トレーサビリティ

温度・湿度の校正について

チノーは、計量法に基づく校正機関として温度および湿度の登録を取得し、合わせてISO/IEC17025に基づく「MRA対応認定事業者」の認定も取得し、JCSS認定シンボルマーク付き校正証明書の発行を行っています。
まず、「どうして校正が必要なのか?」「トレーサビリティとは?」について説明し、次に登録事業者として認定を受けている"温度"、"湿度"について詳しくお話していきます。

トレーサビリティ

1.なぜ校正が必要か
製造業者、試験研究機関その他産業界、一般社会等における計測値の信頼性を確保するために必要です。例えば温度計測の場合、食品の殺菌温度、医薬品の合成・保管温度、製鉄所における溶鋼温度、プラントにおける化学反応温度、発電所における冷却水壁管温度、自動車、航空機部品熱処理温度等について、計測値の信頼性が確保されていないと大事故が発生する可能性があり、製造業者等の信用を失墜するだけでなく、社会的影響も大きい。このように、計測器の校正は必要不可欠です。 また、各産業界に関連する法律 規格、品質マネジメントシステムにおいても計測器の校正(または点検)は必須要求事項となっています。
ISO/TS 16949
自動車生産および関連サービス部品組織のISO9001:2000適用に関する固有要求事項計測器の校正に関わる要求事項に加え、外部校正機関のISO/IEC17025への適合を要求しています。
AMS 2750
米国規格で航空・宇宙産業で使用される熱処理炉の運用、管理について規定。熱電対、計測器の仕様と校正について詳細に規定しています。
高圧ガス保安法
製造設備で高圧ガス保安法により規制されている設備に使用されている温度計は2年ごとの点検が義務付けられています。
薬事法 GMP
医薬品および医薬部外品の製造管理および品質管理規則 (GMP)のバリデーションにおける計測器校正について規定しています。
HACCP
HACCPでは温度は重要管理項目(CCP)で、モニタリング機器の校正はその妥当性検証に必須です。
ISO14000
監視および測定機器は校正されたものを使用することと規定されています。
ISO9000
監視機器および測定機器の管理は国際または国家計量標準にトレース可能な計量標準に照らして校正または検証することが要求されています。
2.校正とトレーサビリティの意味
JIS Z 8103:2000計測用語では次のように規定されています。

【校正】
計器または測定系の示す値、若しくは実量器または標準物質表す値と標準によって実現される値との関係を確定する一連の作業。 備考校正には計器を調整して誤差を修正することは含まない。

【トレーサビリティ】
不確かさ注1がすべて表記された、切れ目の無い比較の連鎖によって、決められた基準に結びつけられ得る測定結果または標準の値の性質。基準は通常国家標準または国際標準である。
注1)不確かさは測定値のばらつきの大きさを意味しますが、ばらつきには実際の測定上の測定データの変化に加え、使用する物理定数のあいまいさなどの知識のあいまいさも含みます。

3.JCSSについて
JCSS(Japan Calibration Service System)の正式名称は「計量法校正事業者登録制度」で平成5年11月に改正された計量法により導入されました。 その仕組みは下図に示すとおり、独立行政法人産業技術総合研究所による標準供給と独立行政法人製品評価技術基盤機構認定センターによる「登録事業者」の審査登録です。 JCSSの対象となる校正の源の国家計量標準(一次標準:特定標準器等または特定標準物質)は、計量法に従い、産業界のニーズや計量標準供給体制の整備状況に基き経済産業大臣が指定しています。 独立行政法人 産業技術総合研究所、日本電気計器検定所または経済産業大臣が指定した指定校正機関は、指定された特定標準器または特定標準物質を用い、登録業者に対し計量標準の供給(校正等)を行います。 「登録事業者」の審査登録は校正事業者がISO/IEC17025の要求事項に基いて校正を実施する技術能力をもっていることを独立行政法人製品評価技術基盤機構認定センターに製品評価技術基盤機構理事長名で登録します。
JCSSのメリット
JCSS校正は第三者である審査登録機関が事業者の技術能力や品質システムの信頼性をも保証し、登録事業者の発行するJCSS標章付き校正証明書は、我が国の国家計量標準にトレーサブルであることを証明するものです。 従ってトレーサビリティ証明書など他の文書は不要です。 またMRA対応認定事業者の発行する証明書は海外でも受け入れられます。
JCSS認定機関のIA Japanは国際的な試験所機構であるILACとAPLACにおけるMRA(相互承認取決)に署名していますので、MRA対応認定事業者が発行する校正証明書は世界の主な国での受け入れが可能となっています。
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温度編

1.SI単位
国際単位系では7つの量、長さ、質量、時間、電流、熱力学温度、物質量および光度について明確に定義された単位、メートル(m)、キログラム(kg)、秒(s)、アンペア(A)、ケルビン(K)、モル(mol)、カンデラ(cd)を基礎として構築されています。 これらの単位を基本単位(base units)といい、基本単位以外の単位は複数の基本単位の結合によって定義され、これを組立単位(deriverd units)といいます。
温度の基本単位はK(ケルビン)で、その定義は「1Kは水の三重点の熱力学温度の1/273.16倍」です。
熱力学温度Tとセルシウス温度tの関係は次式で基準点が違うだけで、温度差を表す場合は、同じ大きさになります。

t/℃=T/K-273.15

2.水の三重点
水の三状態(固体、液体、気体)が同時に存在する状態で通常ガラスセルに蒸留水を充填したセルで実現します。
 
三相が接する部分の温度が273.16Kとなる水の状態図
水の固相(氷)、液相(水)、気相(水蒸気)の三相が共存する状態を水の三重点という。
3.ITS-90
水の三重点から導かれた熱力学温度の基本単位Kから他の物質の蒸気圧点、三重点、融解点、凝固点の熱力学温度を規定したものが国際温度目盛りで現在使用されている目盛は1990年に制定されたITS-90(International Temperature Scale of 1990)です。
また同時に国際温度目盛りでは定点と定点の間の温度目盛を補間するための、補間計器および補間式を定めています。
補足:国際温度目盛は約20年ごとに見直しが行われていて、ITS-90の前は1968年に制定されたIPTS-68(International Practical Temperature Scale of 1968)でした。
4.トレーサビリティ体系
温度の国家標準はITS-90に規定する温度定点の実現装置で、独立行政法人 産業技術総合研究所が保有しています。トレーサビリティ体系図を次に示します。
5.校正方法
  • 定点校正法
    高純度の金属を封入した定点セルと温度調節計と加熱または冷却装置を組み合わせてITS-90に規定する三重点、凝固点または融解点を実現する「定点実現装置」を用いて行います。
    主としては標準研究機関、温度計校正事業者が標準温度計の目盛付けを目的として行われる校正。
    特徴
    • 校正の不確かさが小さい
    • 通常標準温度計は不要
    • 決められた温度しか校正できない
  • 比較校正法
    接触式温度計では油槽、電気炉、放射温度計では黒体炉等の温度発生装置を用い、予め校正された標準温度計との比較によって行います。
    主としては、温度計校正事業者、温度計ユーザが現場レベル温度計の校正に使用されます。
    特徴
    • 校正の不確かさが大きい
    • 標準温度計が必要
    • 任意温度で校正可能
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湿度編

1.湿度とは
湿度の表しかたにはさまざまな方法があり「JIS Z 8806 湿度-測定方法」では次のa)~i)が記載されています。
a)混合比r(kg/kg)湿潤空気中の水蒸気の質量と乾燥空気の質量との比
b)モル分率xv(mol/mol)湿潤空気中の水蒸気の物質量と全体の物質量との比
c)比湿q(kg/kg)湿潤空気中の水蒸気の質量と全体の質量との比(質量分率)
d)水蒸気圧e(Pa)湿潤空気中の水蒸気分圧
e)絶対湿度dv(kg/cm3)湿潤空気の単位体積中にある水蒸気の質量
f)相対湿度Uw(%)湿潤空気の水のモル分率xvとその温度および圧力で飽和している湿潤空気の水のモル分率xvsとの比の100倍
g)比較湿度Ψ(%)湿潤空気の混合比rと、その温度および圧力で飽和している湿潤空気の混合比rsとの比の100倍
h)露点td(℃)湿潤空気中の水蒸気圧に、水の飽和蒸気圧が等しくなる温度
i)露点tf(℃)湿潤空気中の水蒸気圧に、氷の飽和蒸気圧が等しくなる温度
一般的な表しかたとしては相対湿度が使用され、実用上は上記のf)の代わりに水蒸気圧を用いた次式が使用されます。

飽和水蒸気圧=ある温度における空気が最大の水分(蒸気)を含んだ状態の蒸気の分圧
2.トレーサビリティ体系
3.校正方法
湿度計の校正は通常下図のように湿度発生槽の相対湿度を露点計と温度計から求め、校正対象湿度計との比較により実施します。
温度と水蒸気圧の関係はSONNTAGの式によって与えられます。
上式より温度計が示す温度Tにおける飽和蒸気圧ewTと、露点計が示す露点温度ewT0がもとまるので、相対湿度が求まります。

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