2018-12-04 09:51:56

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古代计量:计量在中国历史上称为"度量衡"。中国古代用人体的某一部分或其他的天然物、植物的果实作为计量标准,如"布手知尺"、"掬手为升"、"取权为重"、"过步定亩"、"滴水计时"来进行计量活动。

基本信息

  • 中文名

    计量

  • 外文名

    metrology

折叠 编辑本段 计量

折叠 定义

计量(拼音为:ji liáng)是指实现单位统一、量值准确可靠的活动。

《新华字典》中解释为:

①把一个暂时未知的量与一个已知的量做比较。如用尺量布,用体温计量体温。

②计算。如影响之大,是不可~的。

《辞海》中解释为:为确定量值而进行的一组操作。中国古代称为度量衡,其原始含义是关于长度、容积和质量的计量,主要器具为尺、斗、秤。随着科技的进步、生产的发展,对计量的要求越来越高,计量的概念和内容也在不断变化和发展,遂形成了现代计量,并出现了研究计量理论和实践的专门学科--计量学。

JJF 《通用计量术语及定义》中,在"计量学"、"测量"词目外,另增了"计量"(metrology)词条,定义为实现单位统一和量值准确可靠的活动。从定义中可以看出,它属于测量,源于测量,而又严于一般测量,它涉及整个测量领域,并按法律规定,对测量起着指导、监督、保证的作用。计量与其它测量一样,是人们理论联系实际,认识自然、改造自然的方法和手段。它是科技、经济和社会发展中必不可少的一项重要的技术基础。计量与测试是含义完全不同的两个概念。测试是具有试验性质的测量,也可理解为测量和试验的综合。它具有探索、分析、研究和试验的特征。

计量----MSA(测量系统分析)测量系统:是用来对被测特性赋值的操 作、程序、量具、软件、操作人员和环境 的集合;用来获得测量结果的整个过程。[1]

折叠 单位

计量单位是为定量表示同种量的大小而约定定义和采用的特定量。

中华人民共和国法定计量单位 国际单位制(SI)的单位 SI单位 SI基本单位共7个 SI导出单位 包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位,共21个 组合形式的SI导出单位 SI单位的倍数单位(包括SI单位的十进倍数单位和十进分数单位),共20 个。 国家选定的作为法定计量单位的非SI单位,共16个 由以上单位构成的组合形式的单位[2]

国际单位制(SI)[3]

量的符号

名称

单位符号

长度

l(L)

m

质量

m

千克

kg

时间

t

s

电流

I

安[培]

A

热力学温度

T

开[]

K

物质的量

n(v)

[]

mol

发光强度

I(Iv)

坎[德拉]

cd

折叠 编辑本段 发展史

古代计量:计量在中国历史上称为"度量衡"。中国古代用人体的某一部分或其他的天然物、植物的果实作为计量标准,如"布手知尺"、"掬手为升"、"取权为重"、"过步定亩"、"滴水计时"来进行计量活动。

公元前221年,秦始皇统一度量衡,不一致的度量衡制度在秦朝首次被统一起来,计量学在历史上首次引起重视。

公元9年,王莽铸造了"新莽嘉量",实证了汉承秦制。新莽时期还发明了游标卡尺,与现代游标卡尺结构相似,这标志着传统计量理论的成型。

东汉末年,用来被测路程的记里鼓车的出现,是人类计量的重大进步。

唐朝,度量衡制度进一步被完善,唐吕才制造的"四级补偿式浮箭漏刻"是目前记录最早的第一件精准的计时器。

元贞八年,杆称的出现及广泛应用也标志着计量学的渐趋成熟。

清康熙帝新自订营造尺,天平、铜砝码的出现标志着计量学又走上了一个新的台阶。

新中国成立后,计量制度开始统一,并建立了适应经济发展的新计量种类,实现了计量事业由传统向近代的转变,文化大革命之后,中国计量在法制化的道路上,进入了标准化和国际化的新阶段,进入了它的现代时期。

计量的特点有:准确性、一致性、溯源性、法制性。

折叠 编辑本段 研究内容

计量学研究的内容包括:

(1)计量单位及其基准、标准的建立、复制、保存和使用;

(2)量值传递、计量原理、计量方法、计量不确定度以及计量器具的计量特性;

(3)计量人员进行计量的能力;

(4)计量法制和管理;

(5)有关计量的一切理论和实际问题

折叠 编辑本段 分类

(1)

按工作分类:

科学计量:探索、先行的研究;

工程计量:工业企业的应用;

法制计量:政府强制管理。

(2)按专业把计量学划分为几何量、温度、力学、电磁学、电子、时间频率、电离辐射、光学、声学、化学(含标准物'质)等10大类。

(3)按任务分类:七类:通用、实用、理论、技术、法制、经济、品质。

(4)就学科而言,根据任务性质,计量学又可分为法制计量学、普通计量学、技术计量学、质量计量学、理论计量学等。

(5)国际法制计量组织(OIML)根据应用领域将计量学分为工业计量学、商业计量学、天文计量学、医用计量学等。

计量依据其领域可分为以下三类:

1、法制计量

法制计量,是为了保证公众安全,国民经济和社会发展,根据法制、技术和行政管理的需要,由政府或官方授权进行强制管理的计量,包括计量单位、计量器具(特别是计量基准、标准)、计量方法以及计量人员的专业技能等的明确规定和具体要求。法制计量主要涉及安全防护、医疗卫生、环境监测和贸易结算等有利害冲突或特殊领域的强制计量。例如,关于衡器、压力表、电表、水表、煤气表、血压计等的计量。

2、科学计量

科学计量主要是指基础性、探索性、先进性的计量科学研究,例如关于计量单位与单位制、计量基准与标准、物理常数、测量误差、测量不确定度与数据处理等。科学计量通常是计量科学研究单位,特别是国家计量科学研究机构的主要任务。

3、工业计量

工业计量也称工程计量,系指各种工程、工业企业中的应用计量。例如,关于能源、原材料的消耗、工艺流程的监控和产品质量与性能的计量测试等。工业计量涉及面广,是各行各业普遍开展的一种计量。

按计量学可分以下十类:

1、几何量计量

几何量计量通常称为长度计量,是最先形成和发展的一个计量科学领域。概括地说,几何量计量的内容是物体的几何尺寸、形状和位置,即几何量的"三大要素"。几何量计量的基本参量是长度和角度,以及由它们导出的平直度、表面粗糙度、园度、圆柱度、坡度、锥度、渐开线、螺旋线等,还包括万能量具的检定、光学仪器检定及生产中特殊零件的测量。几何量计量的基本单位是"米",符号为"m",它是国际单位制七个基本单位之一。 几何量计量常用的计量器具主要包括:量块、角度块、直尺、千分尺、游标卡尺、百分表、千分表、平晶、水平仪、测量显微镜、投影仪、园度仪、表面轮廓仪、齿轮测量仪器、测长仪、三座标测量机等。

2、温度计量

温度计量就是利用各种物质的热效应来计量物体的冷热程度。内容包括:超低温、低温、中温、高温、超高温、热量等项。温度计量单位为开〔尔文〕,符号为"K"。 温度计量常用的计量器具主要包括:水银温度计、热电偶、半导体点温计、体温计、动圈仪表、温度指示调节仪表、温度巡回检测仪、自动温度记录仪、干燥箱、恒温恒湿箱、培养箱、高低温试验箱等。

3、力学计量

力学计量包括质量、容量、密度、压力、真空、测力、力矩、硬度、冲击、速度、流量、振动、加速度等。力学计量常用的计量器具主要包括:砝码、天平、皮带秤、衡器、标准硬度块、硬度计、拉力表、测力机、负荷传感器、材料试验机、疲劳试验机、扭矩计、扭矩扳子、扭矩扳子检定装置、扭转试验机、测功机、加速度计、速度传感器、压力计、血压计、血压表、压力表、压力变送器、燃油加油机、密度计、流量计、水表、煤气表、雷达测速仪、测速仪、转速表等。

4、电磁计量

电磁计量是根据电磁原理,应用各种电磁标准器和电磁仪器、仪表,对各种电磁物理量进行测量。电磁计量包括电流、电动势、电阻、电感、电容、磁场强度、磁通量等。电磁计量常用的计量器具主要包括:标准电池、标准电压源、标准电流源、电阻器、电容器、互感器、电阻箱、电流表、电压表、功率表、兆欧表、磁通表、电能表、电能表检定装置、直流电位差计、直流电桥、交流电桥、万用表等。

5、无线电计量

无线电计量是指无线电技术所用全部频率范围内从超低频到微波的一切电气特性的测量。主要有高频电压、功率、相位、脉冲、阻抗、噪声、失真等。无线电计量常用的计量器具主要包括:信号发生器、调制分析仪、音频分析仪、失真度测量仪、示波器、函数发生器、脑电图机、心电图机、扫频仪、心电监护仪等。

6、时间频率计量

时间和空间是描述各种客观事物的发展运动变化的基本参量,时间和频率是描述周期现象的两个不同侧面。时间和频率在数学上互为倒数,它们共用同一个基准。计量单位为秒---"s"。时间频率计量常用的计量器具主要包括:频率合成器、石英晶体振荡器、频率计、通用电子计数器、秒表、时间间隔发生器、电子计时器、电话计时计费装置等。

7、电离辐射计量

也称放射性计量,是对那些能直接或间接引起电离的辐射(X射线、γ射线、伦琴射线、镭、铀钍元素的中子辐射)进行测量称之为电离辐射计量。电离辐射计量分为适度计量(或称强度计量)和剂量计量两个方面。它广泛应用于医疗卫生(如服用同位素、肝扫描都必须剂量诊断准确)、环保监测、原子能发电、探矿、探伤、石油管道去污定位以及应用于农业上的育种等。电离辐射计量常用的计量器具主要包括:工作用γ射线辐射源、医用CT扫描仪、辐射加工工作剂量计、X射线探伤机、X辐射防护仪器、剂量笔、γ辐射防护仪表、医用诊断X辐射源、固体工作剂量计、化学工作剂量计、伦琴计等。

8、光学计量

光学计量主要包括光强、光通量、亮度、照度、色度、辐射度、感光度、激光等。光学计量应用很广泛,现代建筑物的建造要进行光强度的计量,以达到规定的照度标准。在光谱学方面,需要测量光谱的光度。此外,软片、胶卷的感光度、光学玻璃的折射率、染印、颜料、电影、电视都需要准确的光度、色度、和色温计量。在国防上,如导弹的导向、特种摄影等更需要对激光、紫外线、红外线进行准确的测量。光学计量的基本单位是发光强度坎〔德拉〕,符号:cd。光学计量常用的计量器具主要包括:照度计、亮度计、标准色板、色差计、测色光谱光度计、医用激光源、焦度计、阿贝折射仪、角膜接触镜、瞳距测量仪、验光机、标准镜片、光谱分析仪、光泽度计、汽车前照灯检测仪等。

9、声学计量

声学计量是专门研究测量物质中声波的产生、转播、接收和影响特性。声强、声压、声功率是声学计量中三个重要的基本参量,其中声压应用最广泛。声学计量涉及到通信、广播、电影、电视、房屋建筑、医药卫生、航行、海防、语言、音乐、工农业生产,以及各种生产、生活与科学领域。声学计量常用的计量器具主要包括:传声器、声级计、超声探伤仪、超声测厚仪、医用超声源、超声功率源、听力计、助听器等。

10、化学计量

化学计量也称物理化学计量,是指对各种物质的成分和物理特性、基本物理常数的分析、测定。主要包括:酸碱度、气体分析、燃烧热、粘度、标准物质等。由计量部门通过发放标准物质进行量值传递是化学计量的显著特点。化学计量常用的计量器具主要包括:酸度计、浊度计、可见分光光度计、原子吸收分光光度计、荧光分光光度计、滤光光电比色计、烟度计、粘度计、热量计、粉尘浓度测定仪、烟尘浓度测定仪、液相色谱仪、气相色谱仪、电导率仪、电解式水分仪、一氧化碳测定仪、二氧化硫分析仪、定碳定硫分析仪、自动电位滴定仪、有毒有害可燃气体分析检测报警仪、元素分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、水分测定仪、常用玻璃量器、工业分析仪、酒精探测器等。

折叠 编辑本段 法规体系

我国的计量法规体系由三部分组成:

1)中华人民共和国计量法;

2)国务院制定(或批准)的计量行政法规和省、直辖市、自治区人大常委会制定的地方计量法规;

3)国务院计量行政部门制定的计量管理办法和技术规范,国务院有关部门制定的部门计量管理办法,县级以上人发政府计量行政部门制定的地方计量管理办法。

折叠 换算表

面积

1平方公里(km2)=100公顷(ha)=247.1英亩(acre)=0.386平方英里(mile2)

1平方米(m2)=10.764平方英尺(ft2)

1平方英寸(in2)=6.452平方厘米(cm2)

1公顷(ha)=10000平方米(m2)=2.471英亩(acre)

1英亩(acre)=0.4047公顷(ha)=4.047×10-3平方公里(km2)=4047平方米(m2)

1平方英尺(ft2)=0.093平方米(m2)

1平方米(m2)=10.764平方英尺(ft2)

1平方码(yd2)=0.8361平方米(m2)

1平方英里(mile2)=2.590平方公里(km2)

长度

1千米(km)=0.621英里(mile)1米(m)=3.281英尺(ft)=1.094码(yd)

1厘米(cm)=0.394英寸(in)1英寸(in)=2.54厘米(cm)

1海里(n mile)=1.852千米(km)1英寻(fm)=1.829(m)

1码(yd)=3英尺(ft)1杆(rad)=16.5英尺(ft)

1英里(mile)=1.609千米(km)1英尺(ft)=12英寸(in)

1英里(mile)=5280英尺(ft)1海里(n mile)=1.1516英里(mile)

质量

1长吨(long ton)=1.016吨(t)1千克(kg)=2.205磅(lb)

1磅(lb)=0.454千克(kg)[常衡] 1盎司(oz)=28.350克(g)

1短吨(sh.ton)=0.907吨(t)=2000磅(lb)

1吨(t)=1000千克(kg)=2205磅(lb)=1.102短吨(sh.ton)=0.984长吨(long ton)

密度

1磅/英尺3(lb/ft3)=16.02千克/米3(kg/m3)

API度=141.5/15.5℃时的比重-131.5

1磅/英加仑(lb/gal)=99.776千克/米3(kg/m3)

1波美密度(B)=140/15.5℃时的比重-130

1磅/英寸3(lb/in3)=27679.9千克/米3(kg/m3)

1磅/美加仑(lb/gal)=119.826千克/米3(kg/m3)

1磅/(石油)桶(lb/bbl)=2.853千克/米3(kg/m3)

1千克/米3(kg/m3)=0.001克/厘米3(g/cm3)=0.0624磅/英尺3(lb/ft3)

运动粘度

1斯(St)=10-4米2/秒(m2/s)=1厘米2/秒(cm2/s)

1英尺2/秒(ft2/s)=9.29030×10-2米2/秒(m2/s)

1厘斯(cSt)=10-6米2/秒(m2/s)=1毫米2/秒(mm2/s)

动力粘度

动力粘度1泊(P)=0.1帕·秒(Pa·s)1厘泊(cP)=10-3帕·秒(Pa·s)

1磅力秒/英尺2(lbf·s/ft2)=47.8803帕·秒(Pa·s)

1千克力秒/米2(kgf·s、m2)=9.80665帕·秒(Pa·s)

1牛顿(N)=0.225磅力(lbf)=0.102千克力(kgf)

1千克力(kgf)=9.81牛(N)

1磅力(lbf)=4.45牛顿(N)1达因(dyn)=10-5牛顿(N)

温度

K=5/9(°F+459.67)K=℃+273.15

n℃=(5/9·n+32) °F n°F=[(n-32)×5/9]℃

1°F=5/9℃(温度差)

压力

压力1巴(bar)=105帕(Pa)1达因/厘米2(dyn/cm2)=0.1帕(Pa)

1托(Torr)=133.322帕(Pa)1毫米汞柱(mmHg)=133.322帕(Pa)

1毫米水柱(mmH2O)=9.80665帕(Pa)1工程大气压=98.0665千帕(kPa)

1千帕(kPa)=0.145磅力/英寸2(psi)=0.0102千克力/厘米2(kgf/cm2)=0.0098大气压(atm)

1磅力/英寸2(psi)=6.895千帕(kPa)=0.0703千克力/厘米2(kg/cm2)=0.0689巴(bar)

=0.068大气压(atm)

1物理大气压(atm)=101.325千帕(kPa)=14.696磅/英寸2(psi)=1.0333巴(bar)

传热系数

1千卡/米2·时(kcal/m2·h)=1.16279瓦/米2(w/m2)

1千卡/(米2·时·℃)〔1kcal/(m2·h·℃)〕=1.16279瓦/(米2·开尔文)〔w/(m2·K)〕

1英热单位/(英尺2·时·°F)〔Btu/(ft2·h·°F)〕=5.67826瓦/(米2·开尔文)〔(w/m2·K)〕

1米2·时·℃/千卡(m2·h·℃/kcal)=0.86000米2·开尔文/瓦(m2·K/W)

热导率

1千卡(米·时·℃)〔kcal/(m·h·℃)〕=1.16279瓦/(米·开尔文)〔W/(m·K)〕

1英热单位/(英尺·时·°F)〔But/(ft·h·°F) =1.7303瓦/(米·开尔文)〔W/(m·K)〕

比容热

1千卡/(千克·℃)〔kcal/(kg·℃)〕=1英热单位/(磅·°F)〔Btu/(lb·°F)〕

=4186.8焦耳/(千克·开尔文)〔J/(kg·K)〕

热功

1卡(cal)=4.1868焦耳(J)1大卡=4186.75焦耳(J)

1千克力米(kgf·m)=9.80665焦耳(J)

1英热单位(Btu)=1055.06焦耳(J)

1千瓦小时(kW·h)=3.6×106焦耳(J)

1英尺磅力(ft·lbf)=1.35582焦耳(J)

1米制马力小时(hp·h)=2.64779×106焦耳(J)

1英马力小时(UKHp·h)=2.68452×106焦耳

1焦耳=0.10204千克·米

=2.778×10-7千瓦·小时

=3.777×10-7公制马力小时

=3.723×10-7英制马力小时

=2.389×10-4千卡

=9.48×10-4英热单位相关知识

折叠 十大计量

当前, 比较成熟和普遍开展的计量科技领域有:几何量(长度)、热工、力学、 电磁、无线电、时间频率、声学、光学、化学和电离辐射,即所谓"十大计量"。

几何量计量表征有形物体的几何特征和质点的空间位置。涉及波长、刻线量具、光栅、感应器同步器、量块、多面体、角度等具体的测量。生活中常用到直尺、钢卷尺,在军事和交通中广泛应用的卫星定位系统等,都是长度计量的研究成果。

力学计量是涉及质量、力值、密度、容量、力矩、机械功率、压力、真空、流量以及位移、速度、加速度、硬度等量的测量。

如市场上的公平秤、电子计价秤、水表、燃气表、出租车计价器等准确与否都是由力学计量来保证的。

电磁计量涉及的专业范困包括直流和又流的阻抗和电量、精密交直流测量仪器仪表、模数/数模转换技术、磁通量、磁性材料和磁记录材料、磁测量仪器仪表以及量子计量等。

主要服务领域为:通讯、航天、国防、 电子、家电、医疗、科研、电视、服务等领域。如报时服务,各类(手机、电话、停车)服务计时等。

声学计量是研究声压、声强、声强、声功率和响度、听力损失等量的测量。

如噪声测量、交通噪声、环境噪声、建筑声学、电声学的测量,对于科研生产、国防和国民经济的发展起到了积极作用。

光学计量的对象有光源、光探测器、光学介质、光学元件以及光学仪器。其中光源包括自然光源、人工光源、激光等。光学计量涉及辐射强度、辐射照度、辐射亮度等参数。

如日常生活中灯、汽车灯亮度的测量,色彩的测量等。

化学计量主要针对热量、粘度、密度、电导率、浊度等物质化学特性的测量。

折叠 记忆口诀

光和电磁力长时发生热

解释: 这句话描述了一个能量转换的过程,熵增原理。

其中每个字代表一类计量:

光:光学计量

和:与"核"音同,电离辐射(核辐射)计量

电:无线电(电子)计量

磁:电磁计量

力:力学计量

长:长度(几何量)计量

时:时间频率计量

发:与"化"音近,化学计量

生:与"声"音同,声学计量

热:热工(温度)计量

折叠 世界计量日

简介

1999年10月11日至15日第21届国际计量大会在法国巴黎国际计量局召开,为了使各国政府和公众了解计量,鼓励和推动各国计量领域的发展,加强各国在计量领域的国际交流与合作,大会确定每年5月20日为世界计量日,并得到国际法制计量组织的认同。

1875年5月20日20个国家中的17个全权代表签订了闻名世界的"米制公约",所以该日被定为世界计量日。该"公约"及其附则,促成了各签字国共同出经费办常设的科学机构,即国际计量局(BIPM),局址确定在法国。这就是米制的摇篮。国际计量局由国际计量大会(CGPM)和科学专家委员会即"国际计量委员会"(CIPM)管辖。其目的是保证"米制的国际间的统一和发展"。

从2000年5月20日起,世界各国开始了宣传世界计量日一系列活动。国际法制计量组织(OIML)在2001年OIML主席理事会上宣布,鼓励各国的国家计量机构利用5月20日世界计量日开展活动。"世界计量日"的确定,使人类对计量的认识跃上一个新的高度,也使计量对社会的影响进入一个新的阶段。

主题

2015年:计量与光

2014年:计量与全球能源挑战

2013年:计量与生活

2012年:计量与安全

2011年:计量检测.健康生活

2010年:计量·科学发展,副题为"计量-科技创新之桥"、"计量-质量提升之桥"、"计量-公平正义之桥";

2009年:计量与质量、计量与民生、计量与节约能源;

2008年:计量与能源、计量与体育、计量与民生;

2007年:能源计量与节能降耗和污染减排;

2006年:计量与节约能源;

2005年:计量与能源;

2004年:计量与节能;

2003年:计量在你身边;

2002年:计量与科技;

2001年:计量保证质量。

折叠 编辑本段 作用意义

随着科技和经济的发展、社会的进步,计量的作用和意义已日益明显。下面略举几例:

1.计量与科学技术

众所周知,科学技术是人类生存和发展的一个重要基础。没有科学技术,便不可能有人类的今天。其实,计量本身就是科学技术的一个重要的组成部分。任何科学技术,都是为了探讨、分析、研究、掌握和利用事物的客观规律;而所有的事物都是由一定的"量"组成,并通过"量"来体现的。为了认识量并确切地获得其量值,只有通过计量。比如,哥白尼关于天体运行的学说,是在反复观察的基础上提出的,并在伽利略用天文望远镜进行了进一步观测之后而确立的;著名的万有引力定律,被牛顿的敏锐观察所揭示,并在百余年后经卡文迪许的精密测试而得到了确认;爱因斯坦的相对论,也是在频率精密测量的基础上才得到了一定的验证;李政道、杨振宁关于弱相互作用下宇称不守恒的理论,也是吴健雄等人在美国标准局(金标准技术研究院)进行了专门的测试才验证的。总之,从经典的牛顿力学到现代的量子力学,各种定律、定理,都是经过观察、分析、研究、推理和实际验证才被揭示、承认和确立。计量正是上述过程的重要技术基础。

历史上三次大的技术革命,都充分地依靠了计量,同时也促进了计量的发展。

以蒸汽机的广泛应用为主军标志的第一次技术革命,导致以机器为主的工厂取代了以手工为基础的作坊,使生产力得以迅速提高,进而确立了资本主义的生产方式。当时,经典力学和热力学是社会科技发展的重要理论基础。在蒸汽机的研制和应用的过程中,都需要对蒸汽压力、热膨胀系数、燃料的燃烧效率、能量的转换等进行大量的计量测试。力学计量和热工计量,就是在这种情况下发展起来的。另外,机械工业的兴起,使几何量的计量得到了进一步的发展。

以电的产生和应用为基本标志的第二次技术革命,更加推动了社会的发展。欧姆定律、法拉第电磁感应定律,以及麦克斯韦电磁波理论等,为电磁现象的深入研究和广泛应用、电磁计量和无线电计量的开展,提供了重要的理论基础。例如,1821年西贝克发现的热电效应,为热电偶的诞生奠定了理论基础;而各种热电偶的研制成功,则对温度计量、电工计量、以及无线电计量等提供了一种重要手段,促进了相应科技的发展。为了实际测量地球运动的相对速率,迈克尔逊等人利用物理学的成就,研制出了迈克尔逊干涉仪,从而为长度计量提供了一个重要方法。1892年,迈克尔逊用镐光(单色红光)作为干涉仪的光源,测量了保存于巴黎的铂铱合金基准米尺的长度,获得了相当准确的结果(等于1 553 163.5个红光波长)。直至百余年后的今天,利用各种干涉仪精密测量长度,仍然是几何量计量的一种重要方法。普朗克关于能量状态的量子化假说,指出物体在辐射和吸收能量时,其带电的线性谐振子可以和周围的电磁场交换能量,以致能从一个能级跃迁到另一个能级状态,并且能量子的能量为?E=hυ(式中h--普朗克常数,υ--频率)。爱因斯坦在普朗克假说的基础上,提出了光不仅具有波动性,而且还具有粒子性,即光是以速度c运动的粒子(光子)流,其单元(光子)的能量为?E=hυ,从而说明不同频率的光子具有不同的能量。上述理论成功地解释了光电效应,成了热辐射计量的理论基础,同时也使计量开始从宏观进入微观领域。随着量子力学、核物理学的创立与发展,电离辐射计量逐渐形成。

核能及化工等的开发与应用,导致了第三次技术革命。在这个时期,科学技术和社会经济的发展更加迅速。原子能、化工、半导体、电子计算机、超导、激光、遥感、宇航等新技术的广泛应用,使计量日趋现代化,计量的宏观实物基准逐步向量子(自然)基准过渡。原子频标的建立和米的新定义的形成,有着相当重要的意义。频率和长度的精密测量,促进了现代科技的发展。比如,光速的测定、原子光谱的超精细结构的探测以及航海、航天、遥感、激光、微电子学等许多科技领域,都是以频率和长度的精密测量为重要基础的。

至于人们广泛谈论和关注的所谓第四次技术革命,将引起科技、经济和社会的重大变革,人类将进入"超工业社会"或"信息社会"。那时,不可再生的石化燃料能源将替换成可再生的太阳能、海潮发电等新能源,钢铁、机械、橡胶等传统产业将被电子工业、宇航工程、海洋工程、遗传工程等新兴产业所征服,等等。这场技术革命的先导是微电子学和计算机,而集成电路又可以说是先导的核心。集成电路的研制,没有相应的计量保证是不可想象的。比如,硅单晶的几何参数、物理特性,超纯水、超纯气的纯度,化学试剂、光刻胶的性能,膜层厚度、层错位错,离子注入深度、浓度、均匀度以及工艺监控测试图形等的测定与控制,都是精密测量。当前,我国集成电路研制尚比较落后,计量工作跟不上是其中的原因之一。

总之,科学技术的发展,特别是物理学的成就,为计量的发展创造了重要的前提,同时也对计量提出了更高的要求,推动了计量的发展;而计量的成就,又促进了科技的发展。正如门捷列夫所说:"没有计量,便没有科学"。聂荣臻同志也曾明确指出:"科技要发展,计量须先行";"没有计量,寸步难行"。

2.计量与生产

计量对工业生产的作用和意义是很明显的。社会化大生产的本身就要求有高度的计量保证。生产的发展,大体上可分为三个阶段,即以经验为主的阶段,半经验、半科学阶段和科学阶段。计量则是科学生产的技术基础。从原材料的筛选到定额投料,从工艺流程监控到产品的品质检验,都离不开计量。例如,一辆普通的载重汽车有9000多个零件,由上百个工厂生产,若没有一定的计量保证,就无法装配成功。某地方中型钢铁厂轧钢板的耗油量,原来是每吨300余公斤,后来由于对废气、空气量、燃烧供热量以及温度等进行了计量监控,结果使能耗下降到每吨40公斤。原先,某钢厂的冶金炉,所用的重油燃料靠人工经验控制,根本不计量;为了火旺,总是多投料,结果燃烧不彻底,黑烟滚滚,既多耗油,又污染环境,以致连年亏损。后来,安装了计量仪表,对燃料进行了监控,使加油量保持在最佳值,既节约了油料,又减少了污染,同时还提高了炼钢效率,结果很快就出现了扭亏为盈的新局面。某玛钢厂是我国生产玛钢制品的第一大厂。过去,能耗一直居高不下,是当地耗能的重点户。为摸清原因,该厂对十余种主要设备进行了热平衡测试,并取得了大量数据,从而计算出设备热平衡和能耗的基本关系,初步掌握了能源利用的规律,找出了能耗严重的主要原因并相应地安装了监测仪表。例如,退火窑的热效率原约为8%,监测控制后则提高到12%以上,退火时间由60小时降到35小时,一年就节煤近2 000吨、节电26 000余千瓦小时(度)。结果,一年下来,全厂的用水量下降了21%,节电约600 000千瓦小时,综合能耗下降了约10%,产值提高了22%。

近几年,国外经济发达国家,把优质的原材料、先进的工艺装备和现代的计量检测手段,视为现代化生产的三大支柱。其实,优质原材料的制取与筛选、先进工艺装备的配备与流程的监控,也都离不开计量测试。例如,国外先进生产线的产品品质高,次、废品少或几乎没有,其中重要的因素就是充分利用了在线测量与监控技术。至于所谓的柔性生产(制造)系统,更需要现代计量检测手段的技术保证。

至于农业生产,特别是现代化的农业生产,亦必须有计量保证。例如,为了科学种田,就必须通过计量来掌握土壤的酸碱度、盐分、水分、有机质和氮、磷、钾的含量以及温度等。在盐水选种、温汤或药剂浸种、适温催芽和离心脱水等过程中,亦都要靠一定的计量保证。电离辐射育种,是近几年发展起来的一项重要增产措施。我国已用该法培育出了许多农作物新品种,其中鲁棉一号可使棉花大面积地成倍增产。利用电离辐射实现农产品和食物的防腐保鲜,亦是新兴辐射加工工业的一个重要方面。所有这些,都需要相应的计量保证,否则不仅达不到预期的效果,而且会造成不应有的损失。另外,在田间管理上,也离不开计量。例如,既要合理密植,又要间作套种,这就需要对植株光合作用的照度等进行必要的计量。

事实充分表明,科学生产和技术革新,都离不开计量测试。

3.计量与人民生活

计量对人民生活的意义是相当明显的。生产过程的计量不容忽视,生活中的计量则更应关注。它直接触动人们的切身利益,而且有时非常敏感。例如,日常买卖中的计量器具是否准确,家用电表、煤气表和水表是否合格,以至公共交通的时刻是否准确等,都会对人们的生活产生一定的影响。

民以食为天。粮食是生活的必需品,任何人都离不开它。粮食的品质直接关系到人们的健康。在粮食生产的过程中,施化肥可以增产,洒农药可以除虫。但化肥和农药大多对人体有害,必须控制在一定的剂量之内,否则将会导致积累性中毒,造成严重的后果。某些农药,如六六六等,许多国家,包括我国,已明令禁止使用。近几年来,一些发达国家在积极探索完全不使用化肥和农药的新式农业,即所谓的"生态农业",很值得关注。倘能成功并予以推广,将会对人类的生存和发展产生深远的影响。

食品的保鲜,是人们越来越关注的一个问题。医学界已经证明,粮食及其制品,发霉变质会产生黄曲霉素,人和动物食用后容易致癌。另外,食品在加工过程中,往往要加入一些添加剂,如色素、味素、防腐剂等,都应对其进行必要的计量检测,以控制用量,否则会导致不良后果,危害人们的健康。所以,粮食及其制品的生产、贮存和加工,都离不开计量。

副食品,特别是水产品、肉、蛋和蔬菜的冷冻保鲜,人们已普遍采用。对此,温度的控制很重要,温度过低会对食品的色、香、味甚至营养起破坏作用;温度过高则不易保存。这也只有通过相应的计量才能予以保证。

近几年,城市的各种污染日益严重,几乎成了难以根除的公害。世界各国,特别是比较发达的国家,对环境保护都相当重视。其中,关键的一环,就是进行有效的计量监测与控制,诸如对大气、水质及噪声等。至于水和空气对人生的重要性,是不言而喻的。社会调查表明,一些水质良好、空气新鲜的地区,特别是山区,人们的平均寿命较长;相反地,水质不好、空气污染严重的地区,人们的发病率较高,寿命普遍较低。近几年,通过对空气的计量测试,发现当空气中的负离子浓度较大时,会感到空气格外新鲜,对人们有一定的医疗保健作用。这也是往往将休养所、疗养院、保健院等建于山区、林中或海滨、湖畔的原因之一。

在医疗卫生方面,计量测试的作用亦越来越明显。现代医学对疾病的预防、诊断和治疗,都离不开计量测试。例如,测量体温、血压,作心电图、脑电图以及各种化验等,皆是常见的计量测试。对于癌症,人们都很关注,是目前死亡率最高的疾病之一。据美国专家的估计,大约总人口的1/4,在其一生中可能患有各种癌症。当然发病与否,患病的程度各不相同。如今,有的国家癌症患者已逾百万。其中,约70%的患者接受放射线治疗,但治愈者仅40%左右。这里,要求肿瘤部位所受到放射线照射的剂量准确到±5%。因为,剂量小了,不足以抑制和杀伤癌细胞;剂量大了,则会使患者遭受不应有的损伤。这也只有靠计量来保证。

4.计量与贸易

计量与国内贸易,前面已略有涉及并且一般亦有所感受;下面将只谈一下计量与国际贸易。

外贸当中需要计量的事例很多。例如,过去我国出口苹果,只凭观察外表或直接品尝,而没有采取计量手段。有的外商便借以刁难,随意削价。其实,对苹果的成熟度的计量很简单,只要定出与成熟度相应的硬度值,用普通的硬度计测一下就可以了。再如,我国出口原油,过去由于港口缺乏准确可靠的计量设备,往往采取宁可多装些油而避免索赔的作法,甚至出现多给了油,却被船主以超重为由提出索赔的憾事。当前我国原油的年产量已突破1.4亿吨,每年都有相当数量的原油出口。一般港口对原油的计量精度约为0.5%。若将精度提高,那怕只提高0.1%或更少,一年便可少损失大量的原油,不仅可获得明显伪经济效益,而且也体现了我国的计量水平。

至于我国进口的货物,数量不足、品质不符的情况,时有发生。例如,前不久,天津从外国进口了价值数百万美元的硅钢片,经计量检测,发现品质不合格,便向外商提出索赔。结果,在准确的计量数据面前,外商不得不认错,并进行了赔偿。我国进口了一批化肥,经计量检测发现份量明显不足,甚至比包装袋上的标称重量少百分之十几。

人们越来越认识到,计量是保证产品品质、提高商品在市场上的竞争力的重要措施。对

于国际贸易,计量更是消除贸易,计量更是消除贸易技术壁垒的重要手段。

5.计量与国防

计量对国防,特别是尖端技术的重要性,尤为突出。国防尖端系统庞大复杂,涉及的科技领域广,技术难度高,要求计量的参数多、精度高、量程大、频带宽。比如,由于飞行器与地面的距离不断增大,对通信、跟踪、测轨、定位等都相应地提出了更高的要求。就卫星来说;军用通讯同步卫星距地面可达35 800km,而核爆炸检测卫星距地面则远达112 280 km,用无线电联系,就必须有大功率的发射机和高灵敏度的接收机,因而必须对大功率、低噪声、大衰减和小电压等主要参数进行相应的计量测试。这不但要研究测试方法和设备,而且要建立相应的计量标准。当前,地面设备的发射平均功率已可达几十千瓦,接收机的噪声温度已能低于15K。为提高对飞行器的控制能力,对跟踪、定位、测速等的精度要求越来越高,不仅对电子参数,而且对设备加工和伺服控制元件亦提出了更严格的要求。在连续波计量系统中,为保证测速精度达到每秒几厘米,地面频标的短期稳定度应在10以上。在宇航系统中,地面设备之间的联系、地面对空间飞行器的探测、控制,都要高速的传输和处理大量数据。因此,要求传送信号的频带很宽而且精度很高。国际上通讯和广播卫星将普遍使用11GHz~14GHz、20GHz一40GHz或更高频段,不断向毫米波、亚毫米波迈进。这就必须研制新的元器件、部件以至整机,从而对计量测试亦必然提出相府的新的要求。

对国防尖端技术系统来说,工作环境比较特殊,往往要在现场进行有效的计量测试,难度较大。例如,飞行器在运输、发射、运行、回收等过程中,要经历一系列诸如振动、冲击、高温、低温、高湿、强辐射等恶劣环境。当弹头进入大气层时,要经受几千度以上的超高温;提高接收机灵敏度的关键部件一般要在液氦的超低温下工作;主发动机推力可达几十兆牛,而姿态控制发动机的推力则只有几厘牛。原子弹、氢弹等核武器的研制与爆炸威力实验,对计量都有特殊要求,必须进行动态压力、动态温度、脉冲流量,以及核辐射等一系列计量测试。

由于计量测试提供了所需的数据,保证了各部件、分系统和整个系统的可靠性;同时,还可以缩短研制周期,节约人力、物力和时间。例如,美国一航空喷气发动机公司,在研制一种新型发动机的过程中,需要进行一系列的计量测试。当计量仪器的误差为0.75σ时,需要进行200次实验,耗资2 000万美元;当仪器的测量误差减小到0.5σ时,只需要进行28次实验,耗资仅280万美元。

在1991年的海湾战争中,"爱国者"导弹之所以能够成功地拦截"飞毛腿"导弹,准确的计量测试是重要的原因之一。

可见,在国防建设中,计量测试是极其重要的技术基础,具有明显的技术保障作用,不仅可以节约资金;争取时间、提高作战能力,而且还能为指挥员的判断与决策提供可靠的依据。

从上面的一些事例,已可看出,计量是科学技术进步、经济和社会发展的重要技术基础。另一方面,随着形势的发展,对计量的要求亦越来越高,特别是对准确度和可靠性的要求尤为突出,7从而激励了计量本身的发展。如今,可以毫不夸张地说,任何科学、任何部门、任何行业以至任何活动,都直接或间接地、有意或无意地需要计量。计量水平的高低,已成为衡量一个国家的科技、经济和社会发展程度的重要标志之一。[4]

6。计量是市场经济的重要保证

计量科学技术对建立和维护社会主义市场经济体制起着十分重要的作用。这是因为"量"是一切客观事物及其运动的表现形式,它反映着客观事物的内在性质、相互联系和运动规律。随着人类社会的发展,市场经济体制的不断完善,各种活动日益社会化,特别是在贸易往来、科技交流等活动中,对同一"量"应有相对一致的测量结果,这就需要靠计量单位的统一和测量的准确可靠,也就是说,要靠计量来保证,否则社会经济秩序就要发生混乱,生产、流通就不能正常进行,科学实验、高技术的研究与发展也会遇到困难,对外经济贸易和科技文化交流也无法开展。正如聂荣臻元帅讲的那样,"科学技术发展到今天,可以说,没有计量寸步难行。""科技要发展,计量需先行",在社会主义市场经济中,计量是必不可缺少的技术基础。我国已颁布的《中华人民共和国计量法》、《中华人民共和国强制检定的工作计量器具管理办法》、《零售商品称重计量监督规定》、《定量包装商品计量监督规定》、《商品量计量违法行为处罚规定》等法律法规,都体现了计量在市场经济中的重要作用。

7.计量是科学研究的重要手段

在自然科学的发展中,计量工作是人们正确认识自然现象、掌握自然规律、验证科学预见不可缺少的手段。例如,美籍华人吴建雄博士就是通过精密测量,用实验方法在美国国家标准技术研究院的实验室里验证了世界著名物理学家诺贝尔奖获得者李政道和杨振宁二位博士所提出的弱相互作用下的宇称不守恒理论。在生命现象、引力波、地球科学、材料学、信息学等研究中,都需要精密的计量测试。在工业生产中,不仅一般零部件的加工、安装需要计量测试手段。在信息高速公路、高层建筑、高速电梯的建设中,在光纤的生产、激光器件的制造和大地测量以及大规模集成电路的生产中,对几何量、折射率分布、带宽等参数的计量测试不确定度也在不断地提高要求。在医疗卫生中,计量不准往往会造成人身事故。放射治疗肿瘤,X射线和γ射线的剂量大小与治疗效果有着密切关系。

如果射线剂量超过标准,患者好的组织就会被烧伤或损坏,如果射线剂量不足,则达不到治疗效果。分光光度计不准,会造成肝功能的分析结果不可靠等等。计算机产业、黑色和有色冶金行业、新能源、环境科技的开发与生产、国防建设等都需要计量科学技术。计量不但涉及到各经济领域,也与人民的生活和安全息息相关。在航天、航空、航海、导航、采矿、地震、电力、石化、轻纺、运输、气象、通信等方面,计量都起到了重要的保证作用。

8.计量是工艺控制产品质量检验的重要手段

在现代化的生产过程中,产品质量和企业效益的提高是企业的根本。没有精确的计量仪器和测量方法,就难以保证产品的质量和效益的提高。这是因为从原材料、元器件进厂的检测和分析,到整个生产加工的质量监控,直到成品检验,以及物料和能源的消耗情况都需要计量提供准确的数据。质量的管理与效益的提高,必须建立在计量科学技术的基础上。例如:企业通过计量创名牌等形式的工作从整体上提高了企业基础工作和生产水平,使企业计量得到加强,计量管理和计量检测都上了一个台阶,建立了素质很强的计量队伍,从而对提高产品质量、节能降耗、提高经济效益起到了积极的作用。

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