計量基礎知識

計量基礎知識

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(fā)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(yè)。大致18世紀開始，由于國際貿易和科學技術的發(fā)

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(fā)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。

1.1.1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(fā)為程、黃鐘律管等；相傳在大禹治水時，就

用了"準繩〃和"規(guī)〃、"矩"等計量器具體；公元前221年,秦始皇吐

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(jié)的長度（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粕鉞合

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

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(fā)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。

1.1.3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(xù)、漸進的宏觀運動；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

的能級非常穩(wěn)定，躍遷時輻射信號的周期自然也非常穩(wěn)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年用氮86原子的特定

能級躍遷所定義的米、1967年用鋼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(wěn)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?。?0-15量級）的頻率，從而具有準確

性、穩(wěn)定性、可靠性和普適性。

計量的意義：

計量的意義（從質量、安全、社會、企業(yè)、成本等方面考慮）O

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(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(guī)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(guī)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(guī)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(guī)定。

計量分類:

(-)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(fā)展，根據法制、技嘏口

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(yè)技能等的明確

規(guī)定和具體要求。法制計量主要涉及安全防護、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)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(yè)計量

工業(yè)計量也稱工程計量,系指各種工程、工業(yè)企業(yè)中的應用計量。例如，關

于能源、原材料的消耗、工藝流程的監(jiān)控和產品質量與性能的計量測試等。工

業(yè)計量涉及面廣，是各行各業(yè)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(fā)展的一個計量科學領域C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、T分尺、游標

卡尺、百分表、干分表、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(jié)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(yǎng)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：怯碼、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3僉

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、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(fā)生器、調制分析儀、音頻分析儀、

失真度測量儀、示波器、函數發(fā)生器、腦電圖機、心電圖機、掃頻儀、心電監(jiān)

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(fā)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(fā)

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、丫射線、

倫琴射線、鐳、鈾社元素的中子輻射）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(yī)療

衛(wèi)生（如服用同位素、肝掃描都必須劑量診斷準確）、環(huán)保監(jiān)測、原子能發(fā)

電、探礦、探傷、石油管道去污定位以及應用于農業(yè)上的育種等。電離輻射計

量常用的計量器具主要包括：工作用丫射線輻射源、醫(yī)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、丫輻射防護儀表、醫(yī)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(guī)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(fā)光強度坎〔德拉〕，符

號：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

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