1.4 计量学

“计量”一词最早出现于1953年，到目前已经有60多年的历史了。然而，计量工作其实早在古代就已经出现，那时的人们称计量为“度量衡”，被视为“尺斗秤”，内容十分狭隘。随着科技的发展和进步，计量学的内容在不断地扩大和充实，已经发展成为一门应用广泛的独立学科。

1.4.1 计量学概述

1．计量学定义

按照JJG 1001—98《通用计量名词及定义》，计量学被定义为“有关测量知识领域的一门学科”。于1993年出版的《国际通用计量学基本术语》是由国际计量局（BIPM）、国际标准化组织（ISO）、国际法制计量组织（OIM L）、国际临床化学联合会（IFCC）、国际现论和应用化学联合会（IU PAC）以及国际理论与应用物理学联合会（IUPAP）等国际组织联合制订的，其对计量学的定义为“测量学科”，并注释：“计量学包括涉及测量理论和实用的各个方面，不论其不确定度如何，也不论其用于什么测量技术领域。”经过多年的研究讨论，对于计量学的定义，归纳起来大致有以下三种说法：

（1）“计量”是利用科学技术和监督管理手段实现测量统一和准确的一项事业；

（2）“计量”是保证测量实现统一和准确的一门科学；

（3）“计量”是利用技术的法制手段，实现单位统一、量值准确一致的测量。

2．计量学研究内容

现代计量学所包括内容的丰富，主要表现在以下七点：

（1）研究计量单位及其基准、标准的建立、复现、保存和使用；

（2）研究计量方法与计量器具的特性；

（3）研究计量不确定度和误差理论的实际应用；

（4）研究计量人员进行计量和检定、核准的能力；

（5）研究基本物理常数、标准物质、材料特性等的有关理论和测量；

（6）研究有关计量的一切理论和实际问题；

（7）研究计量法制和计量管理问题。

除此之外，基本物理常数、标准物质及材料特性等的准确测定也成了现代计量学的重要分支。随着社会发展，科技日新月异，计量学的内容范围将会更加广泛。

3．计量的分类

根据任务性质的不同，计量学可以分为法制计量学、普通计量学、应用计量学、技术计量学、质量计量学、理论计量学六大类。

法制计量学：是研究以立法形式或颁布法制性文件规定计量单位、计量方法和计量不确定度的计量学。为保证公平交易、人民的健康安全，许多政府对贸易、医疗、环保等方面的计量器具通过立法的形式采取强制管理，并进行日常监督和定期审查，从而保证了计量过程的准确度。

普通计量学：研究计量学中的共同性问题，如单位制的结构和计量单位的换算问题、计量误差问题以及计量器具的计量学特性问题。

应用计量学：是研究计量学在特定领域中应用的部分，如天文计量、工业计量、气象计量、海洋计量、医疗计量等。

技术计量学：是涉及工艺过程中测试检验的计量学。

质量计量学：是有关质量检验问题的计量学，如原料、材料、样品器件和整机设备的质量检验，前者统称为材料试验，后者属于例行试验范畴。

理论计量学：是关于计量理论问题的计量学，如关于量和计量单位的理论、计量误差理论、计量信息论等。

国际法制计量组织根据计量学的应用领域，将计量学分为工业计量学、商业计量学、天文计量学、医用计量学等。

本书探索研究的生物质计量学是研究生物质综合利用过程中所需的计量测试技术，在这六大计量分支中归类属于技术计量学。

1.4.2 计量学特性

计量学作为一门独立的学科，它具有较多的特性，归纳起来主要有以下8种。

（1）统一性——这是计量学最本质的特性，古今中外，都是如此，计量失去统一性，也就失去了存在的意义。秦始皇统一中国度量衡，功绩已加载史册。现在统一性不仅限于一个国家的单位量值的统一，而且要实现全世界各国单位量值的统一。

（2）准确性——有人说“准”字是计量工作的核心，这是完全对的。一切计量科学技术研究的目的，最终是要达到所预期的某种准确度，无论其准确度是高，还是低，都必须有一定程度的准确性。计量的统一性也必须建立在有一定程度准确性的基础上才有意义。

（3）法制性——为了保证计量学的统一性和准确性，国家对统一使用的计量单位、复现单量量值的国家计量基准以及进行量值传递的方法、手段等，用法律做出规定。对涉及贸易、安全、环保、卫生等分益或公平性利益的计量设备、计量方法及手段等进行法律规定，作为各行各业遵循的准则。如果没有法制性，所谓计量学的统一性、准确性就是一句空话。国际上现已形成法制计量学。

（4）社会性——是指计量学涉及的广泛性。它与国民经济各部门、人民生活的各个方面有密切的联系，对维护社会经济起着重要的作用。从直接的关系来说，正是计量学的社会性，决定了计量学的法制性。上述计量学的四个特性，应该说基本上概括了计量管理的特性，是我们研究计量管理特性的基础。但如果深入去探讨，计量管理还具有以下特性：

（5）权威性——要使计量更好地为国民经济建设服务，必须建立具有高度权威的计量管理机构和计量测试中心，即在行政领导和科技水平方面具有权威的计量管理系统，因为这也是计量本身的性质及其在国民经济中的重要作用所决定的，政府计量管理部门的重要职责，是代表国家对全国各行各业进行计量监督、检查、认证和鉴定等，这些基本的职能，必须要求具有高度的权威性。

（6）技术性——计量管理的技术性是特别明显的，因为计量本身就是一项科学技术性强的工作。要做好计量管理工作，就必须拥有先进的技术手段和雄厚的技术力量。在许多场合，计量管理要起一种“公证”、“仲裁”或者说是一种“技术法庭”的作用。准还是不准，合格与不合格，测量结果正确不正确，可行不可行等，都得以技术数据作为依据，即通常所讲的靠数据说话。

（7）服务性——这是中国计量管理的一贯宗旨。计量要为国民经济、科学技术、国防和国家、企事业单位和消费者服务，因而要把管理与服务看成是对立统一、相辅相成的两个方面。我们要提倡加强计量法制管理与社会经济服务相结合、在管理中体现服务精神，在服务中贯穿管理的原则。

（8）群众性——这一特性包含两层意思：其一，要时刻考虑人民群众的利益，保护消费者免受计量失准或不诚实的测量所造成的危害；其二，要注意发动群众参与计量监督，使专业计量管理与群众管理相结合。像商店设兼职计量员，集市上设义务计量员、公平秤等，就是计量管理群众性的体现。综合以上特性，可以看出计量是技术与管理的结合体，也可以说是两重性。它依靠计量技术作物质基础，实现单位量值的统一和全国量值的准确可靠。由此可见，计量技术与计量管理是支撑计量大厦的两根支柱。

1.4.3 计量学研究范畴

计量学包括的专业很多，应用范围十分广泛。中国目前根据被测的量来分类，大体可以分为十大类：几何量（长度）、温度、力学、电磁学、电子（或无线电）、时间频率、电离辐射、光学、声学、物理化学（含标准物质）等十大类。

（1）几何量计量：几何量计量又称长度计量，是计量领域发展最早的学科。在实际中，几何量计量主要包括：光波波长、量块、线纹、表面粗糙度、平直度、角度、通用量具、工程测量、齿轮测量、坐标测量、几何量量仪和经纬仪类仪器等。它的主要任务是研究和确定长度单位的定义，建立、保存长度计量基准和标准，开展长度和角度检定、校准和测试，进行量值传递，以确保量值的统一和正确。

（2）温度计量：温度计量按测量范围分包括超低温、低温、中温、高温和超高温等。

（3）力学计量：力学计量是发展最早的计量领域之一，它包括质量、力值、扭矩、硬度、压力、振动、冲击、流量、流速、转速、容量、加速度等的计量测试。其理论基础是牛顿力学定律。

（4）电磁学计量：电磁计量就是应用电磁测量仪器、仪表和设备，采用相应的方法对被测量进行定量分析，研究和保证电磁量测量的统一和准确的计量学分支。主要研究内容有：精密测定与电磁量有关的物理常数，确定电磁学单位制，按定义研究、复现和保存电磁学单位的计量基准和标准，研究电磁量的测量方法，研究进行电磁量量值传递的标准量具和专用测量装置，以及研究制定相应的检定系统、检定规程、技术规范等技术法规。

（5）光学计量：光学计量测试包括的范围相当广泛，目前国家已在许多方面建立了计量标准和测试手段。主要包括：光度、光谱光度、色度、辐射度、激光参数、光学材料参数、光学薄膜参数、成像光学、微光像增强器及夜视仪器参数、光纤和光通信函数、光电子器件参数等计量测试。光度量是限于人眼能够见到的一部分辐射量，是通过人眼的视觉效果去衡量的，人眼的视觉效果对各种波长是不同的，通常用V（λ）表示，定义为人眼视觉函数或光谱光视效率。因此，光度量不是一个纯粹的物理量，而是一个与人眼视觉有关的生理、心理物理量。

（6）声学计量：声学计量学是声学的重要组成部分，也是声学发展的基础，研究声学基本参量，主观评价声学和工程使用参量的测量及保证单位统一和量值准确的技术科学。它包括声学计量基准和标准的建立及保持、量值传递、测量方法等。可分为空气声计量、水声计量和超声计量。国防和军事用途的需求是声学计量发展的强大动力。

（7）电子计量：有关电磁量单位及其标准的建立、复现、保存和传递的实践活动。其任务是为电子测量提供可信赖的科学依据，通过比较把所建立的单位或量值传递到其他测量器具，以保证电子测量单位量值的准确一致。电子计量具有标准性和法制性。电子计量标准相对于其他门类计量标准有自身的特点：①需建立标准的参量多。②涉及的频率范围和量程非常宽广。③除频率测量有极高精确度外，一般精确度不高于千分之一，如场强、Q 值等参量，国家标准器的精确度仅为百分之几，因此，电子计量中同精度等级比对的重要性尤为突出。电子学的发展非常迅速，与之相应的测量器具的更新换代也快，但计量标准（尤其是国家标准器）却相对比较稳定。采用新原理、新技术、新器件和新工艺以建立新的具有更高计量学特性的标准器，是极为重要的工作。