普及計量知識 | 詳解計量的基礎知識

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普及計量知識 | 詳解計量的基礎知識

發布時間：2023-08-28 08:47:43 發布人：本站

計量起源

計量起源于古代各國，沿用已久的各不相同的計量單位和有關的制度不可能自發地統一。即使是一國范圍內統一計量制度，也只有借助于政府的作用才可能實現。公元前221年，中國的秦始皇曾下詔全國統一度量衡就是一個明顯的例證。早期的計量相當于所指的法制計量，只是范圍較窄，主要限于與貿易和稅收有關的測量而已。計量管理工作的主要部分——法制計量，歷來是由政府所主導的一項社會事業。大致 18 世紀開始，由于國際貿易和科學技術的發展，歐洲國家之間出現統一計量制度的需求。1867年舉行的巴黎博覽會上專門成立了“度量衡和貨幣委員會”，以處理因計量單位不同而產生的問題。1875 年和 1955 年簽訂的《米制公約》和《國際法制計量組織公約》，都屬于政府間的多邊協議，相應成立的兩個國際組織也都是政府間的組織。

計量的發展具有悠久的歷史，大體上可以分為原始、經典和現代三個階段。

原始階段

以經驗和權力為主，大多利用人、動物或自然物作為計量基準。例如，中國古代的布手知足、掬手為升、十發為程、黃鐘律管等；相傳在大禹治水時，就用了“準繩”和“規”、“矩”等計量器具體；公元前 221 年，秦始皇統一中國后即頒布詔書，建立了全國統一的度量衡制度，其中度制和量制的大部分采用了十進制，并實行定期檢定計量器具的法制管理(見中國古代度量衡史)。古埃及的尺度是以人的胳膊到指尖的距離為依據的，稱之為“腕尺”(約 46 厘米)。英國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(1ft =0. 3038m)；英寸是英王埃德加的手指關節的長度(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)。

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經典階段

一個以宏觀現象與人工實物為科學基礎的階段。標志是 1875 年簽訂的《米制公約》。包括根據地球子午線 1 /4 長度的一千萬分之一建立了鉑銥合金制的米源器；根據1m3水在規定溫度下的質量建立了鉑銥合金制的千克源器；根據地球繞太陽公轉周期確定了時間(歷書時)單位秒等。它們形成一種基于所謂自然不變的米制，并成為國際單位制的基礎。但是這類宏觀實物基準隨著時間的推移或地點的變動，其量值不可避免的受物理或化學性能緩慢變化的影響而發生漂移，從而影響了復現、保存，并限制了準確度的提高。實際上英國物理學家、數學家J. C麥克斯韋在1870年曾指出，長度、質量和時間應當建立在原子波長、頻率和原子質量中，而不是在運動著的星體或物體上。

現代階段

以量子理論為基礎，由宏觀實物基準過渡到微觀量子基準。國際上已正式確立的量子基準有長度單位米基準、時間單位秒基準、電壓單位伏特基準和電阻單位歐姆基準。從經典理論來看，物質世界在做連續、漸進的宏觀運動；而在微觀量子體系中，事物的發展是不連續的、跳躍的，也是量子化的。由于原子的能級非常穩定，躍遷時輻射信號的周期自然也非常穩定，因此，躍遷所對應的量值是固定不變的。這類微觀量子基準，包括 1960 年用氪 86 原子的特定能級躍遷所定義的米、1967 年用銫 133 原子特定能級躍遷所定義的秒等，提高了SI基本單位實現的準確性、穩定性和可靠性。但是他們仍與某種原子的特定量子躍遷過程有關，因而尚不具備普適性。顯然，最好的方案莫過于用基本物理常量 (普適常量)來定義計量單位。例如，1983年將米定義為光在真空中在1 /299792458秒的時間間隔內所行進的長度，即認為真空中光速作為一個定義值恒為299792458米/秒(約為 30 萬公里/秒)；而長度事實上變成了時間(頻率)的導出量。這種定義通過不變的光速給出了空間和時間的聯系，使得新定義的米只依賴于目前測量不確定度最小(10－15量級)的頻率，從而具有準確性、穩定性、可靠性和普適性。

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計量的意義：

計量的意義（從質量、安全、社會、企業、成本等方面考慮）。

①保證產品質量：沒有準確一致的計量器具來保證，產品就實現不了標準化、通用化、系列化的要求，既影響生產效率，又影響產品質量。

②保障安全生產：工業生產中使用計量儀表準確與，不僅關系到產品質量，而且有的計量儀表失準會危及人們的生命安全。

③對整個社會來說：計量在保障人民生活和身體健康中有非常大的作用，計量滲透到社會的各個方面，如醫療衛生、社會服務、環保等方面都離不開它。

④計量在企業中也有非常重要的作用：隨著企業生產技術水平的不斷提高，則對計量技術的要求也就越來越高計量在企業中就是生產力。

⑤計量工作可以增產節約、降低成本：產品和原材料在運轉過程中需要計量其重量、檢查其質量，因此生產中常用計量器具或計量器具之改進，而獲得巨大經濟效益。

基本概念：

1.計量學：有關測量知識領域的一門學科。

2.計量（Measurement）：實現單位統一和量值的準確可靠。

3.量：現象、物體或物質可定性區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量單位。

5.導出單位：即導出量的計量單位。

6.國際單位制：由國際計量大會推薦采用的一種一貫單位

7.檢定：為評定計量器具的計量特性，確定其是否符合法定要求所進行的全部工作。（判定合格）

8.校準：在規定條件下為確定計量器具示值誤差的一組操作。（只需測出誤差）

9.計量基準：用來復現和保存計量單位，具有現代科學技術所能達到的最高準確度。

10.計量標準：按國家規定的準確度等級作為檢定依據用的計量器具或物質。

11.檢定規程：指檢定計量器具必須遵守的法定技術文件。（計量器具的計量性能、檢定項目、檢定條件、檢定方法、檢定周期以及檢定結果處理。）

12.檢定系統：國家對計量基準到各等級計量標準直至工作計量器具的檢定主從關系所作的技術規定。

計量分類：

（一）計量依據其領域可分為以下三類

1、法制計量

法制計量，是為了保證公眾安全,國民經濟和社會發展，根據法制、技術和行政管理的需要，由政府或官方授權進行強制管理的計量,包括計量單位、計量器具（特別是計量基準、標準）、計量方法以及計量人員的專業技能等的明確規定和具體要求。法制計量主要涉及安全防護、醫療衛生、環境監測和貿易結算等有利害沖突或特殊領域的強制計量。例如，關于衡器、壓力表、電表、水表、煤氣表、血壓計等的計量。

2、科學計量

科學計量主要是指基礎性、探索性、先進性的計量科學研究，例如關于計量單位與單位制、計量基準與標準、物理常數、測量誤差、測量不確定度與數據處理等。

科學計量通常是計量科學研究單位，特別是國家計量科學研究機構的主要任務。

3、工業計量

工業計量也稱工程計量，系指各種工程、工業企業中的應用計量。例如，關于能源、原材料的消耗、工藝流程的監控和產品質量與性能的計量測試等。工業計量涉及面廣，是各行各業普遍開展的一種計量。

（二）按計量學可分以下十類

1、幾何量計量

幾何量計量通常稱為長度計量，是最先形成和發展的一個計量科學領域。概括地說，幾何量計量的內容是物體的幾何尺寸、形狀和位置，即幾何量的“三大要素”。幾何量計量的基本參量是長度和角度，以及由它們導出的平直度、表面粗糙度、園度、圓柱度、坡度、錐度、漸開線、螺旋線等，還包括萬能量具的檢定、光學儀器檢定及生產中特殊零件的測量。幾何量計量的基本單位是“米”，符號為“m”，它是國際單位制七個基本單位之一。

幾何量計量常用的計量器具主要包括：量塊、角度塊、直尺、千分尺、游標卡尺、百分表、千分表、平晶、水平儀、測量顯微鏡、投影儀、園度儀、表面輪廓儀、齒輪測量儀器、測長儀、三座標測量機等。

2、溫度計量

溫度計量就是利用各種物質的熱效應來計量物體的冷熱程度。內容包括：超低溫、低溫、中溫、高溫、超高溫、熱量等項。溫度計量單位為開〔爾文〕，符號為“K”。

溫度計量常用的計量器具主要包括：水銀溫度計、熱電偶、半導體點溫計、體溫計、動圈儀表、溫度指示調節儀表、溫度巡回檢測儀、自動溫度記錄儀、干燥箱、恒溫恒濕箱、培養箱、高低溫試驗箱等。

3、力學計量

力學計量包括質量、容量、密度、壓力、真空、測力、力矩、硬度、沖擊、速度、流量、振動、加速度等。力學計量常用的計量器具主要包括：砝碼、天平、皮帶秤、衡器、標準硬度塊、硬度計、拉力表、測力機、負荷傳感器、材料試驗機、疲勞試驗機、扭矩計、扭矩扳子、扭矩扳子檢定裝置、扭轉試驗機、測功機、加速度計、速度傳感器、壓力計、血壓計、血壓表、壓力表、壓力變送器、燃油加油機、密度計、流量計、水表、煤氣表、雷達測速儀、測速儀、轉速表等。

4、電磁計量

電磁計量是根據電磁原理，應用各種電磁標準器和電磁儀器、儀表，對各種電磁物理量進行測量。電磁計量包括電流、電動勢、電阻、電感、電容、磁場強度、磁通量等。電磁計量常用的計量器具主要包括：標準電池、標準電壓源、標準電流源、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、直流電橋、交流電橋、萬用表等。

5、無線電計量

無線電計量是指無線電技術所用全部頻率范圍內從超低頻到微波的一切電氣特性的測量。主要有高頻電壓、功率、相位、脈沖、阻抗、噪聲、失真等。無線電計量常用的計量器具主要包括：信號發生器、調制分析儀、音頻分析儀、失真度測量儀、示波器、函數發生器、腦電圖機、心電圖機、掃頻儀、心電監護儀等。

6、時間頻率計量

時間和空間是描述各種客觀事物的發展運動變化的基本參量，時間和頻率是描述周期現象的兩個不同側面。時間和頻率在數學上互為倒數，它們共用同一個基準。計量單位為秒——“s”。時間頻率計量常用的計量器具主要包括：頻率合成器、石英晶體振蕩器、頻率計、通用電子計數器、秒表、時間間隔發生器、電子計時器、電話計時計費裝置等。

7、電離輻射計量

也稱放射性計量，是對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)進行測量稱之為電離輻射計量。電離輻射計量分為適度計量（或稱強度計量）和劑量計量兩個方面。它廣泛應用于醫療衛生（如服用同位素、肝掃描都必須劑量診斷準確）、環保監測、原子能發電、探礦、探傷、石油管道去污定位以及應用于農業上的育種等。電離輻射計量常用的計量器具主要包括：工作用γ射線輻射源、醫用CT掃描儀、輻射加工工作劑量計、X射線探傷機、X輻射防護儀器、劑量筆、γ輻射防護儀表、醫用診斷X輻射源、固體工作劑量計、化學工作劑量計、倫琴計等。

8、光學計量

光學計量主要包括光強、光通量、亮度、照度、色度、輻射度、感光度、激光等。光學計量應用很廣泛，現代建筑物的建造要進行光強度的計量，以達到規定的照度標準。在光譜學方面，需要測量光譜的光度。此外，軟片、膠卷的感光度、光學玻璃的折射率、染印、顏料、電影、電視都需要準確的光度、色度、和色溫計量。在國防上，如導彈的導向、特種攝影等更需要對激光、紫外線、紅外線進行準確的測量。光學計量的基本單位是發光強度坎〔德拉〕,符號：cd。光學計量常用的計量器具主要包括：照度計、亮度計、標準色板、色差計、測色光譜光度計、醫用激光源、焦度計、阿貝折射儀、角膜接觸鏡、瞳距測量儀、驗光機、標準鏡片、光譜分析儀、光澤度計、汽車前照燈檢測儀等。

9、聲學計量

聲學計量是專門研究測量物質中聲波的產生、轉播、接收和影響特性。聲強、聲壓、聲功率是聲學計量中三個重要的基本參量，其中聲壓應用最廣泛。聲學計量涉及到通信、廣播、電影、電視、房屋建筑、醫藥衛生、航行、海防、語言、音樂、工農業生產，以及各種生產、生活與科學領域。聲學計量常用的計量器具主要包括：傳聲器、聲級計、超聲探傷儀、超聲測厚儀、醫用超聲源、超聲功率源、聽力計、助聽器等。

10、化學計量

化學計量也稱物理化學計量，是指對各種物質的成分和物理特性、基本物理常數的分析、測定。主要包括：酸堿度、氣體分析、燃燒熱、粘度、標準物質等。由計量部門通過發放標準物質進行量值傳遞是化學計量的顯著特點?；瘜W計量常用的計量器具主要包括：酸度計、濁度計、可見分光光度計、原子吸收分光光度計、熒光分光光度計、濾光光電比色計、煙度計、粘度計、熱量計、粉塵濃度測定儀、煙塵濃度測定儀、液相色譜儀、氣相色譜儀、電導率儀、電解式水分儀、一氧化碳測定儀、二氧化硫分析儀、定碳定硫分析儀、自動電位滴定儀、有毒有害可燃氣體分析檢測報警儀、元素分析儀、傅里葉變換紅外光譜儀、水分測定儀、常用玻璃量器、工業分析儀、酒精探測器等。

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