計量是人們定量描述物質世界,揭示自然界物質運動規律,改造客觀世界的一種不可缺少的手段。計量是通過實現單位統一、量值準確可靠來為現代化建設服務的。沒有測量就沒有科學,計量科學就是準確測量的基礎。

計量科學技術是基礎科學,是應用科學,同時也是先導性科學。在新興科技領域產生和發展的過程中,往往需要新的計量基準、標準的建立。因此,加強計量科學技術基礎研究,對各學科的研究和經濟建設、社會發展有著重要的意義。

計量的基礎作用是什么

計量學是研究一切有關測量的理論和實踐問題的科學。其內容包括研究確定計量單位和單位制、計量單位的復現方法和建立基準、標準體系、量值傳遞和溯源方法,誤差理論及測量結果的質量保證。我們知道,事物的性質是由質和量兩方面來體現的。經驗表明,科學研究往往是由定性的觀察開始的,最后以理論來表述。通過數學表達是對自然規律最嚴謹的描述,沒有定量的實驗觀測便難以證明這種表達的正確性,這一點在物理學中表現得尤其突出。所以,計量學的發展與物理學的發展關系密切。

自然科學的發現為技術發展奠定了基礎。但技術成果若沒有可供工程計算的基本數據就不可能進行工程設計,也不可能形成規模生產的能力,不言而喻,測量是獲取基本數據必不可少的手段。現代化生產是專業分工的社會化生產,產品要有互換性,要求對工藝過程進行嚴格的控制以保證產品性能的一致性,保證產品質量生產過程中的測量和控制。不可能像手工作業憑經驗操作,而要求對多學科工藝參數進行在線的甚至隨機的測量和控制。在商品的制造生產中,要求低投入多產出,提高勞動效率、節約原材料,即降低投入與多產出比兩大方面。顯然生產過程中的自動化是當前提高勞動生產效率的主要途徑,而節約原材料和能源除了有賴于設計和工藝方法的改進,還與生產過程的控制有關,自動測量不但替代了人的感官功能,并且在靈敏度、量程以及忍受的環境條件方面早已超出人類感官的范圍,有些人類尚無法感覺到的物質和現象,我們可用傳感器探測出來。所以測量是人類獲取生產過程信息的唯一途徑。

計算機的出現推動了第三次工業革命。20世紀90年代以來,由于計算機和光通信技術的迅速發展,引起了世界范圍以“信息革命”為時代標志的科技大進軍。信息科學是獲取信息、傳遞信息和處理信息的科學。人們獲取信息,甚至對自然的認識,是由感性到理性,由定性到定量的過程。現代科學對自然的探索主要靠更精密、更靈敏、更高級的傳感器技術及測量儀器定量而精確地獲得信息。例如,對遙遠的星際發出的脈沖波譜需要進行準確的定量分析;對醫學診斷中應用的核磁共振需要極高準確度的頻率測量;對微小的脫氧核糖酸(DNA)也需要進行精確的測序。所有這些測量使用的儀器都必須通過計量校準,從確保其測量結果的準確可靠性來講,計量科學技術是準確獲取信息的基礎和保證。

計量與當代最前沿科學技術有著密切互動關系。當代基礎性研究在繼續依靠科學家創造性思維的同時,越來越依靠于復雜、精密、宏大的實驗系統和科學測量手段。20世紀60年代對宇稱不守恒理論的驗證,就是應用美國標準與技術研究院(NIST)的計量儀器設備完成的,從實驗證實了宇稱不守恒的理論。在物理學方面,牛頓力學自奠基以來得到不斷的完善,揭示出各種物理量之間的關系,這些關系是以長度、時間和質量3個量為基本量,以量綱形式來表述的。但在作量的表述時,隨著所采用的基本單位不同而需要引入不同的系數。自1780年法國提出米制作為單位制基礎以來,米制因為以十進制為基礎,顯示出較其他單位制的優越性。同時法國也以當時較為先進的方法,建立了復現單位制的基準,米制逐漸也被其他國家所釆用。除了長度、質量和時間外,溫度、電流、光強和物質的量也是基本單位,再由這7個基本單位導出其他物質的量。科學技術發展的歷史證明,計量與基礎科學研究和高新技術的關系從來就是相輔相成的,彼此交叉,互相促進、共同發展的。

計量留下了怎樣的足跡

中國有五千多年的文明史,在中國歷史的長河中,度量衡技術已成為文化中的奇葩,它伴隨著我們走過了悠久的歷史發展歷程。自從人類萌發制造工具進行生產、生活之時,量的概念也就在人類的思維中產生。用石頭制工具,用長短適度的樹枝做武器,以量的大小分配食物等。在有專門測量工具之前,判斷物體的長短、輕重和數量依靠自身的肢體和感覺器官。“布手知尺、手捧為升、邁步定畝”,就是最初的計數和測量方法。

從遠古的母系氏族社會,到采用比較精確的計量手段進行計量的半封建半殖民地社會,經歷了七千年。歷史上,多朝多代對“度量衡”進行研究,制作度量衡器具,建立度量衡管理制度。在春秋戰國時期,社會制度發生了巨大變革,伴隨變革的需要,各諸侯國建立了各自的“度量衡”制度,量值各不相同,度量衡單位的大小、名稱也不盡相同,由于中國的不統一,造成了“度量衡”制度混亂。直到秦始皇統一中國后,廢除了各國度量衡制度,頒布了新的度量衡制度,制定了度量衡法規,才統一了中國“度量衡”。這里的度量衡即是現今計量的組成部分。

在國際上,1875年,《米制公約》的簽訂,標志著各國計量制度開始趨于統一;1955年簽訂《國際法制計量組織公約》和1960年第11屆國際計量大會通過國際單位制,則標志著各國計量制度初步統一和計量學的基本成熟。國際計量局(BIPM)直譯為國際權度局,這里的“權”和“度”即是砝碼(質量計量器具)和尺子(長度計量器具),與我國古代稱計量為“度量衡”(尺、斗、秤)極為相似。

新中國成立之初,全國度量衡管理處于癱瘓狀態。恢復經濟,百業待興,各行各業急需計量技術。1950年初,在中央財政經濟委員會技術管理局設立了度量衡處;同年5月,度量衡處接管了舊政府留在重慶的有關度量衡檔案和度量衡器具,其中包括經國際計量局檢定的營造尺原器和庫平兩原器,開始了新中國計量工作。1952年,度量衡處劃歸中央工商行政管理局領導。同年8月從原蘇聯引進一批計量標準儀器。1953年,度量衡處開展尺子、砝碼、量器和密度計等檢定工作。同年,中國歷史上第一個以“計量”替代“度量衡”命名的機構“第一機械工業部計量檢定所”誕生。1954年11月初,第一屆全國人民代表大會常務委員會提議成立國家計量局,同年11月8日,人大常委會第二次會議批準成立國家計量局(含中國計量科學研究院)。1958年1月11日,國務院批準將一機部工具科學研究院的計量部分并入國家計量局。1959年6月,國務院正式頒布《關于統一計量制度的命令》;1960年,在國家科委領導下,設立了長度、熱工、力學、電學4個計量專業處,下設11個實驗室,如長度和角度、量具儀器、高溫、中溫、質量、測力、硬度、密度、容量、壓力、真空、流量、電基準、化學。1960年完成了將16兩為1斤改為10兩為1斤的改革。

1965年5月,國家科委批準將計量科研與計量局分開,撤銷長度、熱工、力學、電學4個專業處,將所屬28個實驗室(組)合并為11個實驗室。1965年9月,國務院批準國家計委、國家科委《關于加強計量戰略基地建設的報告》,批準在四川大邑縣鶴鳴山建設中國計量科學研究院分院。之后,我國的計量科技事業得到了快速發展。

1972年,批準成立國家標準計量局。1977年5月,我國正式參加《國際米制公約組織》;1978年4月,中央批準國家計委、國家經委提出的《關于成立國家標準總局和國家計量總局的請示》,并確定國家計量總局由國家科委代管,國家標準總局由國家經委代管。1985年我國第一次頒布《計量法》。

隨著科技、經濟和社會的發展,各領域的計量逐步快速地發展起來。20世紀的電學計量、二戰后的電離輻射計量,以及后來的化學計量,都春筍般地發展起來了。計量的對象由物理量擴展到工程量、化學量、生物量、醫學量,甚至心理量等。同時,在一些高新技術領域,如信息、航天、航空、環保、資源以及計算機、各種軟件技術方面等都需要精確的計量測試,使計量由靜態進入動態、多參量綜合測量、嚴酷環境下測量及微觀測量領域。特別是經典的實物計量基準,已被以量子物理為基礎、以基本常量為依托的全新的量子計量基準所代替。傳統的測量手段正在更新為自動化、智能化、網絡化的數字測量儀器,基準準確性、穩定性和適應性得到空前發展。

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