计量是人们定量描述物质世界,揭示自然界物质运动规律,改造客观世界的一种不可缺少的手段。计量是通过实现单位统一、量值准确可靠来为现代化建设服务的。没有测量就没有科学,计量科学就是准确测量的基础。

计量科学技术是基础科学,是应用科学,同时也是先导性科学。在新兴科技领域产生和发展的过程中,往往需要新的计量基准、标准的建立。因此,加强计量科学技术基础研究,对各学科的研究和经济建设、社会发展有着重要的意义。

计量的基础作用是什么

计量学是研究一切有关测量的理论和实践问题的科学。其内容包括研究确定计量单位和单位制、计量单位的复现方法和建立基准、标准体系、量值传递和溯源方法,误差理论及测量结果的质量保证。我们知道,事物的性质是由质和量两方面来体现的。经验表明,科学研究往往是由定性的观察开始的,最后以理论来表述。通过数学表达是对自然规律最严谨的描述,没有定量的实验观测便难以证明这种表达的正确性,这一点在物理学中表现得尤其突出。所以,计量学的发展与物理学的发展关系密切。

自然科学的发现为技术发展奠定了基础。但技术成果若没有可供工程计算的基本数据就不可能进行工程设计,也不可能形成规模生产的能力,不言而喻,测量是获取基本数据必不可少的手段。现代化生产是专业分工的社会化生产,产品要有互换性,要求对工艺过程进行严格的控制以保证产品性能的一致性,保证产品质量生产过程中的测量和控制。不可能像手工作业凭经验操作,而要求对多学科工艺参数进行在线的甚至随机的测量和控制。在商品的制造生产中,要求低投入多产出,提高劳动效率、节约原材料,即降低投入与多产出比两大方面。显然生产过程中的自动化是当前提高劳动生产效率的主要途径,而节约原材料和能源除了有赖于设计和工艺方法的改进,还与生产过程的控制有关,自动测量不但替代了人的感官功能,并且在灵敏度、量程以及忍受的环境条件方面早已超出人类感官的范围,有些人类尚无法感觉到的物质和现象,我们可用传感器探测出来。所以测量是人类获取生产过程信息的唯一途径。

计算机的出现推动了第三次工业革命。20世纪90年代以来,由于计算机和光通信技术的迅速发展,引起了世界范围以“信息革命”为时代标志的科技大进军。信息科学是获取信息、传递信息和处理信息的科学。人们获取信息,甚至对自然的认识,是由感性到理性,由定性到定量的过程。现代科学对自然的探索主要靠更精密、更灵敏、更高级的传感器技术及测量仪器定量而精确地获得信息。例如,对遥远的星际发出的脉冲波谱需要进行准确的定量分析;对医学诊断中应用的核磁共振需要极高准确度的频率测量;对微小的脱氧核糖酸(DNA)也需要进行精确的测序。所有这些测量使用的仪器都必须通过计量校准,从确保其测量结果的准确可靠性来讲,计量科学技术是准确获取信息的基础和保证。

计量与当代最前沿科学技术有着密切互动关系。当代基础性研究在继续依靠科学家创造性思维的同时,越来越依靠于复杂、精密、宏大的实验系统和科学测量手段。20世纪60年代对宇称不守恒理论的验证,就是应用美国标准与技术研究院(NIST)的计量仪器设备完成的,从实验证实了宇称不守恒的理论。在物理学方面,牛顿力学自奠基以来得到不断的完善,揭示出各种物理量之间的关系,这些关系是以长度、时间和质量3个量为基本量,以量纲形式来表述的。但在作量的表述时,随着所采用的基本单位不同而需要引入不同的系数。自1780年法国提出米制作为单位制基础以来,米制因为以十进制为基础,显示出较其他单位制的优越性。同时法国也以当时较为先进的方法,建立了复现单位制的基准,米制逐渐也被其他国家所釆用。除了长度、质量和时间外,温度、电流、光强和物质的量也是基本单位,再由这7个基本单位导出其他物质的量。科学技术发展的历史证明,计量与基础科学研究和高新技术的关系从来就是相辅相成的,彼此交叉,互相促进、共同发展的。

计量留下了怎样的足迹

中国有五千多年的文明史,在中国历史的长河中,度量衡技术已成为文化中的奇葩,它伴随着我们走过了悠久的历史发展历程。自从人类萌发制造工具进行生产、生活之时,量的概念也就在人类的思维中产生。用石头制工具,用长短适度的树枝做武器,以量的大小分配食物等。在有专门测量工具之前,判断物体的长短、轻重和数量依靠自身的肢体和感觉器官。“布手知尺、手捧为升、迈步定亩”,就是最初的计数和测量方法。

从远古的母系氏族社会,到采用比较精确的计量手段进行计量的半封建半殖民地社会,经历了七千年。历史上,多朝多代对“度量衡”进行研究,制作度量衡器具,建立度量衡管理制度。在春秋战国时期,社会制度发生了巨大变革,伴随变革的需要,各诸侯国建立了各自的“度量衡”制度,量值各不相同,度量衡单位的大小、名称也不尽相同,由于中国的不统一,造成了“度量衡”制度混乱。直到秦始皇统一中国后,废除了各国度量衡制度,颁布了新的度量衡制度,制定了度量衡法规,才统一了中国“度量衡”。这里的度量衡即是现今计量的组成部分。

在国际上,1875年,《米制公约》的签订,标志着各国计量制度开始趋于统一;1955年签订《国际法制计量组织公约》和1960年第11届国际计量大会通过国际单位制,则标志着各国计量制度初步统一和计量学的基本成熟。国际计量局(BIPM)直译为国际权度局,这里的“权”和“度”即是砝码(质量计量器具)和尺子(长度计量器具),与我国古代称计量为“度量衡”(尺、斗、秤)极为相似。

新中国成立之初,全国度量衡管理处于瘫痪状态。恢复经济,百业待兴,各行各业急需计量技术。1950年初,在中央财政经济委员会技术管理局设立了度量衡处;同年5月,度量衡处接管了旧政府留在重庆的有关度量衡档案和度量衡器具,其中包括经国际计量局检定的营造尺原器和库平两原器,开始了新中国计量工作。1952年,度量衡处划归中央工商行政管理局领导。同年8月从原苏联引进一批计量标准仪器。1953年,度量衡处开展尺子、砝码、量器和密度计等检定工作。同年,中国历史上第一个以“计量”替代“度量衡”命名的机构“第一机械工业部计量检定所”诞生。1954年11月初,第一届全国人民代表大会常务委员会提议成立国家计量局,同年11月8日,人大常委会第二次会议批准成立国家计量局(含中国计量科学研究院)。1958年1月11日,国务院批准将一机部工具科学研究院的计量部分并入国家计量局。1959年6月,国务院正式颁布《关于统一计量制度的命令》;1960年,在国家科委领导下,设立了长度、热工、力学、电学4个计量专业处,下设11个实验室,如长度和角度、量具仪器、高温、中温、质量、测力、硬度、密度、容量、压力、真空、流量、电基准、化学。1960年完成了将16两为1斤改为10两为1斤的改革。

1965年5月,国家科委批准将计量科研与计量局分开,撤销长度、热工、力学、电学4个专业处,将所属28个实验室(组)合并为11个实验室。1965年9月,国务院批准国家计委、国家科委《关于加强计量战略基地建设的报告》,批准在四川大邑县鹤鸣山建设中国计量科学研究院分院。之后,我国的计量科技事业得到了快速发展。

1972年,批准成立国家标准计量局。1977年5月,我国正式参加《国际米制公约组织》;1978年4月,中央批准国家计委、国家经委提出的《关于成立国家标准总局和国家计量总局的请示》,并确定国家计量总局由国家科委代管,国家标准总局由国家经委代管。1985年我国第一次颁布《计量法》。

随着科技、经济和社会的发展,各领域的计量逐步快速地发展起来。20世纪的电学计量、二战后的电离辐射计量,以及后来的化学计量,都春笋般地发展起来了。计量的对象由物理量扩展到工程量、化学量、生物量、医学量,甚至心理量等。同时,在一些高新技术领域,如信息、航天、航空、环保、资源以及计算机、各种软件技术方面等都需要精确的计量测试,使计量由静态进入动态、多参量综合测量、严酷环境下测量及微观测量领域。特别是经典的实物计量基准,已被以量子物理为基础、以基本常量为依托的全新的量子计量基准所代替。传统的测量手段正在更新为自动化、智能化、网络化的数字测量仪器,基准准确性、稳定性和适应性得到空前发展。

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