計(jì)量基礎(chǔ)知識(shí)

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。

1.1.1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,秦始皇吐

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）;而英畝則是兩牛同輾,一日翻耕土地的面積

（1英畝=4.05X103平方米）。

L1.2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)度的一千萬分之一建立了粕鉞合

金制的米源器；根據(jù)lm3水在規(guī)定溫度下的質(zhì)量建立了柏鉞合金制的千克源

器；根據(jù)地球繞太陽公轉(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。

1.1.3現(xiàn)代階段

以量子理論為基礎(chǔ)，由宏觀實(shí)物基準(zhǔn)過渡到微觀量子基準(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、四微的，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年用氮86原子的特定

能級(jí)躍遷所定義的米、1967年用鋼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

定量子躍遷過程有關(guān)，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(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?。?0-15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）O

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:

(-)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、技嘏口

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C概

括地說，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、漸開線、螺旋線等，還包括萬能量

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、T分尺、游標(biāo)

卡尺、百分表、干分表、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〔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：怯碼、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3僉

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、電咀箱、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、萬用表等。

5、無線電計(jì)量

無線電計(jì)量是指無線電技術(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

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、丫射線、

倫琴射線、鐳、鈾社元素的中子輻射）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：工作用丫射線輻射源、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、丫輻射防護(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)：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

cd