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🌡️ 📆 令和6年7月18日

計測と測定、分析、検品

山形大学  理工学研究科(工学系)  化学・バイオ工学科  🔋 C1 📛 立花和宏

🔚 品質管理 🏫 Web Class syllabus 53225 📆 🌸 時間割 🕐 13:00~14:30 🕝 ( 中示BFiles C1

太陽のフラウンフォーファー線

計数と計量

データのタイプ

  1 測定の仕組みと尺度
大分類 小分類
質的データ 1⃣ 名義尺度 整数 整数 名前、性別
2⃣ 順序尺度 (官能値、位相) 整数 整数 📆 日付、 帯電序列、イオン化傾向、 極性、 ランキング、満足度
量的データ 3⃣ 間隔尺度 (離散型、計数値) 整数 自然数、整数 年齢、金額、時刻
4⃣ 比例尺度 (連続型、物理量、計量値、距離) 浮動小数点 実数、複素数 温度液位 、 身長、 体重、組成、 電力電位、 インピーダンス

量を数値表現するために定めた規則、あるいはその規則で作られる目盛りを尺度と言います 1 )

比例尺度の の基準は 単位です 2 ) 3 ) 4 )

気温のような連続的なアナログ量は、数学では実数として取り扱います。 そのような実数を、数値データとして記録しようとすれば、 たとえ、人手で記録しようとしても有限桁の数字で表現するしかありません。 機械的にコンピュータに取り込もうとしても AD変換のビット深度で 確度が決まります。

データの集合を、データセット、データセットの関係がデータベースです。 集合の要素がおよそ30件を超えると、人の手に負えなくなり、コンピュータの助けが必要です。 ビッグデータは、 とくに大きなデータの集まりです。

量的なデータは、 平均値 や標準偏差を求めることができます。 しかし、あまりにデータが多いと、コンピュータといえども計算に時間がかかります。 無作為抽出 などを行い、抽出データから、 平均値 や標準偏差をを推定します。

* トリム平均(調整平均)

電位差計-零位法の例-

  1 電位差計(ポテンショメーター)の原理(電池の起電力)
2015  小野寺伸也

標準電池 の電圧 E0 を抵抗線の 長さ l0 に換算し、被検電池の電圧の抵抗線の 長さ l との比から、被検電池の電圧 E測定 します。

米沢高等工業学校本館電気・通信科展示室(教室)電位差計があります。

  1. 鮫島実三郎. 物理化学実験法. 裳華房(1927初版),p.266
  2. 吉田卯三郎, 武居文助共著. 物理学実験. 三省堂(1940初版),p.215
  3. 田 薫、原納 淑郎、鈴木 啓三. 応用物理化学II. 培風館(1985).p.191 5 )

長さ、面積、体積(容積)

Example fillrule-evenodd - demonstrates fill-rule:evenodd 10-1210-1010-810-610-410-21001021041061081010101210141016 原子核 コロイド ウイルス ボーア半径 可視光の波長 人の身長 地球の直径 一秒間に光が進む距離
  2 📏 長さ l/m
© K.Tachibana , C1 Lab.

長さの測定 には、物差しやノギスを使います。 長さの測定は、光によるので、目視、レンズ、顕微鏡、望遠鏡などが使われます。

質量長さ に変換するには 天秤を使われます。

体積を 長さ に変換するには 液位 を使います。

機器分析Ⅱ

長さを測る道具や装置には、どんなものがあるか?

寸法がずれて困る工業製には、どんなものがあるか?

USBコネクタのサイズが違ったら? タクシーメーターの表示がでたらめだったら?

住宅を建てるとき土地の面積がでたらめだったらどうなるか?

ペットボトルに入っている清涼飲料の体積がでたらめだったら?


質量測定器具

  2 質量測定器具の例
器具 特徴
電子天秤 最大計量(最大秤量)は600g程度、最小計量単位0.1g程度が多い。
精密電子天秤 精秤に使う。 最小計量単位0.001g以下。
上皿天秤
クッキングはかり
クッキングスケール
主に調理で使う秤。 最大計量(最大秤量)は1kg程度、最小計量単位0.1g程度が多い。
体重計
セルフレジ

08 工業技術概論 ( 202308 品質管理 q.153 12 情報処理概論

物質量を測定するには、質量か体積(容量)を測定します。 6 ) 。 質量は、式量を使って物質量に換算します。 体積は、密度を使って、質量にしてから、式量を使って物質量に換算します。


色と形状

  3 色度座標
色度図 7 )

温度

Example fillrule-evenodd - demonstrates fill-rule:evenodd 0100020003000400050006000 絶対零度 室温 ハーバーボッシュ法 高炉 鉄の融点 黒鉛化 タングステンの融点 太陽の表面温度
  4 🔥 🌡 温度 T/K
©K.Tachibana

熱エネルギーの示強因子です。

熱エネルギー=温度×エントロピー

温度を長さに変換するには、物質の体積膨張を使う。それが 液体封入ガラス温度計だ。

温度計を検索してみましょう。


  3 品質保証(QA :Quality Assurance)
新製品企画 調査、研究開発(予備実験、ラボレベル、ベンチレベル)
設計試作 設計審査、試作(ベンチスケール)
量産試作 試作(パイロットプラント)
購買・外注
生産 改善
販売 カタログ、トリセツ
アフターサービス クレーム処理、消耗品の補給、定期点検、修理、保守

11円(人間電池)の起電力

  5 11円電池(人間電池)
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電池式 アノード (-) 🪙一円玉 |🖐人間 |🪙十円玉 (+) カソード

てのひらに、10円と1円をのせれば、 電気化学の三要素 がそろって、電池になります。 デジタル式回路計で、 電圧を測定すると、0ではありません。 これが 電池の起電力です。 電流が流れていないにもかかわらず電圧があるのです。 電池では、電流と電圧が、そのまま比例しません。 電池は単なる電気抵抗ではないのです。 化学反応が電気を起こしているのです。 11円電池は、 ガルバニ電池と言っていいでしょう。


11円電池の起電力とデジタル電圧計の表示値

  4 11円電池の起電力とデジタル電圧計の指示値
反復 繰り返し (標本数n 指示値
1 1 0.472
1 2 0.471
1 3 0.472
平均値 0.472
2 1 0.491
2 2 0.490
2 3 0.491
平均値 0.491
3 1 0.399
3 2 0.398
3 3 0.398
平均値 0.398

デジタル電圧計 指示値の有効桁は、確度と分解能に支配されます。

11円電池やオペレータを変えて測った場合は、 反復と言います。


測定の信頼性と用語

  5 測定の信頼性と用語
用語 定義 備考
誤差 error
偶然誤差 random error 反復測定において、予測が不可能な変化をする測定誤差の成分
系統誤差 systematic error 反復測定において、一定のままであるかまたは予測可能な変化をする測定誤差の成分
ばらつき dispersion 測定値がそろっていあいこと。また、ふぞろいの程度。 偶然誤差とほぼ同義。
かたより bias 測定値の期待値と真値の差 系統誤差とほぼ同義。
不確かさ uncertainty 測定値に付随する、合理的に測定対象量にむすびづけられる値の広がりを特徴づけるパラメータ 知識の曖昧さも含む
反復 replicate 同一の測定対象量に対する測定を複数回行うこと 測定条件が同一かどうかによらない。 実験計画法では、ブロック単位での実験を指す。
繰り返し replicate 同一の測定対象量に対する測定手順、オペレータ、操作条件、場所が同一の、短期間での測定の反復 操作条件は、因子。繰り返し数は、標本数に相当する。
再現性 reproducibility 測定の再現条件下での測定の精密さ
精密さ precision 精度。 ばらつきの小ささを表す。
精確さ accuracy 確度
測定値 規定された測定手順に実施によって得られる 測定を反復するときは、個々の値、もしくは代表値(平均値や中央値など)のいずれも測定値と呼ぶ。
指示値 測定器が提示する

9 ) 10 )


  6 主な電気化学測定法
名称 概略 制御 測定 装置
クロノポテンショメトリー (CP 電圧電気量曲線 電池充放電曲線 過渡応答 など 電流 電圧 ( 電位 )、時刻 🚂 ガルバノスタット、データロガー
クロノアンペロメトリー 電流絞り込み曲線など 電圧 電流、時刻 🚂 ポテンショスタット 11 ) データロガー
リニアスイープボルタンメトリー (LSV) 分解電圧の測定など 電圧、掃引速度 電流 🚂 ファンクションジェネレータ、 🚂 ポテンショスタット、データロガー
サイクリックボルタンメトリー ( CV) 12 ) 電圧、掃引速度 電流 反応種の特定など
電圧電流曲線 電流 電圧 電池の内部抵抗
コンダクトメトリー 導電率 誘電率 の測定など 電圧 電流 🚂 ファンクションジェネレータ 13 ) 🚂 ポテンショスタット、データロガー
交流インピーダンス法 導電率 の測定など 電圧 周波数 電流 ファンクションジェネレータ、ポテンショスタット、データロガー、 オシロスコープ、LCRメータ * *

  7 エネルギーと センサー *
エネルギー 物理量 センサー 方式 用途
💪力学 圧力 気圧センサー
🎤 マイク 圧電素子 📱 スマートホン
ダイナミック
⚡電気 電流 電流センサー * シャント方式 回路計
クランプ方式
🌟光 波長 カラーセンサー * イメージセンサー CCD、CMOS 14 ) カメラ
🔥熱 温度 温度センサー
🧪化学 濃度 ガスセンサー

感覚


  8 人間の感覚 センサー による感知 *
世界 感覚 物理量 方式 用途
認知世界 視覚(目) フォトダイオード 長さ、 角度、形状、寸法、面積、体積、 文字
聴覚(耳) マイク
触覚(皮膚) 温度 サーミスタ * 、熱電対 温度計
圧力 圧力センサー 圧力計
嗅覚(鼻) ガス ガスセンサー
味覚(舌) 化学物質 濃度 pHセンサー
固有受容覚(筋肉) 15 ) 重さ 電子天秤 16 ) 17 ) 重量、質量
前庭覚(三半規管) 加速度センサー
非認知世界 超音波 チタン酸バリウム振動子
電気 電流センサー 回路計
磁気 ホール素子
赤外線 焦電型赤外線センサ

センサーは、 エネルギーを情報に変換します。

例えば、サーミスタの電気抵抗は温度によって変化するので、サーミスタにわずかな電流を流して、 その両端の電圧を ボルテージフォロアで出力すれば、 温度に比例した電圧が得られます。これを AD変換数値 にできます。

センサーで測定した は、 AD変換数値 データとしてコンピュータで 演算、記憶、記録できます。

プロセスオートメーションでは、センサーで計測し、 コントローラで 制御し、アクチュエータで操作します。


機器分析

  9 エネルギー の種類と分析法
エネルギー 分析法
💪力学 MS、ICP-MS、粘弾性測定
⚡電気 CV (電気化学分析) 、EIS、ポーラログラフィ、 SEM、TEM、EDS(EDX)
🌟光 FT-IR、AAS、UV-VIS、ICP-AES(ICP-OES) XPS(ESCA)、 NMR、ESR,XRD、X線CT、蛍光X線 オージェ分光、ラマン分光
🔥熱 TG/DTA、DSC
🧪化学 滴定、重量分析、LC、GC、GC-MS

機器分析: 情報エネルギー物質

化学分析: 情報物質物質

山形大学実験機器共同利用 山形県工業技術センター 宮城県産業技術センター 福島県ハイテクプラザ

デジタルフーリエ変換(DFT)の応用の歴史

  10 デジタルフーリエ変換(DFT)の応用の歴史
**
年代方法
1811 フーリエ変換
1957 二重積分ADC 数値計算へ
1965 FFT *1 *2
1970~ フーリエ変換赤外分光法(FT-IR)
1970~X線CTスキャン
1970~FRA *
1972 デジタル録音 (13bit・47.25kHz)
1981 ビデオ用ADC (8bit,30MHz)
1995~jpeg画像 *
1995~mp3音声 *
1999 ADSL(50.5Mbps) *
1999 2004gメール(15Gbyte) *
2006~第三次AIブーム *

  11 よく使う確率分布
種類 分布
連続分布 🖱 正規分布
t-分布 母平均 の区間推定、 母平均の有意差検定 18 ) (t検定)
χ( カイ) 2-分布 * 標本標準偏差s
F-分布 分散の比、 母分散の有意差検定(F検定) 19 ) 実験計画法 分散分析
一様分布 一様乱数
対称三角分布
ワイブル分布
離散分布 超幾何分布
2項分布
ポアソン分布
力学 ボルツマン分布 マクスウェルボルツマン統計
フェルミ分布 フェルミディラック統計
ボーズ分布 ボーズアインシュタイン統計

偶然に現れる変数を確率変数と言います。 確率変数がどのような確率で現れるかを表現したものを確率分布といいます。

TRPG クトゥルフWEBダイス

校正と測定の関係

  12 校正と測定の関係
段階 作業内容
校正 第一段階 測定標準を測定し、 それに対する 指示値 を得る。 測定標準(付与値)に対する 指示値 を得る。
第二段階 真値を 測定したときの、 指示値 から、 真値を推定する校正式(検量線)を確立する。
測定 第一段階 値を知りたい対象を測定し、 指示値 を得る。
第二段階 指示値 を 校正式に代入し、真値の推定値を得る。

調整とは、校正情報を使って、測定器が真値を示すように測定装置そのものに変更を加える作業です 20 )


校正の種類と想定関係式

  13 校正の種類と想定関係式
校正の種類 想定関係式 校正の考え方
無校正 指示値 をそのまま 測定値 とする
零点校正 零点の 指示値 の平均でαを推定する。
1次式校正 回帰分析 を使って、定数の校正と傾きの校正を同時に行う。

自動計測

キーエンス DeepSky(物体認識)と DeepSky-SS(良品学習)

研究不正

  14 研究不正(FFP)
項目 説明 事例
捏造 (fabrication) 実験していない データ を、でっちあげて、あたかも実験した データ のように表現してはいけません ディオパン事件 21 ) 22 )
改ざん (falsification)

データ情報を都合のいいように書き換えてはいけません。 で書かれた手書きの 文字は、改竄しづらいです。

盗用・剽窃 (plagiarism) 他人の 論文 やアイディアなどを無断でコピペしてはいけません。 デジタル技術の発達で、コピペが簡単になった分、盗用も簡単になりました。 たとえ、自分の既発表 論文でも、 引用 23 ) ではなくそのまま流用すると「自己剽窃」です。 図表 は、引用ではなく、転載なので原則として、転載許諾が必要です。
二重投稿 一度、公表した内容を使いまわしてはいけません。
不適切な オーサシップ 貢献していないのに、 著者として名を連ねてはいけません。 名義貸しです。名義借りはだめです。 他人の 論文や報告書を、代筆していけません。 *
査読不正 著者が、匿名査読者になりすまして査読してはいきません。 匿名査読者を特定し、査読に影響を与えてはいけません。 査読者が、査読中の論文の内容を、自分の内容として公表してはいけません。 ハゲタカジャーナル、ハゲタカ学会に投稿してはいけません。
不正行為の証拠隠滅 不正行為があったことの証拠を隠滅したり、立証を妨害してはいけません。

* *

データを改ざんしたり、捏造したりしてはいけません!


QC7つ道具

  15 QC七つ道具
手法 目的・特徴
データとグラフ 層別 24 )
パレート図
ヒストグラム 25 )
チェックシート * 5S活動の清掃チェックシート
要因・相関分析 特性要因図
散布図 * 26 ) 「特性」と「要因」との関係を調べたいときに使用します。 回帰分析
ばらつきの管理 管理図
DMAIC

新QC七つ道具では、言語情報を取りか使います。 テキストマイニングなどのWebアプリもあります。

統計的品質管理は、ある意味、製品 データから 情報を抽出する データサイエンスです。

27 ) 28 )
✍ 平常演習

参考文献

🏫 品質管理
q71
品質管理


QRコード
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名称: 教育用公開ウェブサービス
URL: 🔗 https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/
管理運用 山形大学 学術情報基盤センター

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