 불확도는 증가하므로, 교정의 정확성은 사용한 표준의 정확성에 의해 제한되게 된다. 그러나 만약 일반적인 작업 표준에 오차가 있다면 어떻게 정확성을 결정할 수 있는가? 기껏해야 정확성은 교정에서 알려진 불확도의 추정에 의해서 정량화될 뿐이다.

 

<표 2> 온도 표준 추적의 예

 

Reference : 1. KRISS(한국표준과학원) 측정서비스 고객 전용 홈페이지

2. 기계계측공학 7판