淺談長度計量技術(shù)及其發(fā)展趨勢

潘秀亮 于廣學(xué) 呂俊

摘 要：長度計量技術(shù)在計量領(lǐng)域中占有重要地位，其應(yīng)用十分廣泛。十大類計量技術(shù)都是以長度信息的形式進行定量描述的，因此其發(fā)展趨勢相當(dāng)迅猛。

關(guān)鍵詞：長度計量；計量器具；測量方法；測量誤差

計量學(xué)采用當(dāng)今最先進的科學(xué)技術(shù)，計量技術(shù)水平能夠體現(xiàn)出當(dāng)今的科技技術(shù)水平，而長度計量又是計量行業(yè)的基礎(chǔ)，沒有長度計量就沒有計量，沒有計量也就沒有科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，因而沒有長度計量技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)如今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是寸步難行的。

1 長度計量發(fā)展史

在遠古時代，生產(chǎn)、貿(mào)易、結(jié)算等各個方面都處于萌芽時期，因而這些方面都有了計量的需求，全世界各地就已經(jīng)在度量衡方面有了發(fā)展。早在奴隸社會初期，由于生產(chǎn)和商品交換的發(fā)展，有人利用度量衡來防止圖謀私利；相傳大禹為了治理水患，創(chuàng)造了測量工具規(guī)、矩和準繩，并以自己的身長和體重作為長度和重量的標準；商鞅變法對田畝制度作出了新規(guī)定：“舉足為跬，倍暌為步”；自從秦始皇一統(tǒng)全國以后，他就制訂了統(tǒng)一全國的度量衡，推行“一法度衡石丈尺，”也就是統(tǒng)一度量容器，令長度、體積、質(zhì)量均有統(tǒng)一的標準；漢代人經(jīng)常使用自然人體部位或者是自然物體作為標準來測量某個量，如“布手知尺”“手捧成升”“邁步定田”“一黍之廣度之”。

近代計量的開始以1875年簽訂的“米制公約”為標志。在近代計量的歷史上，長度計量擺脫了以自然人體部位和自然物體作為計量基準，這一時期發(fā)展為以科學(xué)技術(shù)為主體的科學(xué)計量時代。但是這一時期的科學(xué)技術(shù)水平依然有限，當(dāng)時的計量基礎(chǔ)大多數(shù)是經(jīng)典理論下的宏觀實物。例如長度基準是米基準原器，米基準原器用鉑銥合金制成，其根據(jù)是地球子午線長度，其長度為地球子午線長度的四千萬分之一。20世紀初，我國由于戰(zhàn)爭等內(nèi)憂外患情況較復(fù)雜，因而國家經(jīng)濟發(fā)展較落后，直至20世紀50年代經(jīng)濟才剛剛有所復(fù)蘇，也就在1955年國家才成立了國家計量局。國家計量局促進監(jiān)督計量方面國家的計劃，并協(xié)調(diào)計量領(lǐng)域相關(guān)測試的實施和檢定、校準工作的開展。國家計量局成立了以后，開始推行米制并且制訂了統(tǒng)一國家計量制度的一系列法律法規(guī)，直到這時我國近代計量科學(xué)體系有了基本的雛形。

1960年，國際計量大會決議并通過了建立國際單位制，從此進入現(xiàn)代計量的時代。1983年，在第十七屆國際計量大會上通過了新的米的定義，即光在真空中（1/299 792 458 s）時間間隔內(nèi)行進的路程的長度為1 m。此時米的復(fù)現(xiàn)不確定度能夠達到10-12～10-11量級，在這一定義中涉及了一些相關(guān)基本物理常數(shù)，這將大大減小計量基準復(fù)現(xiàn)的不確定度，以滿足科學(xué)研究、生產(chǎn)和社會發(fā)展的需要。現(xiàn)當(dāng)代的長度計量技術(shù)已成為一門綜合性技術(shù)，廣泛涉獵了精密儀器、電、光以及電子計算機等方面，并將現(xiàn)代技術(shù)相融合，其發(fā)展勢態(tài)迅猛，是一門前景廣闊的技術(shù)。

2 長度測量的方法

2.1 直接測量法和間接測量法

直接測量法是指不必測量與被測量有函數(shù)關(guān)系的其他量，而能直接得到被測量值的一種測量方法，例如用卡尺測量塊的長度，卡尺的讀數(shù)值就是量塊的長度值。間接測量法是指通過測量與被測量有函數(shù)關(guān)系的其他量，從而得到被測量值的一種測量方法。例如長方形面積就是通過測量其長度和寬度用其乘積來確定的。

2.2 微差測量法和符合測量法

微差測量法是將被測量與同它只有微小差別的已知同種量相比較，通過測量這兩個量值間的差值以確定被測量值的一種測量方法成為微差測量法，用量塊在比長儀上測量環(huán)規(guī)孔徑或者活塞直徑，利用的就是微差測量法。符合測量法就是用觀察某些標記或信號相符合的方法，來測量出被測量值與作為比較標準用的同一種已知兩值之間微小差值的一種測量方法，用卡尺測量工件尺寸，使游標上的刻線與主尺上的刻線相符合，來確定零件的尺寸大小，利用的就是符合測量法。

3 長度測量誤差的處理

3.1 系統(tǒng)測量誤差

系統(tǒng)測量誤差是指在重復(fù)測量中保持不變或者按照可預(yù)見方式變化的測量誤差的分量。測量誤差分為系統(tǒng)測量誤差和隨機測量誤差，系統(tǒng)誤差是其中的一個分量，其來源可以是未知的也可以是已知的，對已知的來源可以采取措施減小甚至消除。

3.2 隨機測量誤差

隨即測量誤差是指在重復(fù)測量中按照不可預(yù)見的方式變化的測量誤差的分量。測量誤差分為系統(tǒng)測量誤差和隨機測量誤差，隨機測量誤差也是其中的一個分量，影響量的隨機變化能夠引起隨機誤差，隨機誤差也導(dǎo)致了重復(fù)測量中數(shù)據(jù)的分散性。

4 長度計量的發(fā)展趨勢

長度計量直接關(guān)系到人們的健康、安全和切身利益，長度計量領(lǐng)域計量器具量多面廣，它覆蓋了人們生活的方方面面。同時在廣泛的社會活動中，每天都進行著大量的長度計量活動，貿(mào)易結(jié)算、醫(yī)療衛(wèi)生、安全防護、環(huán)境監(jiān)測各方面都離不開長度計量，長度計量技術(shù)作為計量技術(shù)的基礎(chǔ)，它為測量的準確、可靠提供了保障，更是確保了國家計量單位制度的統(tǒng)一和全國量值的準確可靠。長度計量技術(shù)在各個宏觀微觀領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在宏觀天體距離的測量上，長度測量技術(shù)保證測量精度更高，距離更加準確；在微觀長度測量領(lǐng)域，隨著技術(shù)水平的提高，勢必給微觀位移量測量帶來新的大發(fā)展。計量技術(shù)水平代表著一個國家的國力和競爭力，而長度計量技術(shù)的發(fā)展勢頭迅猛，它應(yīng)用在祖國的各行各業(yè)，在國民經(jīng)濟發(fā)展的方方面面都起到了決定性的作用。在現(xiàn)代經(jīng)濟社會建設(shè)中，長度計量技術(shù)是計量基礎(chǔ)。長度計量技術(shù)雖然不是能夠直接生產(chǎn)出產(chǎn)品和創(chuàng)造出經(jīng)濟價值的實際性技術(shù)，但它卻能創(chuàng)造出更多更大的經(jīng)濟效益和經(jīng)濟價值，其意義深遠。

新中國成立以后，全國計量工作者一直努力按照國家的要求，全面建設(shè)國家的現(xiàn)代計量體系。而今，在黨的“十八大”的號召下，國家發(fā)布了2013—2020年的《計量發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃對我國的計量工作重點部署，這充分體現(xiàn)了計量工作對于科技進步、社會發(fā)展、產(chǎn)業(yè)升級和人民福祉有著重要的作用。