मापिकी

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This article is about माप का विज्ञान. For मौसम का अध्ययन, see मौसम विज्ञान.
Man in white standing in front of a large machine
माइक्रोआर्कसेकंड माप विज्ञान (एमएएम) परीक्षण के सामने एक वैज्ञानिक खड़ा है।

माप विज्ञान या मापिकी, माप का वैज्ञानिक अध्ययन है।[1] यह मानवीय गतिविधियों को जोड़ने में महत्वपूर्ण इकाइयों की एक सामान्य समझ स्थापित करता है।[2] फ्रांस में इकाइयों को मानकीकृत करने के लिए फ्रांसीसी क्रांति की राजनीतिक प्रेरणा में ही आधुनिक माप विज्ञान का मूल निहित है, जब प्राकृतिक स्रोत से लिया गया लंबाई का एक मानक प्रस्तावित किया गया था। इससे वर्ष 1795 में दशमलव-आधारित मीटर प्रणाली का निर्माण हुआ, जिसने अन्य प्रकार के मापों के लिए मानकों का एक सुव्यवस्थित समूह स्थापित किया। कई अन्य देशों ने वर्ष 1795 और 1875 के बीच मीटर प्रणाली को अपनाया; अंतर्राष्ट्रीय भार और उपाय ब्यूरो (बीआईपीएम) की स्थापना देशों के बीच अनुरूपता सुनिश्चित करने के लिए मीटर सम्मेलन द्वारा की गई थी।[3][4] यह 11वें भार और माप पर आम सम्मेलन (सीजीपीएम) में एक प्रस्ताव के परिणामस्वरूप इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (एसआई) के रूप में विकसित हुआ है।[5]

माप विज्ञान को तीन बुनियादी अतिव्यापी गतिविधियों में विभाजित किया गया है:[6][6]

  • माप की इकाइयों की परिभाषा
  • व्यवहार में माप की इन इकाइयों की प्राप्ति
  • पता लगाने की क्षमता-संदर्भ मानकों के अभ्यास में किए गए मापों को जोड़ना

इन अतिव्यापी गतिविधियों का उपयोग माप विज्ञान के तीन बुनियादी उप-क्षेत्रों द्वारा अलग-अलग कोटि में किया जाता है:[7]

  • माप की इकाइयों की स्थापना से संबंधित वैज्ञानिक या मौलिक माप विज्ञान
  • अनुप्रयुक्त, तकनीकी या औद्योगिक माप विज्ञान- समाज में विनिर्माण और अन्य प्रक्रियाओं के लिए माप का अनुप्रयोग
  • कानूनी माप विज्ञान, माप उपकरणों और माप के तरीकों के लिए विनियमन और वैधानिक आवश्यकताओं को सम्मिलित करता है

प्रत्येक देश में प्रयोगशालाओं, अंशांकन सुविधाओं और मान्यता निकायों के एक जालतंत्र के रूप में एक राष्ट्रीय माप प्रणाली (एनएमएस) मौजूद है, जो माप विज्ञान के बुनियादी ढांचे को प्रयुक्त करने और बनाए रखने का कार्य करती है।[8][9] राष्ट्रीय माप प्रणाली किसी देश की मापन विधि और अंतर्राष्ट्रीय समुदाय द्वारा उसकी मान्यता को प्रभावित करती है, जिसका उसके समाज (अर्थशास्त्र, ऊर्जा, पर्यावरण, स्वास्थ्य, विनिर्माण, उद्योग और उपभोक्ता विश्वास सहित) में व्यापक प्रभाव पड़ता है।[10][11] व्यापार और अर्थव्यवस्था पर माप विज्ञान के प्रभाव कुछ सबसे आसान-अवलोकन सामाजिक प्रभाव हैं। निष्पक्ष व्यापार को सुविधाजनक बनाने के लिए माप की एक सहमत प्रणाली का होना अति-आवश्यक है।[11]

इतिहास

See also: माप का इतिहास

मापन-क्षमता एकल रूप में अपर्याप्त है; अतः मापन के सार्थक होने के लिए मानकीकरण महत्वपूर्ण है।[12] स्थायी मानक का पहला रिकॉर्ड 2900 ईसा पूर्व में था, जब मिस्र की शाही नाप को काले ग्रेनाइट से उकेरा गया था।[12] इस नाप को फिरौन के अग्रभाग की लंबाई और उसके हाथ की चौड़ाई के रूप में घोषित किया गया था, और इसके प्रतिचित्रित मानक निर्माणकर्ताओं को प्रदान किये गये थे।[3] एक मानकीकृत लंबाई की सफलता गिज़ा पिरामिड समूह के निर्माण के लिए उनके आधारों की लंबाई में 0.05 प्रतिशत से अधिक के अंतर से संकेतित होती है।[12]

अन्य सभ्यताओं ने रोमन और ग्रीक वास्तुकला के साथ माप की अलग-अलग प्रणालियों पर आधारित सामान्यतः स्वीकृत माप मानकों का निर्माण किया।[12] साम्राज्यों के पतन और उसके बाद के अंधकार युग ने अत्यधिक माप ज्ञान और मानकीकरण को खो दिया। माप की स्थानीय प्रणालियों के सामान्य होने पर भी कई स्थानीय प्रणालियों के असंगत होने के कारण तुलना करना कठिन था।[12] इंग्लैंड ने वर्ष 1196 में लंबाई की माप हेतु मानक बनाने के लिए माप के आकार की स्थापना की, और वर्ष 1215 के मैग्ना कार्टा में वाइन और बीयर के मापन के लिए एक खंड सम्मिलित था।[13]

आधुनिक माप विज्ञान का मूल फ्रांसीसी क्रांति में निहित हैं। पूरे फ्रांस में इकाइयों में सामंजस्य स्थापित करने के लिए एक राजनीतिक प्रेरणा के साथ प्राकृतिक स्रोत पर आधारित एक लंबाई मानक प्रस्तावित किया गया था।[12] मीटर इकाई को मार्च 1791 में परिभाषित किया गया था।[4] इसने वर्ष 1795 में दशमलव-आधारित मीटर प्रणाली का निर्माण किया, और अन्य प्रकार के मापों के लिए मानक स्थापित किए। कई अन्य देशों ने वर्ष 1795 और 1875 के बीच मीटर प्रणाली को अपनाया; मीटर सम्मेलन द्वारा अंतर्राष्ट्रीय वज़न और माप ब्यूरो (French: अंतर्राष्ट्रीय बाट और माप ब्यूरो, या बीआईपीएम) का गठन अंतर्राष्ट्रीय अनुरूपता को सुनिश्चित करने के लिए किया गया था।[3] हालांकि बीआईपीएम का मूल उद्देश्य माप की इकाइयों के लिए अंतरराष्ट्रीय मानकों का निर्माण करना और अनुरूपता सुनिश्चित करने के लिए उन्हें राष्ट्रीय मानकों से जोड़ना था, इसका दायरा विद्युत और प्रकाश-मापन इकाइयों और आयनकारी विकिरण माप मानकों को सम्मिलित करने के लिए व्यापक हो गया है।[4] तौल और माप के 11वें सामान्य सम्मेलन (सीजीपीएम) में एक प्रस्ताव के परिणामस्वरूप वर्ष 1960 में मीटर प्रणाली का आधुनिकीकरण इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (एसआई) के निर्माण के साथ किया गया था।[5]

उप-क्षेत्र

अंतर्राष्ट्रीय भार और माप ब्यूरो (बीआईपीएम) द्वारा माप विज्ञान को "विज्ञान और प्रौद्योगिकी के किसी भी क्षेत्र में अनिश्चितता के किसी भी स्तर पर प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक निर्धारण दोनों को अपनाते हुए माप के विज्ञान" के रूप में परिभाषित किया गया हैं।[14] यह मानव गतिविधि के लिए महत्वपूर्ण इकाइयों की एक सामान्य समझ स्थापित करता है।[2] माप विज्ञान एक व्यापक पहुंच वाला क्षेत्र है, लेकिन इसे तीन बुनियादी गतिविधियों, माप की अंतर्राष्ट्रीय स्तर पर स्वीकृत इकाइयों की परिभाषा, व्यवहार में माप की इन इकाइयों की प्राप्ति और पता लगाने की क्षमता की श्रृंखलाओं का अनुप्रयोग (माप को संदर्भ मानकों से जोड़ना) के माध्यम से संक्षेपित किया जा सकता है।[2][7] ये अवधारणायें माप विज्ञान के तीन मुख्य क्षेत्रों में अलग-अलग कोटि में प्रयुक्त होती हैं: वैज्ञानिक माप विज्ञान; अनुप्रयुक्त, तकनीकी या औद्योगिक माप विज्ञान और कानूनी माप विज्ञान।[7]

वैज्ञानिक माप विज्ञान

वैज्ञानिक माप विज्ञान का सम्बन्ध, माप की इकाइयों की स्थापना, नई माप विधियों के विकास, माप मानकों की प्राप्ति और एक समाज में पता लगाने की क्षमताओं का इन मानकों से उपयोगकर्ताओं तक हस्तांतरण से है।[2][3] इस प्रकार के माप विज्ञान को माप विज्ञान का शीर्ष स्तर माना जाता है, जो सटीकता के उच्चतम स्तर की प्राप्ति के लिए प्रयासरत रहता है।[2] बीआईपीएम विश्व भर के संस्थानों के माप-वैज्ञानिक अंशांकन और माप क्षमताओं का एक डेटाबेस रखता है। गतिविधियों की समकक्ष-समीक्षा वाले ये संस्थान माप-वैज्ञानिक अनुरेखण क्षमता के लिए मौलिक संदर्भ बिंदु प्रदान करते हैं। बीआईपीएम ने माप के क्षेत्र में माप विज्ञान के नौ क्षेत्रों की पहचान की है, जिनमें ध्वनिकी, बिजली और चुंबकत्व, लंबाई, द्रव्यमान और संबंधित मात्रा, प्रकाश-मापन और रेडियो-मापन, आयनकारी विकिरण, समय और आवृत्ति, तापमापन और रसायन शास्त्र सम्मिलित हैं।[15]

कोई भी भौतिक वस्तु मई 2019 तक आधार इकाइयों को परिभाषित नहीं करती है।[16] आधार इकाइयों के परिवर्तन में प्रेरणा, संपूर्ण प्रणाली को भौतिक स्थिरांकों से व्युत्पन्न करने योग्य बनाना है, जिसके लिए प्रोटोटाइप किलोग्राम को हटाने की आवश्यकता होती है क्योंकि यह इकाई परिभाषाओं पर निर्भर अंतिम कलाकृति है।[17] वैज्ञानिक माप विज्ञान, इकाइयों की इस पुनर्परिभाषा में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है क्योंकि आधार इकाइयों की सटीक परिभाषा के लिए भौतिक स्थिरांक के सटीक मापन की आवश्यकता होती है। एक कलाकृति के बिना एक किलोग्राम के मूल्य को फिर से परिभाषित करने के लिए प्लैंक स्थिरांक का मान बीस भाग प्रति अरब होना चाहिए।[18] वैज्ञानिक माप विज्ञान ने किबल संतुलन और अवोगैड्रो परियोजना के विकास के माध्यम से किलोग्राम के पुनर्निर्धारण की अनुमति देने के लिए कम अनिश्चितता के साथ प्लैंक स्थिरांक का एक मूल्य उत्पन्न किया है।[17]

अनुप्रयुक्त, तकनीकी या औद्योगिक माप विज्ञान

अनुप्रयुक्त, तकनीकी या औद्योगिक माप विज्ञान का सम्बन्ध, माप उपकरणों की उपयुक्तता, उनके अंशांकन और गुणवत्ता नियंत्रण के सुनिश्चितीकरण, निर्माण और अन्य प्रक्रियाओं एवं समाज में उनके उपयोग के लिए माप के अनुप्रयोग से है।[2] उद्योगों में अच्छे मापन का उत्पादन महत्वपूर्ण है क्योंकि यह अंतिम उत्पाद के मूल्य और गुणवत्ता को प्रभावित करता है, और उत्पादन लागत पर 10-15% प्रभाव डालता है।[7] यद्यपि माप विज्ञान के इस क्षेत्र में माप पर ही जोर दिया जाता है, माप-उपकरणों के अंशांकन की अनुरेखण-क्षमता माप में विश्वास सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है। उद्योगों में माप-वैज्ञानिक क्षमता की पहचान पारस्परिक मान्यता समझौतों, मान्यता या समकक्ष समीक्षा के माध्यम से प्राप्त की जा सकती है।[7] देश के आर्थिक और औद्योगिक विकास के लिए औद्योगिक माप विज्ञान महत्वपूर्ण है, और देश के औद्योगिक-माप विज्ञान कार्यक्रम की स्थिति इसकी आर्थिक स्थिति को इंगित कर सकती है।[19]

कानूनी माप विज्ञान

कानूनी माप विज्ञान "उन गतिविधियों से संबंधित है जो वैधानिक आवश्यकताओं और सम्बंधित माप, माप की इकाई, माप उपकरणों और माप के तरीकों से उत्पन्न होती हैं और जो सक्षम निकायों द्वारा की जाती हैं"।[20] ऐसी वैधानिक आवश्यकताएं स्वास्थ्य की सुरक्षा, सार्वजनिक सुरक्षा, पर्यावरण, कराधान को सक्षम करने, उपभोक्ताओं की सुरक्षा और निष्पक्ष व्यापार की आवश्यकता से उत्पन्न हो सकती हैं। कानूनी माप विज्ञान के लिए अंतर्राष्ट्रीय संगठन (ओआईएमएल) की स्थापना राष्ट्रीय सीमाओं के पार नियमों में सामंजस्य स्थापित करने में सहायता के लिए की गई थी, जिससे यह सुनिश्चित किया जा सके कि कानूनी आवश्यकतायें व्यापार को बाधित नहीं करती हैं।[21] यह सामंजस्य सुनिश्चित करता है कि एक देश में मापक उपकरणों का प्रमाणन दूसरे देश की प्रमाणन प्रक्रिया के अनुकूल है, जिससे मापक उपकरणों और उन पर निर्भर उत्पादों के व्यापार की अनुमति मिलती है। यूरोपीय संघ और यूरोपीय मुक्त व्यापार संघ (ईएफटीए) के सदस्य राज्यों में कानूनी माप विज्ञान के क्षेत्र में सहयोग को बढ़ावा देने के लिए वर्ष 1990 में वेल्मेक की स्थापना की गई थी।[22] संयुक्त राज्य अमेरिका में कानूनी माप विज्ञान, राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (एनआईएसटी) के तौल और माप कार्यालय के अधिकार के अधीन है, जिसे अलग-अलग राज्यों द्वारा लागू किया गया है।[21]

अवधारणाएँ

इकाइयों की परिभाषा

इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (एसआई), सात आधार इकाइयों लंबाई, द्रव्यमान, समय, विद्युत प्रवाह, ऊष्मागतिकी तापमान, पदार्थ की मात्रा और प्रकाशयुक्त तीव्रता को परिभाषित करती है।[23] इनमें से प्रत्येक इकाई को सम्मेलन द्वारा पारस्परिक रूप से स्वतंत्र माना जाता है और इनका निर्माण सीधे उनके परिभाषित स्थिरांकों से किया जा सकता है।[24]: 129 अन्य सभी एसआई इकाइयों का निर्माण सात आधार इकाइयों की घातों के गुणनफलों के रूप में किया जाता है।[24]: 129 

एसआई आधार इकाइयाँ और मानक
मूल राशि नाम संकेत परिभाषा
समय सेकंड s सीजियम-133 परमाणु की भौमिक अवस्था के दो अति-सूक्ष्म स्तरों के बीच संक्रमण के अनुरूप विकिरण के 9192631770 आवर्तकालों की अवधि[24]: 130 
लम्बाई मीटर m एक सेकंड के 1/299792458 के समय अंतराल के दौरान निर्वात में प्रकाश द्वारा तय किए गए पथ की लंबाई[24]: 131 
द्रव्यमान किलोग्राम kg वर्ष 2019 तक परिभाषित "... प्लांक नियतांक का निश्चित संख्यात्मक मान, h, 6.62607015×10−34 लेते हुए, जब जूल-सेकंड इकाई में व्यक्त किया जाता है, जो कि किग्रा-मीटर2 सेकंड-1 के बराबर है ... "[24]: 131 
विद्युत-धारा एम्पियर A वर्ष 2019 तक परिभाषित "... प्रारम्भिक आवेश का निश्चित संख्यात्मक मान, e, 1.602176634×10−19 लेने पर, जब कूलाम इकाई में व्यक्त किया जाता है, जो एम्पियर-सेकंड के बराबर है ..."[24]: 132 
ऊष्मागतिकी-तापमान केल्विन K वर्ष 2019 तक परिभाषित "...बोल्ट्जमान नियतांक का निश्चित संख्यात्मक मान, k, 1.380649×10−23 लेने पर, जब जूल-केल्विन−1 इकाई में व्यक्त किया जाता है, जो किग्रा-मीटर2-सेकंड−2 केल्विन−1 के बराबर है ..."[24]: 133 
पदार्थ की मात्रा मोल mol वर्ष 2019 तक परिभाषित "... 6.02214076×1023 प्राथमिक इकाइयाँ। यह संख्या एवोगैड्रो स्थिरांक, NA का निश्चित संख्यात्मक मान है, जब इसे मोल−1 इकाई में व्यक्त किया जाता है ..."[24]: 134 
ज्योति-तीव्रता कैन्डिला cd 540×1012 हर्ट्ज की आवृत्ति के एकवर्णी विकिरण उत्सर्जित करने वाले स्रोत की दी गई दिशा में ज्योति तीव्रता, उस दिशा में 1/683 वाट प्रति स्टेरेडियन की ज्योति-तीव्रता के साथ[24]: 135 

चूंकि आधार इकाइयाँ, एसआई इकाइयों में लिए गए सभी मापों के लिए संदर्भ बिंदु हैं, संदर्भ मान के बदल जाने पर सभी पूर्व माप गलत हो जायेंगे। वर्ष 2019 से पहले, यदि किलोग्राम के अंतर्राष्ट्रीय प्रोटोटाइप का एक टुकड़ा काट दिया गया होता, तो इसे अभी भी एक किलोग्राम के रूप में परिभाषित किया गया होता; एक किलोग्राम के मापे गए सभी पिछले मान भारी होंगे।[3] पुनरुत्पादित एसआई इकाइयों के महत्व ने बीआईपीएम को भौतिक स्थिरांक के संदर्भ में सभी एसआई आधार इकाइयों को परिभाषित करने के कार्य को पूरा करने के लिए प्रेरित किया है।[25]

एसआई आधार इकाइयों को कलाकृतियों या विशिष्ट पदार्थों के स्थान पर भौतिक स्थिरांकों के संबंध में परिभाषित करके, ये उच्च स्तर की सटीकता और पुनरुत्पादकता के साथ प्राप्त करने योग्य हैं।[25] 20 मई 2019 को एसआई इकाइयों की पुनर्परिभाषा के अनुसार, किलोग्राम, एम्पियर, केल्विन और मोल को क्रमशः प्लैंक स्थिरांक (h), प्राथमिक विद्युत आवेश (e), बोल्ट्ज़मान स्थिरांक (k) और अवोगाद्रो स्थिरांक (NA) के सटीक संख्यात्मक मान निर्धारित करके परिभाषित किया गया है। मीटर और कैन्डेला को पहले भौतिक स्थिरांक (सीज़ियम मानक (ΔνCs)), प्रकाश की गति (c), और 540×1012 Hz दृश्य प्रकाश विकिरण (Kcd) की चमकदार प्रभावकारिता द्वारा परिभाषित किया गया है, जो उनकी वर्तमान परिभाषाओं के लिए सुधार के अधीन हैं। नई परिभाषाओं का उद्देश्य किसी भी इकाई के आकार को बदले बिना एसआई में सुधार करना और इस प्रकार मौजूदा माप के साथ निरंतरता सुनिश्चित करना है।[26][24]: 123, 128 

इकाइयों का प्राप्ति

Computer-एक छोटे सिलेंडर की छवि। कंप्यूटर-जनित छवि किलोग्राम (IPK) के अंतर्राष्ट्रीय प्रोटोटाइप को साकार करती है, जो 90-प्रतिशत प्लैटिनम के मिश्र धातु से बनाई गई है और वजन से 10 प्रतिशत इरिडियम
वजन के अनुसार 90 प्रतिशत प्लैटिनम और 10 प्रतिशत इरिडियम के मिश्र धातु से बने किलोग्राम (आईपीके) के अंतर्राष्ट्रीय प्रोटोटाइप को साकार करने वाली कंप्यूटर जनित छवि

माप की एक इकाई की प्राप्ति इसका वास्तविकता में रूपांतरण है।[27] प्राप्ति के तीन संभावित विधियों को माप विज्ञान (वीआईएम) की अंतर्राष्ट्रीय शब्दावली द्वारा परिभाषित किया गया है: इसकी परिभाषा से इकाई की भौतिक प्राप्ति, परिभाषा के पुनरुत्पादन के रूप में एक उच्च-प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य माप (जैसे ओम के लिए क्वांटम हॉल प्रभाव) और माप मानक के रूप में एक भौतिक वस्तु का उपयोग।[28]

मानक

मानक (माप विज्ञान), एक ऐसी वस्तु, प्रणाली या प्रयोग है, जो एक भौतिक राशि के मापन की एक इकाई के परिभाषित संबंध के साथ है।[29] मानक, एक इकाई को साकार, संरक्षित या पुन: प्रस्तुत करके वजन और माप की एक प्रणाली के लिए मौलिक संदर्भ हैं, जिनकी सहायता से मापन उपकरणों की तुलना की जा सकती है।[2] माप विज्ञान के पदानुक्रम में मानकों के तीन स्तर हैं: प्राथमिक, माध्यमिक और कार्य मानक।[19] प्राथमिक मानक (उच्चतम गुणवत्ता) किसी अन्य मानक का संदर्भ नहीं देते हैं। माध्यमिक मानकों को प्राथमिक मानक के संदर्भ में अंशांकित किया जाता है। मापने के उपकरणों या अन्य सामग्री मापों की जांच करने के लिए उपयोग किए जाने वाले कार्य मानकों को माध्यमिक मानकों के संबंध में जाँचा जाता है। पदानुक्रम उच्च मानकों की गुणवत्ता को बरकरार रखता है।[19] लंबाई के लिए गेज ब्लॉक, मानक का एक उदाहरण है। गेज ब्लॉक, धातु या चीनी-मिट्टी का एक ब्लॉक होता है, जिसमें दो विपरीत फलक, सटीक सपाट और समानांतर, एक सटीक दूरी पर होते हैं।[30] एक सेकंड के 1/299,792,458 के समय अंतराल के दौरान निर्वात में प्रकाश के पथ की लंबाई. गेज ब्लॉक जैसे एक कलाकृति मानक में सन्निहित है; और यह गेज ब्लॉक एक ऐसा प्राथमिक मानक है, जिसका उपयोग माध्यमिक मानकों को यांत्रिक संतुलकों के माध्यम से जाँचने के लिए किया जा सकता है।[31]

पता लगाने की क्षमता और अंशांकन

Pyramid illustrating the relationship between traceability and calibration
माप-वैज्ञानिक पता लगाने की क्षमता का पिरामिड

माप वैज्ञानिक पता लगाने की क्षमता को "माप परिणाम की सम्पदा के रूप में परिभाषित किया गया है, जिसके द्वारा परिणाम को जाँच की एक प्रलेखित अटूट श्रृंखला के माध्यम से एक संदर्भ से संबंधित किया जा सकता है, जिनमें से प्रत्येक माप, अनिश्चितता में योगदान देता है"।[32] यह माप की तुलना की अनुमति देता है, चाहे परिणाम की तुलना उसी प्रयोगशाला में पिछले परिणाम से, एक साल पहले के माप के परिणाम से, या दुनिया में कहीं और किए गए माप के परिणाम से की जाए।[33] पता लगाने की क्षमता की श्रृंखला किसी भी माप को, इकाई की मूल परिभाषा के साथ उसके उच्च स्तर में संदर्भित करने की अनुमति देती है।[2]

पता लगाने की क्षमता, एक माप उपकरण (या माध्यमिक मानक) पर एक संकेत और मानक के मान के बीच संबंध स्थापित करते हुए प्रायः अंशांकन द्वारा प्राप्त की जाती है। अंशांकन एक संचालन होता है, जो एक ज्ञात माप अनिश्चितता वाले माप मानक और उस उपकरण के बीच संबंध स्थापित करता है जिसका मूल्यांकन किया जा रहा है। यह प्रक्रिया उस उपकरण के माप मान और अनिश्चितता को निर्धारित करती है, जिसे अंशांकित किया जा रहा है और माप मानक के लिए पता लगाने की क्षमता के लिए संयोजन निर्मित करती है।[32] पता लगाने की क्षमता प्रदान करना, सुनिश्चित करना कि उपकरण (या मानक) अन्य मापों के अनुरूप है, सटीकता निर्धारित करना और विश्वसनीयता स्थापित करना, अंशांकन के चार प्राथमिक कारण होते हैं।[2] पता लगाने की क्षमता एक पिरामिड के रूप में कार्य करती है, जिसमें शीर्ष स्तर पर अंतर्राष्ट्रीय मानक होते हैं, अगले स्तर पर राष्ट्रीय माप विज्ञान संस्थान, प्राथमिक मानकों और इकाई परिभाषा से पता लगाने की क्षमता का संयोजन (लिंक) बनाने वाली इकाइयों की प्राप्ति के माध्यम से प्राथमिक मानकों की जाँच करते हैं।[33] बाद के अंशांकन के माध्यम से राष्ट्रीय माप विज्ञान संस्थानों, अंशांकन प्रयोगशालाओं और उद्योग एवं परीक्षण प्रयोगशालाओं के बीच इकाई परिभाषा की प्राप्ति को पिरामिड के माध्यम से प्रचारित किया जाता है।[33] पता लगाने की क्षमता की श्रृंखला पिरामिड में नीचे से ऊपर की ओर कार्य करती है, जहाँ उद्योग और परीक्षण प्रयोगशालाओं द्वारा किए गए माप, सीधे जाँच द्वारा बनाई गई पता लगाने की क्षमता की श्रृंखला के माध्यम से शीर्ष पर इकाई परिभाषा से संबंधित हो सकते हैं।[3]

अनिश्चितता

माप अनिश्चितता एक माप से जुड़ा एक मूल्य है जो माप में मौजूद संदेह की मात्रात्मक अभिव्यक्ति से जुड़े संभावित मानों के प्रसार को व्यक्त करता है।[34] माप की अनिश्चितता के दो घटक हैं: अनिश्चितता अंतराल की चौड़ाई और आत्मविश्वास का स्तर।[35] अनिश्चितता अंतराल मूल्यों की एक श्रेणी है जिसके भीतर माप मूल्य गिरने की उम्मीद है, जबकि आत्मविश्वास का स्तर अनिश्चितता अंतराल के भीतर वास्तविक मूल्य के गिरने की कितनी संभावना है। अनिश्चितता को आम तौर पर निम्नानुसार व्यक्त किया जाता है:[2]

व्याप्ति कारक: k = 2

जहाँ y माप का मान, U अनिश्चितता मान और k व्याप्ति कारक है,[lower-alpha 1] जो विश्वास अंतराल को इंगित करता है। अनिश्चितता मान को माप के मान से जोड़कर या घटाकर, अनिश्चितता अंतराल की उच्चतम और निम्नतम सीमा को निर्धारित किया जा सकता है। व्याप्ति कारक, k = 2 सामान्यतः 95% विश्वास को इंगित करता है, कि मापा गया मान अनिश्चितता अंतराल के भीतर होगा।[2] किसी अंतराल पर उच्च या निम्न आत्मविश्वास को इंगित करने के लिए k के अन्य मानों का उपयोग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, सामान्यतः k = 1 और k = 3 क्रमशः 66% और 99.7% विश्वास को इंगित करते हैं।[35] अनिश्चितता का मान, अंशांकन के सांख्यिकीय विश्लेषण और माप प्रक्रिया में अन्य त्रुटियों से अनिश्चितता योगदान के संयोजन के माध्यम से निर्धारित किया जाता है, जिसका मूल्यांकन उपकरण इतिहास, निर्माता के विनिर्देशों या प्रकाशित जानकारी जैसे स्रोतों से किया जा सकता है।[35]

अंतर्राष्ट्रीय बुनियादी ढाँचा

कई अंतर्राष्ट्रीय संगठन माप विज्ञान को बनाए रखने और मानकीकृत करने का कार्य करते हैं।

मीटर सम्मेलन

मीटर सम्मेलन ने वजन और उपायों के मानकीकरण की सुविधा के लिए तीन मुख्य अंतर्राष्ट्रीय संगठन स्थापित किये हैं। पहला संगठन, वज़न और माप पर सामान्य सम्मेलन (सीजीपीएम), सदस्य राज्यों के प्रतिनिधियों के लिए एक मंच प्रदान करता है। इनमें से दूसरा संगठन, वजन और माप के लिए अंतर्राष्ट्रीय समिति (सीआईपीएम) है, जो उच्च स्तर के माप वैज्ञानिकों की एक सलाहकार समिति था, और तीसरा संगठन, अंतर्राष्ट्रीय बाट और माप ब्यूरो (बीआईपीएम) है, जिसने सीजीपीएम और सीआईपीएम के लिए सचिवीय और प्रयोगशाला सुविधाएँ प्रदान कीं।[36]

वजन और मापों पर सामान्य सम्मेलन

तौल और मापों पर सामान्य सम्मेलन (French: तौल और माप पर सामान्य सम्मेलन, या सीजीपीएम), सम्मेलन का प्रमुख निर्णय लेने वाला निकाय है, जो सदस्य राज्यों के प्रतिनिधिओं और सहायक राज्यों के गैर-मतदान पर्यवेक्षकों से मिलकर निर्मित होता है।[37] यह सम्मेलन सामान्यतः सीआईपीएम रिपोर्ट प्राप्त करने, चर्चा करने और सीआईपीएम द्वारा सलाह के अनुसार एसआई पद्धति में नए विकास का समर्थन करने के लिए हर चार से छह साल में बैठक करता है। इसकी अंतिम बैठक 13-16 नवंबर, 2018 को आयोजित की गई थी। इस सम्मेलन के अंतिम दिन में, चार आधार इकाइयों के पुनर्परिभाषीकरण पर जोर दिया गया था, जिसे सीआईपीएम ने उसी वर्ष के प्रारंभ में प्रस्तावित किया था।[38] इसकी नई परिभाषाएँ 20 मई, 2019 को लागू हुईं।[39][39]

अंतर्राष्ट्रीय वजन और माप समिति

अंतर्राष्ट्रीय वजन और माप समिति (French: बाट और माप के लिए अंतर्राष्ट्रीय समिति, या सीआईपीएम), अट्रठारह (मूल रूप से चौदह)[40] उच्च वैज्ञानिक स्थिति वाले सदस्य राज्य से मिलकर बनी है, जिसे सीजीपीएम द्वारा प्रशासनिक और तकनीकी मामलों पर स्वयं को सलाह देने के लिए नामित किया गया है। यह दस सलाहकार समितियों (सीसी) के लिए उत्तरदायी है, जिनमें से प्रत्येक समिति माप विज्ञान के एक अलग पहलू की जांच करती है; जैसे एक समिति तापमान के माप पर चर्चा करती है, दूसरी द्रव्यमान के माप पर, और इसी प्रकार आगे भी। सीआईपीएम, सीआईपीएम के प्रशासन और वित्त से संबंधित सदस्य राज्यों की सरकारों को एक वार्षिक रिपोर्ट प्रस्तुत करने और आवश्यकतानुसार तकनीकी मामलों पर सीजीपीएम को सलाह देने के लिए, समितियों से रिपोर्ट पर चर्चा करने के लिए पेरिस, फ़्रांस के सेव्रेस (Sèvres) में वार्षिक बैठक करता है।सम्मेलन की स्थापना में फ्रांस की भूमिका की मान्यता के लिए इसकी एक पूर्वनिर्धारित सीट के साथ सीआईपीएम का प्रत्येक सदस्य एक अलग सदस्य राज्य से होता है।[41][42]

अंतर्राष्ट्रीय बाट और माप ब्यूरो

BIPM seal: तीन महिलाएं, एक मापने वाली छड़ी पकड़े हुए
बीआईपीएम मुहर

अंतर्राष्ट्रीय बाट और माप ब्यूरो (French: अंतर्राष्ट्रीय बाट और माप ब्यूरो, या बीआईपीएम) फ्रांस के सेव्रेस में स्थित एक संगठन है, जिसमें किलोग्राम के अंतर्राष्ट्रीय प्रोटोटाइप की हिरासत है, और जो सीजीपीएम और सीआईपीएम के लिए माप विज्ञान सेवाएँ और संगठनों के लिए सचिवालय को घर प्रदान करता है और उनकी बैठकों की मेजबानी करता है।[43][44] बीते वर्षों में मीटर और किलोग्राम के प्रोटोटाइप को पुनर्गणना के लिए लिया गया था, जिसे बीआईपीएम मुख्यालय को वापस कर दिया गया है।[44] सीआईपीएम का एक पूर्व अधिकारी और सभी सलाहकार समितियों का एक सदस्य ही बीआईपीएम का निदेशक होता है।[45]

अंतर्राष्ट्रीय कानूनी माप विज्ञान संगठन

अंतर्राष्ट्रीय कानूनी माप विज्ञान संगठन (French: अंतर्राष्ट्रीय कानूनी माप विज्ञान संगठन, या ओआईएमएल), एक अंतर्सरकारी संगठन है, जो वर्ष 1955 में अंतर्राष्ट्रीय व्यापार की सुविधा देने वाली कानूनी माप विज्ञान प्रक्रियाओं के वैश्विक सामंजस्य को बढ़ावा देने के लिए बनाया गया है।[46] तकनीकी आवश्यकताओं, परीक्षण प्रक्रियाओं और परीक्षण-रिपोर्ट प्रारूपों का यह सामंजस्य व्यापार के लिए माप में विश्वास सुनिश्चित करता है और विसंगतियों और माप दोहराव की लागत को कम करता है।[47] ओआईएमएल चार श्रेणियों में कई अंतर्राष्ट्रीय रिपोर्ट प्रकाशित करता है:[47]

  • सिफारिशें: माप वैज्ञानिक विशेषताओं और माप उपकरणों की अनुरूपता स्थापित करने के लिए मॉडल नियम
  • सूचनात्मक दस्तावेज: कानूनी माप विज्ञान के सामंजस्य के लिए
  • कानूनी माप विज्ञान के अनुप्रयोग के लिए दिशानिर्देश
  • बुनियादी प्रकाशन: ओआईएमएल संरचना और प्रणाली के परिचालन नियमों की परिभाषाएँ

यद्यपि ओआईएमएल के पास अपने सदस्य देशों पर अपनी सिफारिशों और दिशानिर्देशों को लागू करने का कोई कानूनी अधिकार नहीं है, लेकिन यह उन देशों के प्रमाणन और अंशांकन के लिए उचित, सामंजस्यपूर्ण कानून के विकास में सहायता करने के लिए एक मानकीकृत कानूनी ढाँचा प्रदान करता है।[47] ओआईएमएल उन उपकरणों को मापने के लिए एक पारस्परिक स्वीकृति व्यवस्था (एमएए) प्रदान करता है, जो कानूनी माप-वैज्ञानिक नियंत्रण के अधीन हैं, जो अनुमोदन पर भाग लेने वाले सभी देशों में उपकरण के मूल्यांकन और परीक्षण रिपोर्टों को स्वीकार करने की अनुमति देते हैं।[48] यह समझौता मुद्दे एमएए प्रकार की मूल्यांकन रिपोर्ट आईएसओ/आईसी 17065 के अनुपालन के प्रदर्शन पर एमएए प्रमाणपत्रों के मूल्यांकन में प्रतिभागियों को जारी करना और योग्यता निर्धारित करने के लिए एक सहकर्मी मूल्यांकन प्रणाली जारी करने का कार्य करता है।[48] यह सुनिश्चित करता है कि एक देश में उपकरणों को मापने का प्रमाणीकरण अन्य भाग लेने वाले देशों में प्रमाणन प्रक्रिया के साथ संगत है, जिससे मापने वाले उपकरणों और उन पर विश्वास करने वाले उत्पादों के व्यापार की अनुमति मिलती है।

अंतर्राष्ट्रीय प्रयोगशाला मान्यता सहयोग

अंतर्राष्ट्रीय प्रयोगशाला मान्यता सहयोग (आईएलएसी), अनुरूपता-मूल्यांकन निकायों के प्रमाणीकरण में सम्मिलित मान्यता संस्थाओं का एक अंतर्राष्ट्रीय संगठन है।[49] यह मान्यता प्रथाओं और प्रक्रियाओं को मानकीकृत करता है, सक्षम अंशांकन सुविधाओं की पहचान करता है और स्वयं के मान्यता निकायों को विकसित करने वाले देशों की सहायता करता है।[2] आईएलएसी मूल रूप से वर्ष 1977 में एक सम्मेलन के रूप में प्रारंभ हुआ था, जो व्यापार की सुविधा के लिए मान्यता प्राप्त परीक्षण और अंशांकन परिणामों के लिए अंतर्राष्ट्रीय सहयोग विकसित करने के लिए आयोजित किया गया था।[49] 36 सदस्यों ने वर्ष 2000 में आईएलएसी पारस्परिक मान्यता समझौता (एमआरए) पर हस्ताक्षर किए, जिससे सदस्यों को अन्य हस्ताक्षरकर्ताओं द्वारा स्वतः ही स्वीकार किए जाने की अनुमति मिली, और इसे निरीक्षण निकायों की मान्यता को सम्मिलित करने के लिए वर्ष 2012 में विस्तारित किया गया था।[49][50] इस मानकीकरण के माध्यम से, हस्ताक्षरकर्ताओं द्वारा मान्यता प्राप्त प्रयोगशालाओं में किए गए कार्य को एमआरए के माध्यम से स्वतः ही अंतर्राष्ट्रीय स्तर पर मान्यता प्राप्त है।[51] प्रयोगशाला और निरीक्षण निकाय मान्यता को बढ़ावा देना और विकासशील अर्थव्यवस्थाओं में मान्यता प्रणालियों के विकास का समर्थन करना आदि आईएलएसी द्वारा किए गए अन्य कार्यों में सम्मिलित हैं।[51]

माप विज्ञान में मार्गदर्शन के लिए संयुक्त समिति

माप विज्ञान में मार्गदर्शन के लिए संयुक्त समिति (जेसीजीएम), एक ऐसी समिति है, जिसने माप विज्ञान के दो मार्गदर्शनों, माप में अनिश्चितता की अभिव्यक्ति के लिए मार्गदर्शन (जीयूएम)[52] और माप विज्ञान की अंतर्राष्ट्रीय शब्दावली - बुनियादी और सामान्य अवधारणाएँ और संबंधित शब्द (वीआईएम)[32] का निर्माण किया है और यह इसे व्यवस्थित रखने का कार्य भी करती है। जेसीजीएम आठ सहभागी संगठनों का एक सहयोग है:[53]

जेसीजीएम के दो कार्य समूह हैं: जेसीजीएम-डब्ल्यूजी1 और जेसीजीएम-डब्ल्यूजी2। जेसीजीएम-डब्ल्यूजी1 समूह जीयूएम के लिए जबकि जेसीजीएम-डब्ल्यूजी2 वीआईएम के लिए उत्तरदायी है।[54] प्रत्येक सदस्य संगठन, प्रत्येक बैठक में भाग लेने के लिए एक प्रतिनिधि और दो विशेषज्ञों को और प्रत्येक कार्य समूह के लिए तीन विशेषज्ञों को नियुक्त कर सकता है।[53]

राष्ट्रीय अवसंरचना

राष्ट्रीय माप प्रणाली (एनएमएस), प्रयोगशालाओं, अंशांकन सुविधाओं और मान्यता निकायों का एक जालतंत्र है, जो देश के मापन ढाँचे को लागू करने और बनाए रखने का कार्य करता है।[8][9] एनएमएस, माप मानकों को निर्धारित करती है, और देश में किए गए माप की सटीकता, स्थिरता, तुलनीयता और विश्वसनीयता को सुनिश्चित करती है।[55] राष्ट्रीय माप विज्ञान संस्थानों का एक समझौता सीआईपीएम पारस्परिक मान्यता व्यवस्था (सीआईपीएम एमआरए) के सदस्य देशों की माप, अन्य सदस्य देशों द्वारा मान्यता प्राप्त है।[2] मार्च 2018 तक, 58 सदस्य राज्यों, 40 सहयोगी राज्यों और 4 अंतर्राष्ट्रीय संगठनों सहित सीआईपीएम एमआरए के कुल 102 हस्ताक्षरकर्ता हैं।[56]

माप विज्ञान संस्थान

Block diagram
राष्ट्रीय माप प्रणाली का अवलोकन

देश की माप प्रणाली में एक राष्ट्रीय माप विज्ञान संस्थान (एनएमआई) की भूमिका, वैज्ञानिक माप विज्ञान का संचालन करना, आधार इकाइयों का एहसास करना और प्राथमिक राष्ट्रीय मानकों को बनाए रखना है।[2] एक देश के लिए एनएमआई, इसके राष्ट्रीय अंशांकन पदानुक्रम को सहारा देते हुए अंतर्राष्ट्रीय मानकों को पता लगाने की क्षमता प्रदान करता है।[2] एक राष्ट्रीय माप प्रणाली के लिए सीआईपीएम पारस्परिक मान्यता व्यवस्था द्वारा अंतर्राष्ट्रीय स्तर पर मान्यता प्राप्त करने के लिए, एक एनएमआई को अपनी माप क्षमताओं की अंतर्राष्ट्रीय तुलना में भाग लेना चाहिए।[9] बीआईपीएम, एक तुलना डेटाबेस और सीआईपीएम एमआरए में भाग लेने वाले देशों की अंशांकन और माप क्षमताओं (सीएमसी) की एक सूची व्यवस्थित करता है।[57] सभी देशों में एक केंद्रीकृत माप विज्ञान संस्थान नहीं है; कुछ देशों के पास एक प्रमुख एनएमआई और विशिष्ट राष्ट्रीय मानकों में विशेषज्ञता वाले कई विकेन्द्रीकृत संस्थान हैं।[2] संयुक्त राज्य अमेरिका में राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (एनआईएसटी),[58] कनाडा में राष्ट्रीय अनुसंधान परिषद (एनआरसी),[59] कोरिया अनुसंधान संस्थान और विज्ञान संस्थान (KRISS),[60] और राष्ट्रीय भौतिक प्रयोगशाला (एनपीएल, यूनाइटेड किंगडम) [61] आदि एनएमआई के कुछ उदहारण हैं।

अंशांकन प्रयोगशालाएँ

अंशांकन प्रयोगशालायें सामान्यतः औद्योगिक उपकरणों के अंशांकन के लिए उत्तरदायी होती हैं।[9] अंशांकन प्रयोगशालाएँ मान्यता प्राप्त होती हैं और उद्योग फर्मों को अंशांकन सेवाएँ प्रदान करती हैं, जो राष्ट्रीय माप विज्ञान संस्थान को वापस पता लगाने की क्षमता का संयोजन प्रदान करती हैं। चूंकि अंशांकन प्रयोगशालाएँ मान्यता प्राप्त होती हैं, इसलिए ये कंपनियों को राष्ट्रीय माप विज्ञान मानकों के लिए एक पता लगाने की क्षमता का संयोजन प्रदान करती हैं।[2]

मान्यता निकाय

एक संगठन को मान्यता तब दी जाती है, जब एक आधिकारिक निकाय, संगठन के कर्मियों और प्रबंधन प्रणालियों का आंकलन करके यह निर्धारित करता है कि वह अपनी सेवाएँ प्रदान करने के लिए सक्षम है।[9] किसी देश के मान्यता निकाय को अंतर्राष्ट्रीय मान्यता के लिए अंतर्राष्ट्रीय आवश्यकताओं का पालन करना चाहिए और सामान्यतः यह अंतर्राष्ट्रीय और क्षेत्रीय सहयोग का एक उत्पाद होता है।[9] परीक्षण और अंशांकन प्रयोगशालाओं की क्षमता के लिए एक प्रयोगशाला का मूल्यांकन सामान्य आवश्यकताओं आईएसओ/आईसी 17025 जैसे अंतर्राष्ट्रीय मानकों के अनुसार किया जाता है।[2] एक निकाय, उद्देश्य और तकनीकी रूप से विश्वसनीय मान्यता सुनिश्चित करने के लिए अन्य राष्ट्रीय माप प्रणाली संस्थानों से स्वतंत्र होता है।[9] ऑस्ट्रेलिया में राष्ट्रीय परीक्षण प्राधिकरण संघ[62] और यूनाइटेड किंगडम मान्यता सेवा[63] मान्यता निकायों के उदाहरण हैं।

प्रभाव

माप विज्ञान का अर्थशास्त्र, ऊर्जा, पर्यावरण, स्वास्थ्य, विनिर्माण, उद्योग और उपभोक्ता विश्वास सहित कई क्षेत्रों पर व्यापक प्रभाव है।[10][11] व्यापार और अर्थव्यवस्था पर प्रभाव माप विज्ञान के दो सबसे स्पष्ट सामाजिक प्रभाव हैं। देशों के बीच निष्पक्ष और सटीक व्यापार की सुविधा के लिए माप की एक सहमत प्रणाली होनी चाहिए। [11] पानी, ईंधन, भोजन और बिजली का सटीक माप और विनियमन उपभोक्ता संरक्षण और व्यापारिक भागीदारों के बीच वस्तुओं और सेवाओं के प्रवाह को बढ़ावा देने के लिए महत्वपूर्ण हैं।[64] एक सामान्य माप प्रणाली और गुणवत्ता मानकों से उपभोक्ता और निर्माता को लाभ होता है; एक सामान्य मानक पर उत्पादन, लागत और उपभोक्ता जोखिम को कम करता है, और यह सुनिश्चित करता है कि उत्पाद उपभोक्ता की जरूरतों को पूरा करता है या नहीं।[11] पैमाने की बढ़ी हुई अर्थव्यवस्था के माध्यम से लेनदेन की लागत कम हो जाती है। कई अध्ययनों ने यह संकेत दिया है कि माप में मानकीकरण में वृद्धि का सकल घरेलू उत्पाद (जीडीपी) पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है। यूनाइटेड किंगडम में वर्ष 1921 से 2013 तक सकल घरेलू उत्पाद की वृद्धि का अनुमानित 28.4 प्रतिशत भाग मानकीकरण का परिणाम था; कनाडा में वर्ष 1981 और 2004 के बीच सकल घरेलू उत्पाद की अनुमानित 9 प्रतिशत वृद्धि, मानकीकरण से संबंधित थी, और जर्मनी में मानकीकरण का वार्षिक आर्थिक लाभ सकल घरेलू उत्पाद का अनुमानित 0.72 प्रतिशत है।[11]

कानूनी माप विज्ञान ने दक्षता और विश्वसनीयता में सुधार करके रडार गन और श्वासविश्लेषक जैसे माप उपकरणों के साथ आकस्मिक मौतों और चोटों को कम किया है।[64] मानव शरीर को खराब परीक्षण-पुनर्परीक्षण विश्वसनीयता और पुनरुत्पादकता के साथ मापना चुनौतीपूर्ण है, और माप विज्ञान में प्रगति, स्वास्थ्य देखभाल में सुधार और लागत कम करने के लिए नई तकनीकों को विकसित करने में मदद करती है।[65] पर्यावरण नीति अनुसंधान आँकड़े पर आधारित है, और सटीक माप जलवायु परिवर्तन एवं पर्यावरण विनियमन के आंकलन के लिए महत्वपूर्ण हैं।[66] माप विज्ञान, विनियमन के अतिरिक्त नवाचार का समर्थन करने में भी आवश्यक है, मापन-क्षमता एक तकनीकी आधारभूत संरचना और उपकरण प्रदान करती है, जिसका उपयोग अग्रिम नवाचार को आगे बढ़ाने के लिए किया जा सकता है। नए विचारों का निर्माण किये जा सकने वाले एक तकनीकी मंच को प्रदान करके, यह आसानी से साझा और प्रदर्शित किया जा सकता है, कि माप मानक, नए विचारों की खोज और विस्तार करने की अनुमति देते हैं।[11]

यह भी देखें

टिप्पणियाँ

  1. ↑ Equivalent to standard deviation if the uncertainty distribution is normal

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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