计量是实现单位统一、量值准确可靠的活动。凡是以实现计量单位统一和测量准确可靠为目的的科学技术、法制、管理等活动都属于计量的范围。
在古代,计量称为度量衡或权度,至今已有几千年的历史,其原始含义为长度、容积、质量的测量,主要器具为尺、斗、秤。人类的生产、生活、贸易、科研等实践中每天都在进行亿万次的测量活动。人类借助测量手段来认识世界。例如,早期人们测量时间、距离、面积、体积和重量,目的是安排农业耕作、围地狩猎、交换粮食和贵重物品,采用的方法是用自己的感觉器官和自然现象来测量时间的长短,物体的大小。要使这种测量的结果具有社会的应用价值,必须使测量工具和测量方法准确可靠,并使测量结果具有全社会的一致性,这种复杂活动就是计量。
现代计量的范围已远远地超过了度量衡或权度。随着社会生产力的发展和科学技术的进步,测量范围不断扩大,测量准确度不断提高,测量工具和测量技术不断发展。20世纪60年代以后,微电子技术、量子力学、高分子合成、生物工程、海洋工程等技术的应用以及生产的现代化和国际贸易的扩大,使得计量逐步发展成为一门新兴的、综合性的学科—计量学。
二、计量的特点
计量具有下列基本特点:精确性、一致性、溯源性和法制性。
(一)精确性
它是计量的主要特点。计量不仅要明确给出被计量量的值,还要给该值的误差范围(不确定度),即精确性。精确性所表述的是计量结果与被计量的真值的接近程度。只有量值,没有精确度的结果,不是计量结果。所谓量值的统一,也是指在一定的精确度范围内的统一。
(二)一致性
它是指不论在任何时间、地点,使用任何仪器,采用任何方法以及由任何人来进行工作,只要它按照有关计量规定的条件去做,所得出的计量结果都应在给定的误差范围内一致。否则将失去它的社会意义,计量的一致性在国际国内范围均适用。
(三)溯源性
溯源性是通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链,使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准,通常是与国家测量标准或国际测量标准联系起来的特性。
它是“精确性”和“一致性”的技术归宗。因为任何精确和一致都是相对的,溯源可以使计量与人们的认识相对统一起来,从而使计量的“精确”与“一致”得到基本保证。在日常的实际工作中,由于所要达到的目的和需要的条件各不相同,所以对计量结果的要求亦各不相同。就一个国家而言,所有的量值都应溯源于国家基准(或标准);就世界而言,则应溯源于国际基准(或标准),否则将造成量值上的混乱。
(四)法制性
量值的准确一致,不仅要有一定的技术能力和技术手段,而且还要有一定的法律、法规做保障。这是计量的社会性所决定的,特别是关系到国计民生,对人民生活有直接影响的计量更必须有法制来保障。否则量值传递达不到一致性,计量的作用就难以发挥出来。
总之,计量是保证量值准确统一的测量,计量来源于测量,但又严于一般测量。
三、测量原理和测量方法
(一)概述
测量是以确定量值为目的的一组操作。它是人类认识和改造客观世界的一种必不可少的手段,是从客观事物中取得定量信息,以获得物质或物体某些特性的数字表征。它是用同类已知量与待测的未知量进行直接或间接比较,最终给出被测量与计量单位的比值的过程。
由于整个测量活动的不完善以及测量误差的必然性,通常,测量结果只是我们对被测量的真值作出的估计,所以,在给出测量结果时应同时说明本结果是如何获得的显示值,还是平均值;已作修正,还是未作修正;不确定度是如何评定的;置信概率和自由度为多少等。
(二)测量方法
1.直接测量法
2.间接测量法
间接测量法,即通过测量与被测量有函数关系的其他量,而求出被测量之值的测量,如通过测量行程与通过该行程的时间求出平均速度。用数学模型表达为
3.组合测量法
组合测量法仅适用于可叠加量测量,如祛码、量块、电容、电阻等,不可叠加量,如温度、硬度、粗糙度、色度、声级等,是难于实现组合测量的。组合测量是把m个待求量按不同方式组合成n组(n > m),对n种组合方式分别测量,然后,用最小二乘法解出每个待求量的值。
4.比较测量法
从广义上讲任何测量都是比较测量。但这里所指的比较测量是用替代法、交换法、微差法、零位法等,将被测量与和其量值相同或相近的已知同类量值在计量仪器或装置上进行比较,然后给出被测量赋值的方法。
此外,还有按测量精度分类的,如等精度测量、不等精度测量。也有按被测对象的状态分类的,如静态测量、动态测量、瞬态测量以及工业现场的在线测量、接触测量、非接触测量等。
(三)测量原理
测量原理即测量的科学基础。例如,利用激光干涉原理测量长度,利用晶体压电效应测量动态力及加速度,利用热释电效应测量温度,利用约瑟夫森效应替代标准电池,利用光释电效应测量光照度,利用雷达多普勒效应测量速度、激光多普勒效应测量冲击等等。