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도량형학

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목차

1. 개요

도량형학은 측정과 관련된 과학으로, 측정의 정확성, 표준화, 그리고 그 적용을 연구하는 학문이다. 고대 이집트에서 시작되어 프랑스 혁명을 거치며 발전해 왔으며, 과학 계량, 산업 계량, 법정 계량의 세 분야로 나뉜다. 과학 계량은 측정 표준을 연구하고, 산업 계량은 산업 현장에서 측정 장비의 기능을 관리하며, 법정 계량은 상거래 등에서 측정의 정확성을 보장한다. 국제도량형국(BIPM)을 비롯한 여러 국제 기구들이 도량형학의 발전을 위해 협력하며, 국제단위계(SI)를 통해 측정 단위를 통일하고 있다. 도량형학은 경제, 무역, 소비자 보호, 환경, 건강 등 사회 전반에 걸쳐 광범위한 영향을 미친다.

2. 역사

측정의 역사는 고대 문명에서부터 시작되었으며, 표준화된 측정 단위는 문명의 발전에 필수적이었다.[6] 최초의 영구적인 표준 기록은 기원전 2900년 고대 이집트에서 찾아볼 수 있는데, 당시 왕립 이집트 큐빗이 검은 화강암으로 조각되었다.[6] 큐빗은 파라오의 팔뚝 길이와 손 너비를 합한 것으로 규정되었으며, 복제된 표준이 건축가들에게 주어졌다.[4] 기자 피라미드 단지 건설에 표준화된 길이가 성공적으로 적용된 것은 기단의 길이가 0.05%를 넘지 않는다는 사실로 입증된다.[6]

중국에서는 무게와 척도가 반 종교적인 의미를 지녔으며, 고공기에 의해 다양한 공예에 사용되었고, 예기를 비롯한 저울대 및 다른 도구에도 언급되었다.[7]

다른 문명들도 일반적으로 인정되는 측정 표준을 만들어냈으며, 로마와 그리스 건축은 뚜렷한 측정 시스템을 기반으로 했다.[6] 제국의 붕괴와 뒤이은 암흑 시대는 많은 측정 지식과 표준화를 잃었다. 지역적인 측정 시스템이 일반적이었지만, 많은 지역 시스템이 호환되지 않아 비교가 어려웠다.[6] 잉글랜드는 1196년에 길이 측정을 위한 표준을 만들기 위해 측량 규정을 제정했으며, 1215년 마그나 카르타에는 와인과 맥주 측정을 위한 조항이 포함되었다.[8]

현대 도량형학에 대한 자세한 내용은 #미터법과 국제단위계 하위 섹션을 참조하면 된다.

2. 1. 미터법과 국제단위계

현대 도량형학은 프랑스 혁명에서 그 뿌리를 찾을 수 있다. 프랑스 전역의 단위를 통일하려는 정치적 동기로, 자연에 기초한 길이 표준이 제안되었다.[6] 1791년 3월, 미터가 정의되었다.[9] 이는 1795년에 10진법 기반의 미터법 제정으로 이어졌고, 1795년과 1875년 사이에 여러 국가들이 미터법을 채택했다. 국제적 통일성을 위해 미터 협약에 따라 국제도량형국(Bureau International des Poids et Mesures프랑스어, BIPM)이 설립되었다.[4][9] BIPM의 초기 임무는 측정 단위의 국제 표준을 만들어 국가 표준과 연결하여 일관성을 보장하는 것이었지만, 이후 전기, 광도측정 단위, 전리 방사선 측정 표준을 포함하도록 범위가 확대되었다.[9] 미터법은 1960년 제11차 국제도량형총회(Conference Generale des Poids et Mesures프랑스어, CGPM) 결의에 따라 국제단위계(SI)를 창설하면서 현대화되었다.[4]

3. 분야

계량학은 크게 세 가지 주요 분야로 나뉜다.[3]


  • 과학 계량: 측정 표준의 연구, 개발 및 유지 관리를 다룬다.
  • 산업 계량: 산업 현장(생산, 물류 프로세스 등)에서 사용되는 측정기의 적절한 기능 확보 및 교정과 관련된 분야이다.
  • 법정 계량: 상거래 등에서 사용되는 측정의 정확성을 보장하고, 관련 법규를 정비하는 것을 다룬다.


이 세 분야는 서로 배타적이지 않으며, 일정 부분 공통점을 가진다. 특히 산업 계량은 자원, 공업, 물류, 의료, 환경 등 광범위한 분야와 관련되며, 계측 공학이라는 별도의 분야를 형성할 정도로 중요한 과제들이 많다.

3. 1. 과학 계량

과학 계량학은 측정 단위 설정, 새로운 측정 방법 개발, 측정 표준 실현, 그리고 이러한 표준을 사회에 전달하는 것과 관련이 있다.[11][4] 이는 최고 수준의 정확도를 추구하는 최상위 계량학 분야이다.[11] 국제도량형국(BIPM)은 전 세계 연구소의 계량적 교정 및 측정 능력 데이터베이스를 유지하며, 활동이 동료 검토를 거치는 이 연구소들은 계량 추적성을 위한 기본 기준점을 제공한다. BIPM은 음향, 전기 및 자기, 길이, 질량 및 관련 수량, 광도 및 방사 측정, 전리 방사선, 시간 및 주파수, 온도 측정, 화학의 9가지 계량 분야를 확인했다.[12]

2019년 5월부터 물리적 객체는 기본 단위를 정의하지 않는다.[13] 기본 단위 변경의 동기는 전체 시스템을 물리 상수에서 파생되도록 하는 것이었으며, 이는 단위 정의가 의존하는 마지막 인공물인 원기 킬로그램을 제거해야 했다.[14] 과학 계량학은 기본 단위의 정확한 정의를 위해 물리 상수의 정확한 측정이 필요하기 때문에 이러한 단위 재정의에 중요한 역할을 한다. 인공물 없이 킬로그램 값을 재정의하려면 플랑크 상수 값을 10억 분의 20 이내로 알아야 한다.[15] 과학 계량학은 키블 저울 및 아보가드로 프로젝트 개발을 통해 킬로그램 재정의를 허용할 수 있을 정도로 불확실성이 낮은 플랑크 상수 값을 생성했다.[14]

과학적 방법에서는 객관적이고 측정 가능한 사실에 기반하여 논의가 전개되므로 계량학이 필수적이다. 뛰어난 측정 도구는 측정 정밀도와 정확성을 향상시켜 학술 연구를 더욱 발전시킬 수 있다.

한편, 계량학 발전에는 기술 분야, 특히 과학 기술 분야의 발달이 필수적이다. 이는 미터의 정의 변화를 보면 알 수 있다. 미터는 지구 크기를 기준으로 제정되었지만, 이후 연구를 통해 지구가 단순한 구가 아니라는 사실이 밝혀졌기 때문에 미터 원기에 의한 정의로 변경되었다. 그러나 원기의 정밀도에 한계가 있다는 지적이 제기되었고, 이후 크립톤-86원소가 진공에서 발하는 전자기 스펙트럼 기준을 거쳐 현재는 광속이 기준이 되고 있다. 전자기학, 지구과학 등의 발전, 금속 가공 기술 발달, 고도 장치 제조 기술 발달 등, 단위 실현을 위한 과학 기술 연구 개발에 의해 미터 정의가 더욱 고정밀화된 것으로 진화해 간 것을 알 수 있다.

3. 2. 산업 계량

응용, 기술 또는 산업 계측은 제조 및 기타 공정에 대한 측정의 적용과 사회에서의 사용, 측정 장비의 적합성, 교정 및 품질 관리를 보장하는 것과 관련이 있다.[11] 양질의 측정을 생산하는 것은 최종 제품의 가치와 품질에 영향을 미치고 생산 비용에 10~15%의 영향을 미치기 때문에 산업에서 중요하다.[3] 계측 분야의 강조점은 측정 자체에 있지만, 측정 장치의 교정 추적성은 측정에 대한 신뢰를 보장하는 데 필요하다. 산업에서의 계측 역량 인정은 상호 인정 협정, 인정 또는 동료 검토를 통해 달성할 수 있다.[3] 산업 계측은 국가의 경제 및 산업 발전에 중요하며, 국가의 산업 계측 프로그램의 상태는 경제적 지위를 나타낼 수 있다.[4]

산업 계량은 자원, 공업, 물류, 의료, 환경 등 경제 사회의 극히 광범위한 분야와 관계하며, 계측기기 개발·제조, 장치의 정비·이용 (계장) 등, 공학에 특화된 과제가 매우 많다. 이러한 과제는 계측 공학으로 하나의 분야를 형성한다.

산업 혁명 이후 인류 사회의 대량 생산에는 균질하고 정돈된 공업 제품을 다수 제조하는 것이 요구된다. 이를 가능하게 하는 것은 물체의 정확하고 빠른 계량이며, 계량학의 발전은 산업적 부가가치 창출과 직결되어 왔다.

대한민국에서는 계량의 기준을 정하고 적정한 계량의 실시를 확보할 목적으로 계량법이 제정되어 있다. 또한, 계량기의 검사나 계량 관리를 주된 직무로 하며, 거래나 증명 등에서 신뢰받는 적정한 계량을 확보하기 위한 국가 자격으로 계량사가 있다.

3. 3. 법정 계량

법정 계량은 법적 요구 사항에서 비롯되는 측정, 단위, 측정 기기 및 측정 방법과 관련된 활동을 다룬다.[3] 법정 계량은 상거래 등에 사용되는 측정의 정확성을 보장하고 관련 법규를 정비한다.legal metrology영어

측정은 모든 사람이 공통의 기준을 사용하여 수행해야 하므로, 그 공통성을 보장하고 유지하기 위해서는 정부의 관여와 법에 의한 규제가 필요하다. 해당 조항을 준수하지 않는 계량기가 시장에 유통되는 것을 방지하는 것은 정부의 책임이다.

또한, 계량기 외의 제품에 대해서도 제품의 크기나 양이 표시와 일치해야 한다. 소정의 요건에 적합한 제품을 제조하는 것은 제조자의 책임이며, 이를 충족하지 못하는 제품은 시장에서 철수시키는 것이 정부의 책임이다.

이 때문에, 예를 들어 일본에서는 계량의 기준을 정하고 적정한 계량의 실시를 확보할 목적으로 계량법이 제정되어 있다. 또한, 계량기의 검사나 계량 관리를 주된 직무로 하며, 거래나 증명 등에서 신뢰받는 적정한 계량을 확보하기 위한 국가 자격으로 계량사가 있다.

4. 개념

도량형학은 국제도량형국(BIPM)에 의해 "과학 및 기술의 모든 분야에서 불확실성의 모든 수준에서 실험적 및 이론적 결정을 모두 포함하는 측정 과학"으로 정의된다.[10] 이는 인간 활동에 매우 중요한 단위에 대한 공통된 이해를 확립한다.[11]

도량형학은 광범위한 분야이지만, 다음 세 가지 기본 활동으로 요약할 수 있다.[11][3]


  • 국제적으로 인정된 측정 단위의 정의
  • 실제 측정에서 이러한 측정 단위의 구현
  • 추적성 체인(측정을 참조 표준에 연결)의 적용


이러한 개념은 과학 도량형학, 응용, 기술 또는 산업 도량형학 및 법정 도량형학이라는 도량형학의 세 가지 주요 분야에 다양한 정도로 적용된다.[3]

측정이란 어떤 양을 정해진 일정한 "기준"과 비교하여 수치 또는 부호로 나타내는 것이다. 예를 들어, 일상적으로 길이를 측정할 때는 자나 줄자를 사용하고, 기계 공장 등에서 보다 정밀한 측정이 필요할 때는 마이크로미터를 사용한다.

계량학(metrology)은 고대 그리스어 μέτρονgrc(metron, 저울, 자)와 λόγοςgrc(logos, 말, 논리)에서 유래되었다. Metrology는 때때로 측정 행위 자체를 가리키기도 한다. 한편, 측정과 관련된 기술은 각 분야에서 각각 독자적으로 발전했기 때문에 일본어 용어는 통일되어 있지 않고, 영어와의 대응 관계도 일대일이 아니다. Metrology에 해당하는 번역어로는 "계량학", "측정학", "계측학", "도량형학" 등 다양하다.

4. 1. 측정 단위

국제단위계(SI)는 길이, 질량, 시간, 전류, 열역학적 온도, 물질량, 광도의 7가지 기본 단위를 정의한다.[19] 각 단위는 상호 독립적이며, 정의된 상수로부터 직접 구성된다.[20] 다른 모든 SI 단위는 이 7가지 기본 단위의 거듭제곱의 곱으로 표현된다.[20]

SI 기본 단위와 표준
기본 물리량이름기호정의
시간초s세슘-133 원자 바닥 상태의 두 초미세 구조 준위 간 전이에 해당하는 복사선의 9192631770 주기의 지속 시간[20]
길이미터m진공에서 빛이 1/299792458 초 동안 이동한 경로의 길이[20]
질량킬로그램kg(2019년 기준) "... 플랑크 상수 h의 고정된 수치값을 J s 단위로 표현할 때..."로 정의됨[20]
전류암페어A(2019년 기준) "... 기본 전하 e의 고정된 수치값을 C 단위로 표현할 때..."로 정의됨[20]
열역학적 온도켈빈K(2019년 기준) "... 볼츠만 상수 k의 고정된 수치값을 J K−1 단위로 표현할 때..."로 정의됨[20]
물질량몰mol(2019년 기준) "... 정확히 개의 기본 개체를 포함한다. 이 숫자는 mol−1 단위로 표현될 때 아보가드로 상수 NA의 고정된 수치값이다..."[20]
광도칸델라cd주어진 방향으로 540 x 1012 Hz의 단색 복사를 방출하는 광원의 광도는 해당 방향으로 스테라디안당 1/683 와트의 복사 강도를 가짐[20]



기본 단위는 SI 단위로 측정되는 모든 측정의 기준이 되므로, 기준값이 변경되면 이전의 모든 측정값은 부정확해진다. 국제도량형국(BIPM)은 이러한 이유로 모든 SI 기본 단위를 물리 상수로 정의하는 작업을 완료했다.[22]

SI 기본 단위를 물체나 특정 물질이 아닌 물리 상수로 정의함으로써, 더 높은 수준의 정밀도와 재현성으로 단위를 실현할 수 있다.[4] 2019년 5월 20일 SI 개정으로 킬로그램, 암페어, 켈빈, 몰은 각각 플랑크 상수(h), 기본 전하(e), 볼츠만 상수(k), 아보가드로 상수 (NA)에 대한 정확한 수치값을 설정하여 정의된다. 초, 미터, 칸델라는 이전부터 물리 상수(각각 세슘 표준 (Δ''ν''Cs), 광속(c), 540 x 1012 Hz 가시광선의 광시감도(''K''cd))에 의해 정의되었으며, 현재 정의에 맞게 수정되었다. 새로운 정의는 어떤 단위의 크기도 변경하지 않고 SI를 개선하여 기존 측정과의 연속성을 보장한다.[23][20]

4. 2. 단위의 실현

측정 단위의 실현은 그 정의를 현실로 만드는 과정이다.[24] 계량학 국제 어휘(VIM)에서는 측정 단위 실현의 세 가지 방법을 다음과 같이 정의한다.[25]

  • 정의로부터 단위의 물리적 실현
  • 옴의 양자 홀 효과와 같이, 정의를 재현하는 고도로 재현 가능한 측정
  • 측정 표준으로 물질 객체 사용[25]


미터의 경우, 과거에는 미터 원기 제작을 통해 단위를 실현했지만, 현재는 요오드로 안정화된 헬륨 네온 레이저를 사용한다.[56]

4. 3. 표준

표준(에탈론)은 물리량의 측정 단위와 정의된 관계를 가진 물체, 시스템 또는 실험이다.[26] 표준은 측정 장치를 비교할 수 있는 단위로 실현, 보존 또는 재현함으로써 계량 시스템의 기본적인 기준이 된다.[11] 계량학의 계층 구조에는 1차, 2차 및 실무 표준의 세 가지 수준이 있다.[27] 1차 표준(최고 품질)은 다른 표준을 참조하지 않는다. 2차 표준은 1차 표준을 기준으로 교정된다. 측정 기기 또는 기타 물질 측정값을 교정(또는 확인)하는 데 사용되는 실무 표준은 2차 표준을 기준으로 교정된다. 계층 구조는 상위 표준의 품질을 보존한다.[4] 표준의 예로는 길이의 게이지 블록이 있다. 게이지 블록은 정확하게 평평하고 평행하게 연마된 두 개의 반대 면이 있는 금속 또는 세라믹 블록으로, 정확한 거리를 두고 떨어져 있다.[28] 1/299,792,458초 동안 진공에서 빛의 경로 길이는 게이지 블록과 같은 인공물 표준으로 구현된다. 이 게이지 블록은 기계식 비교기를 통해 2차 표준을 교정하는 데 사용할 수 있는 1차 표준이 된다.[29]

4. 4. 추적성 및 교정

도량형 추적성은 "측정 결과가 문서화된 끊김 없는 일련의 교정을 통해 참조에 연결될 수 있는 측정 결과의 속성으로, 각 교정은 측정 불확도에 기여한다"라고 정의된다.[30] 이를 통해 동일 실험실의 이전 결과, 1년 전의 측정 결과, 또는 전 세계 어디에서 수행된 측정 결과와 측정을 비교할 수 있다.[31] 추적성 체인은 모든 측정을 단위의 원래 정의까지 거슬러 올라가 상위 수준의 측정에 참조할 수 있도록 한다.[11]

교정은 측정 기기의 정확도를 확인하고 추적성을 제공하는 과정이다. 추적성은 교정을 통해 직접적으로 얻어지며, 추적 가능한 표준 측정 기기의 표시와 비교기(또는 비교 측정 기기)의 값 간의 관계를 설정한다. 이 과정을 통해 교정되는 장치(비교기)의 측정 값과 불확도가 결정되고 측정 표준에 대한 추적성 링크가 생성된다.[4] 교정의 주요 이유는 다음과 같다.[11]

  • 추적성 제공
  • 기기(또는 표준)가 다른 측정과 일치하는지 확인
  • 정확도 결정
  • 신뢰성 확립


추적성은 피라미드 형태로 작동하며, 최상위에는 세계 표준을 보유한 국제 표준이 있다. 다음 단계는 국제 표준을 추적할 수 있는 기본 표준을 보유한 국립 도량형 기관이다. 국립 도량형 기관의 표준은 지역 실험실 표준에 대한 추적 가능한 링크를 설정하는 데 사용되며, 이러한 실험실 표준은 다시 산업 및 시험 연구소에 대한 추적 가능한 링크를 설정하는 데 사용된다. 국립 도량형 기관, 교정 연구소, 산업 및 시험 연구소 간의 이러한 후속 교정을 통해 단위 정의의 실현이 피라미드를 통해 전파된다.[31] 추적성 체인은 피라미드 바닥에서 위로 작동하며, 산업 및 시험 연구소에서 수행한 측정은 교정을 통해 생성된 추적성 체인을 통해 최상위의 단위 정의와 직접 관련될 수 있다.[4]

4. 5. 불확도

측정 불확도는 측정과 관련된 값으로, 피측정량과 관련된 가능한 값의 범위를 나타낸다. 이는 측정에 존재하는 불확실성을 정량적으로 표현한 것이다.[32] 측정 불확도에는 불확도 구간의 폭과 신뢰 수준, 두 가지 요소가 있다.[33] 불확도 구간은 측정값이 포함될 것으로 예상되는 값의 범위이며, 신뢰 수준은 참값이 불확도 구간 안에 포함될 가능성을 나타낸다. 불확도는 일반적으로 다음과 같이 표현된다.[4]

: Y = y \pm U

: 커버리지 팩터: ''k'' = 2

여기서 ''y''는 측정값, ''U''는 불확도 값, ''k''는 커버리지 팩터(불확도 분포가 정규 분포일 경우 표준 편차와 동일)로 신뢰 구간을 나타낸다. 불확도 구간의 상한과 하한은 측정값에 불확도 값을 더하고 빼서 결정할 수 있다. 커버리지 팩터 ''k'' = 2는 일반적으로 측정값이 불확도 구간 안에 포함될 95%의 신뢰도를 나타낸다.[4] ''k'' 값이 다르면 구간에 대한 신뢰도도 달라지는데, 예를 들어 ''k'' = 1과 ''k'' = 3은 각각 66%와 99.7%의 신뢰도를 나타낸다.[33] 불확도 값은 보정의 통계적 분석과 측정 과정의 다른 오차로부터의 불확도 기여를 조합하여 결정되며, 이는 기기 이력, 제조업체의 사양 또는 공개된 정보와 같은 출처에서 평가할 수 있다.[33]

5. 국제 협력

프랑스 혁명을 계기로 미터법이 제정된 이후, 현대 도량형학은 국제적인 협력을 통해 발전해왔다. 특히 미터 협약은 국제적인 도량형 협력을 위한 중요한 기반을 마련했다.[4][9]

미터 협약에 따라 설립된 세 개의 주요 국제기구는 다음과 같다.

기구명역할설명
국제도량형총회(CGPM)의사 결정 기구회원국 대표들의 회의를 통해 도량형 관련 주요 의사 결정을 담당한다.
국제도량형위원회(CIPM)이사 기관도량형학자들로 구성된 자문 위원회로, CGPM에 자문을 제공한다.
국제도량형국(BIPM)연구 기관CGPM과 CIPM을 위한 사무 및 실험 시설을 제공하고, 국제 표준을 관리한다.



이 외에도 국제법정계량기구(OIML), 계측, 인증 및 표준화에서의 개발 도상국 지원 조정 합동 위원회(JCDCMAS) 등 다양한 국제기구들이 도량형학의 발전을 위해 협력하고 있다. 또한, 국제 표준화 기구(ISO), 국제 전기 표준 회의(IEC)와 같은 표준화 단체, 국제 순수·응용 화학 연합(IUPAC), 국제 순수·응용 물리학 연합(IUPAP) 등의 국제 학술 기관, 세계 무역 기구(WTO) 등의 국제 연합 기구도 도량형학과 관련된 활동을 한다.

각국의 국가측정표준기관(NMI)은 지역별 계량 조직(RMO)을 통해 협력 체계를 구축하고 있다.[33] 주요 RMO는 다음과 같다.

각 대륙의 지역 계량 조직


RMO관할 지역
아시아 태평양 계량 계획 (APMP)동아시아, 동남아시아, 남아시아, 오세아니아
아프리카 내 계량 시스템 (AFRIMETS)아프리카
아메리카 대륙 계량 시스템 (SIM)북아메리카, 남아메리카
유럽-아시아 국가 계량 표준 기관 협력 기구 (COOMET)동유럽, 북아시아
유럽 국가 계량 표준 기관 협회 (EURAMET)서유럽, 북유럽, 남유럽


5. 1. 국제도량형총회 (CGPM)

미터 협약은 도량형의 표준화를 촉진하기 위해 세 개의 주요 국제 기구를 설립했다. 그 중 하나인 국제도량형총회(CGPM)는 회원국의 대표들을 위한 회의를 제공한다.[35]

국제도량형총회(Conférence générale des poids et mesures프랑스어|CGPM)는 미터 협약의 주요 의사 결정 기구로, 회원국의 대표와 비투표 참관인으로 구성된다.[35] 이 회의는 일반적으로 4~6년마다 열려 국제도량형위원회(CIPM) 보고서를 접수하고 논의하며, CIPM의 권고에 따라 국제단위계(SI)의 새로운 발전을 승인한다. 2018년 11월 13일부터 16일까지 열린 마지막 회의에서는 국제도량형위원회(CIPM)가 제안한 4개의 기본 단위 재정의에 대한 투표가 있었고,[36] 새로운 정의는 2019년 5월 20일에 발효되었다.[37][38]

측정에서 가장 우선적인 과제는 통일된 단위의 이용과 그 크기의 일치이다. 측정자에 따라 기준이 다르면 측정은 의미가 없어지기 때문이다. 미터 협약 이후, 국제기구를 통한 긴밀한 협력 체제를 통해 도량형의 통일이 유지되어 왔기 때문에 계량학에 관한 국제적인 체제는 매우 잘 정비되어 있다.

5. 2. 국제도량형위원회 (CIPM)

국제 도량형 위원회(Comité international des poids et mesures프랑스어|CIPM)는 총회 (도량형)(CGPM)이 행정 및 기술 문제에 관해 조언하기 위해 지명한, 과학적 지위가 높은 회원국의 18명(원래 14명)[39]으로 구성된다. 위원회는 각각 도량형의 다른 측면을 연구하는 10개의 자문 위원회(CC)를 담당한다. 온도 측정, 질량 측정 등을 논의하는 위원회가 있다. CIPM은 매년 세브르에서 회의를 열어 CC의 보고서를 논의하고, BIPM의 행정 및 재정에 관한 연례 보고서를 회원국 정부에 제출하며, 필요에 따라 CGPM에 기술적인 자문을 제공한다. CIPM의 각 위원은 다른 회원국 출신이며, 프랑스는 협약 설립에 기여한 역할을 인정받아 항상 한 자리를 갖는다.[40][41]

5. 3. 국제도량형국 (BIPM)

국제도량형국(Bureau international des poids et mesures|뷔로 앵테르나쇼날 데 푸아 제 메쥐르프랑스어)은 프랑스 세브르에 위치한 기관으로, 킬로그램 국제 원기를 보관하고, 국제도량형총회(CGPM) 및 국제도량형위원회(CIPM)에 대한 도량형 서비스를 제공하며, 해당 기구의 사무국을 두고 회의를 주최한다.[42][43] 수년에 걸쳐, 미터와 킬로그램의 원기가 재보정을 위해 BIPM 본부로 반환되었다.[43] BIPM 국장은 CIPM의 당연직 구성원이며 모든 자문 위원회의 구성원이다.[44]

BIPM seal: three women, one holding a measuring stick
BIPM 인장

5. 4. 국제법정계량기구 (OIML)

국제 법정 계량 기구(Organisation Internationale de Métrologie Légale, OIML)는 국제 무역을 촉진하기 위해 법정 계량 절차를 세계적으로 조화시키기 위해 1955년에 설립된 정부 간 기구이다.[45] 이러한 조화는 무역에서 측정을 신뢰하고 불일치 및 측정 중복 비용을 줄여준다.[46]

OIML은 측정 기기에 대한 상호 승인 협정(MAA)을 제공하며, 이 협정에 따라 한 국가에서 인증받은 측정 기기의 평가 및 시험 보고서는 모든 참여 국가에서 수용될 수 있다.[47] 이는 측정 장치 및 이에 의존하는 제품의 국제 거래를 원활하게 한다.

OIML은 다음 4가지 범주의 국제 보고서를 발행한다.[46]

  • 권고: 측정 기기의 계량 특성 및 적합성을 설정하기 위한 모델 규정
  • 정보 문서: 법정 계량 조화를 위해
  • 법정 계량 적용을 위한 지침
  • 기본 간행물: OIML 구조 및 시스템의 운영 규칙 정의


OIML은 회원국에 권고 및 지침을 부과할 법적 권한은 없지만, 각 국가가 표준화된 법적 프레임워크를 개발하도록 지원한다.[46]

5. 5. 국제시험기관 인정협력기구 (ILAC)

국제 시험기관 인정 협력 기구(ILAC)는 적합성 평가 기관 인증에 관여하는 인정 기구들을 위한 국제 기구이다.[48] ILAC는 인정 관행 및 절차를 표준화하고, 유능한 교정 시설을 인정하며, 자체 인정 기구를 개발하는 국가를 지원한다.[11] ILAC는 원래 1977년, 무역을 용이하게 하기 위해 인정된 시험 및 교정 결과에 대한 국제 협력을 개발하기 위한 회의로 시작되었다.[4] 2000년, 36개 회원국이 ILAC 상호 인정 협정(MRA)에 서명하여 회원국 간의 업무가 다른 서명국에서 자동으로 인정되도록 했으며, 2012년에는 검사 기관의 인정까지 확대되었다.[4][49] 이러한 표준화를 통해 서명국에서 인정받은 실험실에서 수행된 작업은 MRA를 통해 국제적으로 자동 인정된다.[50] ILAC가 수행하는 기타 활동으로는 시험기관 및 검사 기관 인정 촉진, 개발 도상국의 인정 시스템 개발 지원 등이 있다.[50]

5. 6. 도량형학 지침 공동 위원회 (JCGM)

도량형학 지침 공동 위원회(JCGM)는 ''불확도 표현 지침''(GUM)[51]과 ''국제 도량형 용어집 - 기본 및 일반 개념 및 관련 용어''(VIM)를 만들고 관리하는 위원회이다.[52] JCGM은 다음 8개 파트너 기관의 협력으로 이루어진다:[52]

JCGM에는 두 개의 실무 그룹이 있다. JCGM-WG1은 GUM을 담당하고, JCGM-WG2는 VIM을 담당한다.[53] 각 회원 기관은 각 회의에 참석할 대표 1명과 전문가 2명까지, 그리고 각 실무 그룹에 전문가 3명까지 임명할 수 있다.[52]

6. 대한민국의 국가 측정 시스템

대한민국의 국가 측정 시스템(NMS)은 한국표준과학연구원(KRISS)을 중심으로 교정 기관, 인정 기관 등이 협력하여 구성된다. 국가 측정 시스템은 측정 표준을 설정하여 해당 국가에서 수행되는 측정의 정확성, 일관성, 비교 가능성 및 신뢰성을 보장한다.[55]

국제도량형위원회 상호 인정 협정(CIPM MRA) 회원국 간에는 측정 결과가 상호 인정된다.[11] 2018년 3월 현재 CIPM MRA에는 58개 회원국, 40개 준회원국, 4개의 국제기구를 포함하여 102개 서명국이 있다.[56]

각국은 계량학에 특화된 연구 기관을 설치하고 있으며, 이를 국가계량표준기관(NMI)이라고 부른다. 다음은 주요 국가들의 NMI 목록이다.

국가기관약칭
미국미국 국립 표준 기술 연구소NIST
영국영국 국립 물리 연구소NPL
인도인도 국립 물리 연구소NPL
오스트레일리아오스트레일리아 연방 과학 산업 연구 기구CSIRO
대한민국한국표준과학연구원KRISS
싱가포르싱가포르 과학기술청 국립계량센터NMC/A*STAR
태국태국 국가 계량 표준 기관NIMT
중화인민공화국중국 계량 과학 연구원NIM
독일독일 연방 물리 기술 연구소PTB
일본산업기술종합연구소 계량표준종합센터NMIJ/AIST
프랑스프랑스 국립 계량 시험 연구소LNE



대한민국의 NMS는 한국표준과학연구원 외에도 교정 기관과 인정 기관으로 구성된다. 교정 기관은 산업 현장에서 사용하는 측정 장비의 교정을 담당하며,[54] 인정 기관은 인력 및 관리 시스템 평가를 통해 해당 기관의 서비스 제공 능력을 인정한다.[54]

6. 1. 한국표준과학연구원 (KRISS)

대한민국의 국가 계측 기관(NMI)은 한국표준과학연구원(KRISS)이다.[71] 한국표준과학연구원은 Korea Research Institute of Standards and Science영어의 약자로, 국가 표준을 유지하고 과학 계측을 수행한다.

국가기관약칭
대한민국한국표준과학연구원KRISS



한국표준과학연구원은 측정 표준 확립, 측정 기술 개발, 산업 지원 등을 통해 대한민국의 과학 기술 발전과 경제 성장에 기여하고 있다. 특히, 더불어민주당은 한국표준과학연구원의 연구 개발 역량 강화와 산업 지원 확대를 통해 국가 경쟁력을 높이는 데 주력하고 있다.

6. 2. 교정 기관

교정 시험소는 주로 산업 현장에서 사용하는 측정 장비의 교정을 담당한다.[54] 교정 시험소는 인증을 받아 산업체에 교정 서비스를 제공하고, 국가 계량 표준 기관으로의 소급성 연결을 제공한다. 즉, 인증받은 교정 시험소는 기업이 국가 계량 표준을 따르도록 돕는다.[11]

6. 3. 인정 기관

어떤 기관이 인력 및 관리 시스템 평가를 통해 해당 서비스를 제공할 능력이 있다고 권위 있는 기관으로부터 인정받으면 해당 기관은 인정을 받는다.[54] 국제적인 인정을 받기 위해 한 국가의 인정 기관은 국제적인 요구 사항을 준수해야 하며, 이는 일반적으로 국제 및 지역 협력의 결과이다.[54] 실험실은 시험 및 교정 실험실의 능력에 대한 일반적인 요구 사항인 ISO/IEC 17025와 같은 국제 표준에 따라 평가된다.[11] 객관적이고 기술적으로 신뢰할 수 있는 인정을 보장하기 위해 해당 기관은 다른 국가 측정 시스템 기관과 독립적으로 운영된다.[54] 인정 기관의 예로는 호주의 전국 시험 기관 협회(National Association of Testing Authorities)[62]와 영국 인정 서비스(United Kingdom Accreditation Service)[63]가 있다.

7. 사회적 영향

도량형학은 경제, 에너지, 환경, 건강, 제조, 산업, 소비자 신뢰 등 여러 분야에 광범위한 영향을 미친다.[64][65] 특히, 도량형학이 무역과 경제에 미치는 영향은 매우 크다. 국가 간 공정하고 정확한 무역을 위해서는 합의된 측정 시스템이 필수적이다.[65] 물, 연료, 식량, 전기 등의 정확한 측정 및 규제는 소비자 보호에 중요하며, 무역 파트너 간 상품 및 서비스 교류를 촉진한다.[66]

공통 측정 시스템과 품질 표준은 소비자와 생산자 모두에게 이익이 된다. 공통 표준에 따른 생산은 비용과 소비자 위험을 줄여 제품이 소비자 요구를 충족하도록 보장한다.[65] 거래 비용은 규모의 경제를 통해 감소한다. 여러 연구에 따르면 측정 표준화 증가는 GDP에 긍정적인 영향을 미친다. 영국의 경우 1921년부터 2013년까지 GDP 성장률의 약 28.4%가 표준화의 결과였으며, 캐나다에서는 1981년과 2004년 사이에 GDP 성장률의 약 9%가 표준화와 관련되었다. 독일에서는 표준화의 연간 경제적 이익이 GDP의 약 0.72%로 추정된다.[65]

법적 도량형학은 레이더 건 및 호흡 측정기와 같은 측정 장치의 효율성과 신뢰성을 개선하여 사고로 인한 사망 및 부상을 줄였다.[66] 인체 측정은 반복성과 재현성이 낮아 어려운 과제이지만, 도량형학의 발전은 의료를 개선하고 비용을 절감하는 새로운 기술을 개발하는 데 도움이 된다.[67] 환경 정책은 연구 데이터를 기반으로 하며, 정확한 측정은 기후 변화 및 환경 규제를 평가하는 데 중요하다.[68]

도량형학은 혁신을 지원하는 데도 필수적이다. 측정 능력은 새로운 아이디어를 구축하고, 쉽게 시연하고, 공유할 수 있는 기술 플랫폼을 제공하여 새로운 아이디어를 탐구하고 확장할 수 있게 한다.[65]

산업 혁명 이후 인류 사회의 대량 생산에는 균질하고 정돈된 공업 제품을 다수 제조하는 것이 필요하다. 이를 가능하게 하는 것은 물체의 정확하고 빠른 계량이며, 계량학의 발전은 산업적 부가가치 창출과 직결되어 왔다. 실제로 각국의 계량 표준 기관은 일본 (NMIJ)의 경우 경제산업성 소관, 미국 (NIST)의 경우 상무성 소관 하에 놓여 있다는 사실은, 계량학이 통상 분야에서 중요시되는 것임을 보여준다.

측정은 모든 사람이 공통의 기준을 사용하여 수행해야 하므로, 그 공통성을 보장하고 유지하기 위해서는 정부의 관여와 법에 의한 규제가 필요하다. 해당 조항을 준수하지 않는 계량기가 시장에 유통되는 것을 방지하는 것은 정부의 책임이다.

또한, 계량기 외의 제품에 대해서도 제품의 크기나 양이 표시와 일치해야 한다. 소정의 요건에 적합한 제품을 제조하는 것은 제조자의 책임이며, 이를 충족하지 못하는 제품은 시장에서 철수시키는 것이 정부의 책임이다.

이 때문에, 예를 들어 일본에서는 계량의 기준을 정하고 적정한 계량의 실시를 확보할 목적으로 계량법이 제정되어 있다. 또한, 계량기의 검사나 계량 관리를 주된 직무로 하며, 거래나 증명 등에서 신뢰받는 적정한 계량을 확보하기 위한 국가 자격으로 계량사가 있다.

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