計(jì)量基礎(chǔ)知識(shí)

12/12計(jì)量基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)量起源計(jì)量起源于古代各國(guó)，沿用已久的各不相同的計(jì)量單位和有關(guān)的制度不可能自發(fā)地統(tǒng)一。即使是一國(guó)范圍內(nèi)統(tǒng)一計(jì)量制度，也只有借助于政府的作用才可能實(shí)現(xiàn)。公元前221年，中國(guó)的秦始皇曾下詔全國(guó)統(tǒng)一度量衡就是一個(gè)明顯的例證。早期的計(jì)量相當(dāng)于所指的法制計(jì)量，只是范圍較窄，主要限于與貿(mào)易和稅收有關(guān)的測(cè)量而已。計(jì)量管理工作的主要部分——法制計(jì)量，歷來(lái)是由政府所主導(dǎo)的一項(xiàng)社會(huì)事業(yè)。大致18世紀(jì)開(kāi)始，由于國(guó)際貿(mào)易和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，歐洲國(guó)家之間出現(xiàn)統(tǒng)一計(jì)量制度的需求。1867年舉行的巴黎博覽會(huì)上專門成立了“度量衡和貨幣委員會(huì)”，以處理因計(jì)量單位不同而產(chǎn)生的問(wèn)題。1875年和1955年簽訂的《米制公約》和《國(guó)際法制計(jì)量組織公約》，都屬于政府間的多邊協(xié)議，相應(yīng)成立的兩個(gè)國(guó)際組織也都是政府間的組織。

計(jì)量的發(fā)展具有悠久的歷史，大體上可以分為原始、經(jīng)典和現(xiàn)代三個(gè)階段。

原始階段以經(jīng)驗(yàn)和權(quán)力為主，大多利用人、動(dòng)物或自然物作為計(jì)量基準(zhǔn)。例如，中國(guó)古代的布手知足、掬手為升、十發(fā)為程、黃鐘律管等；相傳在大禹治水時(shí)，就用了“準(zhǔn)繩”和“規(guī)”、“矩”等計(jì)量器具體；公元前221年，秦始皇統(tǒng)一中國(guó)后即頒布詔書，建立了全國(guó)統(tǒng)一的度量衡制度，其中度制和量制的大部分采用了十進(jìn)制，并實(shí)行定期檢定計(jì)量器具的法制管理(見(jiàn)中國(guó)古代度量衡史)。古埃及的尺度是以人的胳膊到指尖的距離為依據(jù)的，稱之為“腕尺”(約46厘米)。英國(guó)的碼是亨利一世將其手臂向前平伸，從其鼻尖到指尖的距離(1yd=0.9144m)；英尺是查理曼大帝的腳長(zhǎng)(1ft=0.3038m)；英寸是英王埃德加的手指關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度(lin=25.4mm)；而英畝則是兩牛同軛，一日翻耕土地的面積(1英畝=4.05X103平方米)。

經(jīng)典階段一個(gè)以宏觀現(xiàn)象與人工實(shí)物為科學(xué)基礎(chǔ)的階段。標(biāo)志是1875年簽訂的《米制公約》。包括根據(jù)地球子午線1/4長(zhǎng)度的一千萬(wàn)分之一建立了鉑銥合金制的米源器；根據(jù)1m3水在規(guī)定溫度下的質(zhì)量建立了鉑銥合金制的千克源器；根據(jù)地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)周期確定了時(shí)間(歷書時(shí))單位秒等。它們形成一種基于所謂自然不變的米制，并成為國(guó)際單位制的基礎(chǔ)。但是這類宏觀實(shí)物基準(zhǔn)隨著時(shí)間的推移或地點(diǎn)的變動(dòng)，其量值不可避免的受物理或化學(xué)性能緩慢變化的影響而發(fā)生漂移，從而影響了復(fù)現(xiàn)、保存，并限制了準(zhǔn)確度的提高。實(shí)際上英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家J.C麥克斯韋在1870年曾指出，長(zhǎng)度、質(zhì)量和時(shí)間應(yīng)當(dāng)建立在原子波長(zhǎng)、頻率和原子質(zhì)量中，而不是在運(yùn)動(dòng)著的星體或物體上。

現(xiàn)代階段以量子理論為基礎(chǔ)，由宏觀實(shí)物基準(zhǔn)過(guò)渡到微觀量子基準(zhǔn)。國(guó)際上已正式確立的量子基準(zhǔn)有長(zhǎng)度單位米基準(zhǔn)、時(shí)間單位秒基準(zhǔn)、電壓?jiǎn)挝环鼗鶞?zhǔn)和電阻單位歐姆基準(zhǔn)。從經(jīng)典理論來(lái)看，物質(zhì)世界在做連續(xù)、漸進(jìn)的宏觀運(yùn)動(dòng)；而在微觀量子體系中，事物的發(fā)展是不連續(xù)的、跳躍的，也是量子化的。由于原子的能級(jí)非常穩(wěn)定，躍遷時(shí)輻射信號(hào)的周期自然也非常穩(wěn)定，因此，躍遷所對(duì)應(yīng)的量值是固定不變的。這類微觀量子基準(zhǔn)，包括1960年用氪86原子的特定能級(jí)躍遷所定義的米、1967年用銫133原子特定能級(jí)躍遷所定義的秒等，提高了SI基本單位實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。但是他們?nèi)耘c某種原子的特定量子躍遷過(guò)程有關(guān)，因而尚不具備普適性。顯然，最好的方案莫過(guò)于用基本物理常量(普適常量)來(lái)定義計(jì)量單位。例如，1983年將米定義為光在真空中在1/299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)所行進(jìn)的長(zhǎng)度，即認(rèn)為真空中光速作為一個(gè)定義值恒為299792458米/秒(約為30萬(wàn)公里/秒)；而長(zhǎng)度事實(shí)上變成了時(shí)間(頻率)的導(dǎo)出量。這種定義通過(guò)不變的光速給出了空間和時(shí)間的聯(lián)系，使得新定義的米只依賴于目前測(cè)量不確定度最小(10－15量級(jí))的頻率，從而具有準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、可靠性和普適性。

計(jì)量的意義：

計(jì)量的意義（從質(zhì)量、安全、社會(huì)、企業(yè)、成本等方面考慮）。

①保證產(chǎn)品質(zhì)量：沒(méi)有準(zhǔn)確一致的計(jì)量器具來(lái)保證，產(chǎn)品就實(shí)現(xiàn)不了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的要求，既影響生產(chǎn)效率，又影響產(chǎn)品質(zhì)量。

②保障安全生產(chǎn)：工業(yè)生產(chǎn)中使用計(jì)量?jī)x表準(zhǔn)確與，不僅關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量，而且有的計(jì)量?jī)x表失準(zhǔn)會(huì)危及人們的生命安全。

③對(duì)整個(gè)社會(huì)來(lái)說(shuō)：計(jì)量在保障人民生活和身體健康中有非常大的作用，計(jì)量滲透到社會(huì)的各個(gè)方面，如醫(yī)療衛(wèi)生、社會(huì)服務(wù)、環(huán)保等方面都離不開(kāi)它。

④計(jì)量在企業(yè)中也有非常重要的作用：隨著企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，則對(duì)計(jì)量技術(shù)的要求也就越來(lái)越高計(jì)量在企業(yè)中就是生產(chǎn)力。

⑤計(jì)量工作可以增產(chǎn)節(jié)約、降低成本：產(chǎn)品和原材料在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中需要計(jì)量其重量、檢查其質(zhì)量，因此生產(chǎn)中常用計(jì)量器具或計(jì)量器具之改進(jìn)，而獲得巨大經(jīng)濟(jì)效益。

基本概念：

1.計(jì)量學(xué)：有關(guān)測(cè)量知識(shí)領(lǐng)域的一門學(xué)科。2.計(jì)量（Measurement）：實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值的準(zhǔn)確可靠。3.量：現(xiàn)象、物體或物質(zhì)可定性區(qū)別和定量確定的一種屬性。4.基本單位：在給定量制中基本量的計(jì)量單位。5.導(dǎo)出單位：即導(dǎo)出量的計(jì)量單位。6.國(guó)際單位制：由國(guó)際計(jì)量大會(huì)推薦采用的一種一貫單位7.檢定：為評(píng)定計(jì)量器具的計(jì)量特性，確定其是否符合法定要求所進(jìn)行的全部工作。（判定合格）8.校準(zhǔn)：在規(guī)定條件下為確定計(jì)量器具示值誤差的一組操作。（只需測(cè)出誤差）9.計(jì)量基準(zhǔn)：用來(lái)復(fù)現(xiàn)和保存計(jì)量單位，具有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所能達(dá)到的最高準(zhǔn)確度。10.計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)：按國(guó)家規(guī)定的準(zhǔn)確度等級(jí)作為檢定依據(jù)用的計(jì)量器具或物質(zhì)。11.檢定規(guī)程：指檢定計(jì)量器具必須遵守的法定技術(shù)文件。（計(jì)量器具的計(jì)量性能、檢定項(xiàng)目、檢定條件、檢定方法、檢定周期以及檢定結(jié)果處理。）12.檢定系統(tǒng)：國(guó)家對(duì)計(jì)量基準(zhǔn)到各等級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)直至工作計(jì)量器具的檢定主從關(guān)系所作的技術(shù)規(guī)定。

計(jì)量分類：

（一）計(jì)量依據(jù)其領(lǐng)域可分為以下三類1、法制計(jì)量法制計(jì)量，是為了保證公眾安全,國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，根據(jù)法制、技術(shù)和行政管理的需要，由政府或官方授權(quán)進(jìn)行強(qiáng)制管理的計(jì)量,包括計(jì)量單位、計(jì)量器具（特別是計(jì)量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)）、計(jì)量方法以及計(jì)量人員的專業(yè)技能等的明確規(guī)定和具體要求。法制計(jì)量主要涉及安全防護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測(cè)和貿(mào)易結(jié)算等有利害沖突或特殊領(lǐng)域的強(qiáng)制計(jì)量。例如，關(guān)于衡器、壓力表、電表、水表、煤氣表、血壓計(jì)等的計(jì)量。

2、科學(xué)計(jì)量科學(xué)計(jì)量主要是指基礎(chǔ)性、探索性、先進(jìn)性的計(jì)量科學(xué)研究，例如關(guān)于計(jì)量單位與單位制、計(jì)量基準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)、物理常數(shù)、測(cè)量誤差、測(cè)量不確定度與數(shù)據(jù)處理等。

科學(xué)計(jì)量通常是計(jì)量科學(xué)研究單位，特別是國(guó)家計(jì)量科學(xué)研究機(jī)構(gòu)的主要任務(wù)。

3、工業(yè)計(jì)量工業(yè)計(jì)量也稱工程計(jì)量，系指各種工程、工業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用計(jì)量。例如，關(guān)于能源、原材料的消耗、工藝流程的監(jiān)控和產(chǎn)品質(zhì)量與性能的計(jì)量測(cè)試等。工業(yè)計(jì)量涉及面廣，是各行各業(yè)普遍開(kāi)展的一種計(jì)量。

（二）按計(jì)量學(xué)可分以下十類1、幾何量計(jì)量幾何量計(jì)量通常稱為長(zhǎng)度計(jì)量，是最先形成和發(fā)展的一個(gè)計(jì)量科學(xué)領(lǐng)域。概括地說(shuō)，幾何量計(jì)量的內(nèi)容是物體的幾何尺寸、形狀和位置，即幾何量的“三大要素”。幾何量計(jì)量的基本參量是長(zhǎng)度和角度，以及由它們導(dǎo)出的平直度、表面粗糙度、園度、圓柱度、坡度、錐度、漸開(kāi)線、螺旋線等，還包括萬(wàn)能量具的檢定、光學(xué)儀器檢定及生產(chǎn)中特殊零件的測(cè)量。幾何量計(jì)量的基本單位是“米”，符號(hào)為“m”，它是國(guó)際單位制七個(gè)基本單位之一。

幾何量計(jì)量常用的計(jì)量器具主要包括：量塊、角度塊、直尺、千分尺、游標(biāo)卡尺、百分表、千分表、平晶、水平儀、測(cè)量顯微鏡、投影儀、園度儀、表面輪廓儀、齒輪測(cè)量?jī)x器、測(cè)長(zhǎng)儀、三座標(biāo)測(cè)量機(jī)等。

2、溫度計(jì)量溫度計(jì)量就是利用各種物質(zhì)的熱效應(yīng)來(lái)計(jì)量物體的冷熱程度。內(nèi)容包括：超低溫、低溫、中溫、高溫、超高溫、熱量等項(xiàng)。溫度計(jì)量單位為開(kāi)〔爾文〕，符號(hào)為“K”。溫度計(jì)量常用的計(jì)量器具主要包括：水銀溫度計(jì)、熱電偶、半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)、體溫計(jì)、動(dòng)圈儀表、溫度指示調(diào)節(jié)儀表、溫度巡回檢測(cè)儀、自動(dòng)溫度記錄儀、干燥箱、恒溫恒濕箱、培養(yǎng)箱、高低溫試驗(yàn)箱等。

3、力學(xué)計(jì)量力學(xué)計(jì)量包括質(zhì)量、容量、密度、壓力、真空、測(cè)力、力矩、硬度、沖擊、速度、流量、振動(dòng)、加速度等。力學(xué)計(jì)量常用的計(jì)量器具主要包括：砝碼、天平、皮帶秤、衡器、標(biāo)準(zhǔn)硬度塊、硬度計(jì)、拉力表、測(cè)力機(jī)、負(fù)荷傳感器、材料試驗(yàn)機(jī)、疲勞試驗(yàn)機(jī)、扭矩計(jì)、扭矩扳子、扭矩扳子檢定裝置、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、測(cè)功機(jī)、加速度計(jì)、速度傳感器、壓力計(jì)、血壓計(jì)、血壓表、壓力表、壓力變送器、燃油加油機(jī)、密度計(jì)、流量計(jì)、水表、煤氣表、雷達(dá)測(cè)速儀、測(cè)速儀、轉(zhuǎn)速表等。

4、電磁計(jì)量電磁計(jì)量是根據(jù)電磁原理，應(yīng)用各種電磁標(biāo)準(zhǔn)器和電磁儀器、儀表，對(duì)各種電磁物理量進(jìn)行測(cè)量。電磁計(jì)量包括電流、電動(dòng)勢(shì)、電阻、電感、電容、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁通量等。電磁計(jì)量常用的計(jì)量器具主要包括：標(biāo)準(zhǔn)電池、標(biāo)準(zhǔn)電壓源、標(biāo)準(zhǔn)電流源、電阻器、電容器、互感器、電阻箱、電流表、電壓表、功率表、兆歐表、磁通表、電能表、電能表檢定裝置、直流電位差計(jì)、直流電橋、交流電橋、萬(wàn)用表等。

5、無(wú)線電計(jì)量無(wú)線電計(jì)量是指無(wú)線電技術(shù)所用全部頻率范圍內(nèi)從超低頻到微波的一切電氣特性的測(cè)量。主要有高頻電壓、功率、相位、脈沖、阻抗、噪聲、失真等。無(wú)線電計(jì)量常用的計(jì)量器具主要包括：信號(hào)發(fā)生器、調(diào)制分析儀、音頻分析儀、失真度測(cè)量?jī)x、示波器、函數(shù)發(fā)生器、腦電圖機(jī)、心電圖機(jī)、掃頻儀、心電監(jiān)護(hù)儀等。

6、時(shí)間頻率計(jì)量時(shí)間和空間是描述各種客觀事物的發(fā)展運(yùn)動(dòng)變化的基本參量，時(shí)間和頻率是描述周期現(xiàn)象的兩個(gè)不同側(cè)面。時(shí)間和頻率在數(shù)學(xué)上互為倒數(shù)，它們共用同一個(gè)基準(zhǔn)。計(jì)量單位為秒——“s”。時(shí)間頻率計(jì)量常用的計(jì)量器具主要包括：頻率合成器、石英晶體振蕩器、頻率計(jì)、通用電子計(jì)數(shù)器、秒表、時(shí)間間隔發(fā)生器、電子計(jì)時(shí)器、電話計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)裝置等。

7、電離輻射計(jì)量也稱放射性計(jì)量，是對(duì)那些能直接或間接引起電離的輻射(X射線、γ射線、倫琴射線、鐳、鈾釷元素的中子輻射)進(jìn)行測(cè)量稱之為電離輻射計(jì)量。電離輻射計(jì)量分為適度計(jì)量（或稱強(qiáng)度計(jì)量）和劑量計(jì)量?jī)蓚€(gè)方面。它廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生（如服用同位素、肝掃描都必須劑量診斷準(zhǔn)確）、環(huán)保監(jiān)測(cè)、原子能發(fā)電、探礦、探傷、石油管道去污定位以及應(yīng)用于農(nóng)業(yè)上的育種等。電離輻射計(jì)量常用的計(jì)量器具主要包括：工作用γ射線輻射源、醫(yī)用CT掃描儀、輻射加工工作劑量計(jì)、X射線探傷機(jī)、X輻射防護(hù)儀器、劑量筆、γ輻射防護(hù)儀表、醫(yī)用診斷X輻射源、固體工作劑量計(jì)、化學(xué)工作劑量計(jì)、倫琴計(jì)等。

8、光學(xué)計(jì)量光學(xué)計(jì)量主要包括光強(qiáng)、光通量、亮度、照度、色度、輻射度、感光度、激光等。光學(xué)計(jì)量應(yīng)用很廣泛，現(xiàn)代建筑物的建造要進(jìn)行光強(qiáng)度的計(jì)量，以達(dá)到規(guī)定的照度標(biāo)準(zhǔn)。在光譜學(xué)方面，需要測(cè)量光譜的光度。此外，軟片、膠卷的感光度、光學(xué)玻璃的折射率、染印、顏料、電影、電視都需要準(zhǔn)確的光度、色度、和色溫計(jì)量。在國(guó)防上，如導(dǎo)彈的導(dǎo)向、特種攝影等更需要對(duì)激光、紫外線、紅外線進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。光學(xué)計(jì)量的基本單位是發(fā)光強(qiáng)度坎〔德拉〕,符號(hào)：cd。光學(xué)計(jì)量常用的計(jì)量器具主要包括：照度計(jì)、亮度計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)色板、色差計(jì)、測(cè)色光譜光度計(jì)、醫(yī)用激光源、焦度計(jì)、阿貝折射儀、角膜接觸鏡、瞳距測(cè)量?jī)x、驗(yàn)光機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)鏡片、光譜分析儀、光澤度計(jì)、汽車前照燈檢測(cè)儀等。

9、聲學(xué)計(jì)量聲學(xué)計(jì)量是專門研究測(cè)量物質(zhì)中聲波的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)播、接收和影響特性。聲強(qiáng)、聲壓、聲功率是聲學(xué)計(jì)量中三個(gè)重要的基本參量，其中聲壓應(yīng)用最廣泛。聲學(xué)計(jì)量涉及到通信、廣播、電影、電視、房屋建筑、醫(yī)藥衛(wèi)生、航行、海防、語(yǔ)言、音樂(lè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以及各種生產(chǎn)、生活與科學(xué)領(lǐng)域。聲學(xué)計(jì)量常用的計(jì)量器具主要包括：傳聲器、聲級(jí)計(jì)、超聲探傷儀、超聲測(cè)厚儀、醫(yī)用超聲源、超聲功率源、聽(tīng)力計(jì)、助聽(tīng)器等。

10、化學(xué)計(jì)量化學(xué)計(jì)量也稱物理化學(xué)計(jì)量，是指對(duì)各種物質(zhì)的成分和物理特性、基本物理常數(shù)的分析、測(cè)定。主要包括：酸