計量培訓；通用計量術語知識講座
中國（guó）計量科學研究院總工程師  施昌（chāng）彥

　　編者按
　　為了宣傳JJF1001—1998《通（tōng）用計量（liàng）術語及定義》國家計量技術規範，統一理解，普（pǔ）及計量知識（shí），促進計量技術（shù）交流，加速計（jì）量事業發（fā）展，《中國計量》雜誌擬於2000年第八期至2001年第八期舉辦《通用計量術（shù）語知識講座》。講座由該（gāi）規範起（qǐ）草人羅振之（zhī）、施昌彥、金華彰、戴潤生、馬彥冰等同誌分別主寫，對有關術語進行解釋、討論，與讀者進行交流。我（wǒ）們初（chū）步計劃於2001年下半年在《中國（guó）計量》雜誌上開展一次有關“通用計量術（shù）語和測量不確定度知識競賽”，以活躍（yuè）基層（céng）計量工作，提高業務知識。歡迎廣（guǎng）大計量工（gōng）作者積極配合，將在實施JJF1001—1998規範中的有關問題或建議及（jí）學習（xí）心（xīn）得反饋給我們，讓我們共同把這一講座辦好。    

　　一、測量  measurement

　　以確定（dìng）量值為目的的一組操作（zuò）。
　　注:(1)操作可以是自動地進行的。
　　(2)測量有時也稱計（jì）量。

　　這個定義包括三層內（nèi）涵:(1)測（cè）量是操作，至於是什麽樣的操作，沒有（yǒu）做具體規定。它可能是一項複雜的物理實驗，如激光頻率的絕對測量（liàng）、地球至月球的距離測量、納米測量等；也可能是一個簡單的動作，如稱體重、量體溫、用尺量布等。這（zhè）種操作（zuò）可以是自動進行的，也可（kě）以是手動或半自動（dòng）的（de）。(2)這裏強調的是一組操作或一套操作，意（yì）指（zhǐ）操作的全（quán）過程，直到（dào）給出測量結果（guǒ）或報告。也（yě）就是從明確或定義被（bèi）測（cè）量開始，包括選定測量原（yuán）理和方法、選用測量標準和儀器設備、控製影響量的取值範（fàn）圍（wéi）、進行實驗和計（jì）算，一直到獲得具有適當不確定（dìng）度的測量結果。(3)該組操作（zuò）的“目的”在於確定量值，這裏沒有限定測量範圍和測量（liàng）不確定度。因此，這個定義適（shì）用於諸多方麵和各種領域（yù）。

　　這個定義與過去曾廣泛流行的定義——“測量是將被測量與一個被選作單位的特定同類量比較，得出該量是單位的（de）多少倍的實驗（yàn）過（guò）程”相比，顯然更為概括。它們的主要差別在於:舊定義隻適用於狹義的物理（lǐ）量，即那些在理論（lùn）上已得到（dào）充分闡明的、包含在有關物理方程式中的量，不適用於其定義（yì）與特定參考標尺相聯係的量(如材料（liào）的硬度、化學中的pH值、燃油的辛烷值等)；而新定義則可適（shì）用於所有可測量的量。但是，新舊兩個定義的中心思想（xiǎng）或目標是相同的，即測量的目的是要把所研究的量與（yǔ）一個數（shù）值聯係（xì）起來。對於物理量，是以一個數值乘以該（gāi）量的一個（gè）單（dān）位的形式來建立聯係；對於其他可測量的量，則是通過一個數值與一個表示特定參考標尺的（de）符號來建立聯係。這樣，通過測量就可將（jiāng）無法直接（jiē）計數和排序的量，轉變為（wéi）可以計數或排序，從而使人（rén）們對物體、物質和（hé）自然現象屬（shǔ）性的認識和掌握，達到從定性到定量的轉化。(注:在《通用計量（liàng）術語及定（dìng）義》中，把〔可測量的〕量（liàng）定義為（wéi）:現象、物體（tǐ）或物質可定性（xìng）區別和定量確定（dìng）的屬性。)

　　測量起源於遙遠的古（gǔ）代（dài），當時被測的量主要限於長度、容積、質量(重量)和土地麵積等幾個量。中國古代的“度量衡”，在作動詞解釋時，度是指長度測量，量是指容積測量，衡是指質量（liàng）(重（chóng）量)測量。隨著人類社會（huì）進入工業（yè）化和信息（xī）化時代，國際交往和貿易快速（sù）增長，特別是物理學等“精確科學”的發（fā）展，不僅使需（xū）要測量的量達到數以百計，而且其量值範圍不斷擴大、不確（què）定度要求不斷提高，還出現了對動態（tài）測量（liàng）、實時測量、綜合測量及（jí）嚴酷環境下特殊測量的（de）新需求。

　　在計量學中，測量既是核心概念，又（yòu）是研究對（duì）象。所以，人們有時也稱測量為計量，例如稱測量單位為（wéi）計量單位、稱測量標準為計量（liàng）標準等。    

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　　二、計量  metrology

　　實現單位統（tǒng）一、量值準確可靠的活動。
    計量（liàng）是實現（xiàn）單位統一、量（liàng）值（zhí）準確可靠的活動，包括科學技（jì）術上的、法律法規上的和行政管理上的活動。計量在曆史上稱（chēng）為度量衡，所用的主要器（qì）具是尺、鬥、秤。在英語中尺子和統治者是（shì）同一詞——ruler，我國古代把砝碼稱為“權（quán）”，至今仍用天平代表（biǎo）法製和法律的公平，這些都表明計量是象征著權力和公正的活動。

　　確定被測量的量值是測量的目的，最終是為了社會應用。因此，在不同（tóng）時間、地點由不同的操作（zuò）者用不同儀器所確定（dìng）的同一個被測量的量值，應當具有可比性。隻有當選擇測量單位遵循統一的準則，並使所獲得的量值具有必要的準確（què）度和（hé）可靠性時，才能保證這種可（kě）比性。顯然，對測量的這種要求不（bú）會自發地得到滿足，必須由社會上（shàng）的有關機構、團體包括政府（fǔ）進（jìn）行有組織的（de）活動才能達到。這些（xiē）活（huó）動，大體上包括進行科學研究、發展測量（liàng）技術（shù）、建立基（jī）準(標準)與保證測量結果具（jù）有溯源性的物質技術（shù）基礎，以及製（zhì）定（dìng）計量法律、法規、條例，開展計量行政管理，才能保證經濟而有效地為社會提供計量服務。

　　實際上，人類為了生存（cún）和發展必須認（rèn）識自然、利用（yòng）自然和改（gǎi）造自然，而自然界的一切現象（xiàng）、物（wù）體或物質，是通過一定的“量”來描述和（hé）體現的（de）。也就是說，“量是現象、物體或物質可定性區別（bié）與定量確定的一種屬性”。因此，要認識大千世界和造福人類社會，就必須對（duì）各種“量”進（jìn）行分析和確認，既（jì）要（yào）區（qū）分量的性質，又要確定其量值。計量正（zhèng）是達到這種目的的重要手段之（zhī）一。在這個意義上可以廣（guǎng）義地認為（wéi），計量是對（duì）“量”的定性分析和定量（liàng）確認的過程。實際上，人類在科學研究、經濟活動和社會（huì）發展中，每時每刻都離不（bú）開計量，通過計量所獲得的測（cè）量結果是人（rén）類活動最重要（yào）的信息源之一。如果這種信息是（shì）錯誤的，或者沒有可重（chóng）複、可再現及可比較（jiào）的特性，就無法正確地認識（shí）事（shì）物、認識自然，也就無法利（lì）用自然和改造自然。有關的文字記載和器物遺存證明，早在數千年前，出（chū）於生產、貿易（yì）和（hé）征收賦稅等方麵的需要，古埃及、巴（bā）比倫、印度和中國等地均已開（kāi）始進行長度、麵積(尤其是土地麵積)、容積(主要是（shì）為確定糧食的數（shù）量)和質量(重量（liàng）)的測量。

　　在（zài）相（xiàng）當長的曆史時期內，計量的對象主要是物理量，後（hòu）來隨著科技進步和社（shè）會發展而（ér）擴展到工程量、化學量（liàng）、生理量，甚至心理量。當前普遍（biàn）開展和比較成（chéng）熟（shú）或傳統的有（yǒu）幾何量、溫度、力學、電（diàn）磁、無（wú）線電、時間頻率、光學、電離輻射、聲學和化學等，即所謂十大計量。同時，在一些高新技術領域如生（shēng）物、醫學、環保（bǎo）、信息、航天和軟件等方麵的專業計量測試，也正在逐漸（jiàn）形成和不斷加強。例如，在醫學和（hé）保健方麵，不僅需要實驗室用（yòng）的高準（zhǔn）確度計量測試儀器，也需要臨床實時(甚至在體實時)的（de）計量分析儀器及非采樣(非侵入（rù）、無損傷)的醫用測試分析儀器（qì）。在生物和生（shēng）命工程方（fāng）麵，人（rén）們（men）希（xī）望從蛋白質的控製中了解生物學、生理學、生物化學、分子遺傳學，並且正在對構成蛋白（bái）質生產的核糖核酸的15萬個標（biāo）記進行測試和編排。同時，以DNA計算機為首的生物計算（suàn）機，將為解決當前矽芯片集（jí）成器件的（de）數量（liàng）(集成度)接近極限，因而計算機處理能力也接近極限的難題，提供理想的方案。這（zhè）裏，計量的對（duì）象已進入微觀領（lǐng）域。

　　隨（suí）著科技、經濟和（hé）社（shè）會的發展，計（jì）量的內容（róng）也在不斷地擴展和（hé）充實，通常可概括為6個方麵:計量單位與單位製（zhì）；計量（liàng）器具(或測量儀器)，包括實現或複現計量單位的計量基準、標準與工作計量器具；量（liàng）值傳遞與量值溯源，包括檢（jiǎn）定、校準、測試、檢（jiǎn）驗（yàn）與檢測；物理常量、材（cái）料與物質特性的測定；不確定度、數（shù）據處理與測量理（lǐ）論及其方法；計量管理，包括計量（liàng）保證與計量監督等。其中，計量器具是對量的定性分析和定量（liàng）確認進行管理的最為常用的直接手段。實際（jì）上，計量器具起著擴展和延伸（shēn）人類感官和神經係統的作（zuò）用，增強了人類認（rèn）識自然的能力，成為認識自然的有力工具；機器則替代和延伸了（le）人類的體力勞動，成為（wéi）改造自然的有力工具。而改造自然是以認識自然為前提的，機器配上計量器具才能發揮更大的作用，這正在諸如柔性機床、加工中心等機電（diàn）一體化的機器中得到體現，並已成為發展趨勢。

　　計量的（de）特點取決於計量所從事的工作，即為實現單位統一、量值準確可靠而進行的（de）科技、法製和管理（lǐ）活動，概括地說，可歸納為準確（què）性、一致性、溯源性及（jí）法製性4個方麵。

　　準確性是指測量結（jié）果與被測量真值的一致（zhì）程度。由（yóu）於實際上不存在完全準確無誤的測量，因此在給出（chū）量值的同時，必須給出適應於應用目的或（huò）實際需要的不確（què）定度或誤差範（fàn）圍。否則，所進行的測量的質量(品質)就無從判斷，量值也就不具（jù）備充分的實用價值。所謂量值（zhí）的準確，即是在一定的不確定度、誤差（chà）極限或允許誤差範圍內的準確。

　　一致性是指在統一（yī）計量（liàng）單位的基礎上，無論（lùn）在何時、何地（dì），采用何種方法，使用何種計量器具，以及由何人測量，隻要（yào）符合有（yǒu）關的要求，其測量結果就應在給定的區（qū）間內一致。也就是說，測量結果應是可重複、可再現(複現)、可比較（jiào）的。換言之，量值是確實可靠的，計量的核心實質（zhì）上是對測量結果及（jí）其有（yǒu）效性、可靠性的確認，否則，計量就失去其社會意義。計量的（de）一致性不僅限於國內，也適用（yòng）於國際，例如國際關鍵比對和輔助比對結果應在等效區間或協議區間內一（yī）致。

　　溯源（yuán）性是指任何一個測量結果或計量標準的值，都能通過一（yī）條具有規定不確定度的連續比（bǐ）較鏈，與（yǔ）計量基準聯係起來。這種特性使（shǐ）所有的同種量值，都可以按這條比較鏈通過校準向測量的源頭追溯（sù），也就是溯源到同一個（gè）計量（liàng）基準（zhǔn）(國家基準或國際基準（zhǔn）)，從而使準確性（xìng）和一致性得到技術保（bǎo）證（zhèng）。否則，量（liàng）值出於多（duō）源或多頭，必然會在技術上（shàng）和管理上造成混亂。所謂“量值溯源（yuán）”，是指（zhǐ）自下（xià）而上通過不間斷（duàn）的校準而構成溯源（yuán）體係；而“量值傳遞”，則是自上而下通過逐（zhú）級檢定而構成檢定係統。

　　法製性來自於計量的社會性，因為量值的準確可靠不僅（jǐn）依賴於科學技術手段，還要有相應的法律、法規和行政管理。特別是（shì）對國計民生有明顯影響，涉及公眾利益和可持續發展（zhǎn）或需要特殊信任的領域，必須由（yóu）政府主導建立起法製保障。否則，量值的準確性（xìng）、一致性及溯（sù）源性就不可能實現，計量的作用也難以發揮。

　　由此可見，計量不同於一般的測量。測量是為確定量值而進行的全部操作，一般不具備、也不必具（jù）備計量的4個特點。所以，計量屬（shǔ）於測（cè）量而又（yòu）嚴於一般的（de）測量，在這（zhè）個意（yì）義上可以狹義地認為，計（jì）量是與測量結（jié）果置信度有關的、與不確定度聯係在一起的規範化的測量。實際上，科技、經濟（jì）和社會愈發展，對（duì）單位統一、量值（zhí）準確可靠的要求愈高，計量的作用也就愈顯重（chóng）要。    

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　　三、計量學  metrology

　　關（guān）於測（cè）量的科學
　　注:(1)計量學涵蓋有關測量的理（lǐ）論與實踐的各個方麵，而不論測量的不（bú）確定度如何，也不（bú）論測量是（shì）在科學技術的哪個領（lǐng）域中進行的（de）。
　　(2)計量學有時簡稱計量（liàng）。
　　(3)計（jì）量學（xué）曾稱度量衡學和權度學。

　　從學科（kē）發展來看（kàn），計量學是物理學的一部分，後來隨著領域和內容的擴展而形成了一門研究測量理論（lùn）與實踐的綜合性科學。特別是計量學作為一門科學，它同（tóng）國家法律、法規和行政管理緊密結（jié）合的程（chéng）度，在其他學科中是少有的。

　　人們從不同的角度，對計量學進行過不（bú）同的分類。例如:把涉（shè）及（jí）計量單位的換算、計量器具（jù）基本特性（xìng）、測量數據處理等共性問題的，稱為通用計量（liàng）學（xué）；把涉及長度、溫度、硬度等特（tè）定量具體應用的，稱（chēng）為（wéi）應用計量學；把涉及自（zì）動測量、在（zài）線測量、動態測量等測量技術和測量方法的，稱為技（jì）術計量學；把涉及（jí）量的定義和單位的實現、複現等測（cè）量理論的，稱為（wéi）理論計量學；把涉及計量工作中法律、法規和法定要求（qiú）與法製管理的，稱為法製計（jì）量學；把涉（shè）及計量在（zài）國民經濟中作用和（hé）效（xiào）益評估的，稱為經濟計量學或效益計量（liàng）學（xué）；等等。當前，國際上趨向於把計量學分為科學計量（liàng）、工程計量和法製計量3類，分別代表計量的基礎、應用（yòng）和政府起主導作用的社會事業3個方麵。這時（shí），計量學通常簡稱（chēng）為計（jì）量。

　　科學計（jì）量是指基礎性、探（tàn）索性、先行性的計量科學研究，通常用最新的（de）科技成果來（lái）精確地（dì）定義（yì）與實現計量單位，並為（wéi）最新的科（kē）技發展提供可（kě）靠的測量基礎。科學計量本身（shēn）屬於精確科學，通常是國家計量研究機構的主要任（rèn）務（wù），包括計量單位與單位製的研究、計量基準與標準的研製、物理常量與精密（mì）測量技術的（de）研究、量值溯源與量值傳遞（dì）係統的研究、量值比對方法與測量不確定（dìng）度的研究等。

　　計（jì）量學是關於測量的科學，意味著它要求單位的定義建立在最新科技成果的基礎上，能以當前最小的不確定度實現或複現，並在過渡（dù）到新定義時保持原來（lái）的單位尺（chǐ）度（dù）或大小不變。同時，還要求所有單位構成一個簡明的、可在（zài）各國和各學科中通用的單位體係，即構（gòu）成一個實用的一貫單位製。科學家們經過一百多年的努（nǔ）力（lì），在米製基礎上建立的國際單位製(SI)，就（jiù）是一（yī）種這樣的單位製。在其包含的7個基本單位中，秒的定義建立在（zài）銫原子常量（liàng）的基礎上，實現的不（bú）確定度約為10-15量級，是（shì）全部（bù）單位中最好的；米的定義建立在真空（kōng）光速和秒定（dìng）義基礎上；開爾文的定義建立在水三相點的特定物質常量基礎上；摩爾的定義建立在（zài）碳原子常量和千克定義基礎上；安培的定義建立在真空磁導率和米、千克、秒定義基礎上；坎德拉的定義建立在特定單色輻（fú）射和米、千克、秒定義基礎上；千克（kè）的定義則建（jiàn）立在特定（dìng）宏（hóng）觀物體的脆弱基礎上，對其進行修（xiū）改的要求最為迫切，實現的可能方案尚（shàng）在探索中。從對單位定義的理論（lùn）要求（qiú）看，基（jī）本單位最好僅僅定義在基本物理常量基礎上，以便保持單位的（de）尺（chǐ）度恒（héng）久不變；從對單位（wèi）在實際測量中的使用要求看，則希望實現或複現的不（bú）確定度越小越（yuè）好（hǎo）。計量學家隻能在滿（mǎn）足實際使用要求的前提下，去追求理論（lùn）上的完善。

　　工程計量也稱工業計量，是指各種（zhǒng）工程、工業、企業中的實用計量，例如有關（guān）能（néng）源或材料的消耗、工藝流程的監控以及產品質量與性能的（de）測試等。工（gōng）程計量涉及麵（miàn）甚廣，隨著產品技術含量（liàng）提高和（hé）複雜性的增大（dà），為保證經濟貿易全球化所（suǒ）必需的（de）一致性和互換性，它已成為（wéi）生產過程控製不可缺少的環節。

　　工程計量（liàng）測試能力，實際上是（shì）一個國家工業競（jìng）爭力的重要組成部分，在以高技術為基礎的經濟構架中顯得尤為重要。隨（suí）著微電子工業的迅速發展，納米計（jì）量已成為熱門話題，它涉及物體及其表麵的特征，1納米～1微米範圍內（nèi）測量對象（xiàng）的間隔或位（wèi）移，例如超大規模集成芯片結構的（de）線寬、台階、膜厚等。利用納米技術可以操縱單個原子，從而為製造量子器件或單電子器件以（yǐ）及製造原（yuán）子密度的數據存（cún）儲器提供（gòng）了可能。如（rú）果說三四十年代的核技術是對物質潛在能量的開發，使“單位質量物質”的爆炸能力提升（shēng）百萬倍的話，那麽，納米技術將是（shì）對物質潛在信息和結構的（de）開發，將使“單位（wèi）體積物質”儲存和處理信息的能力增（zēng）加百萬（wàn）倍。這裏，計量型原子力（lì）顯微境和具有掃描隧道及原子力探（tàn）頭的掃描探（tàn）針顯微境，將（jiāng）為評定納（nà）米測量不確定度的（de）影響因素（sù）及統一納米量值的方法提供有力手段。

　　法製（zhì）計量是與法定計量機構工作有關的計量，涉及對計量單位、計量器具、測量方法及測量實驗室的法（fǎ）定要求。法製計（jì）量由政府或授權機構根據法製、技術和行政的需要進行強製管理，其目的是用法規（guī）或合同方式來規定並保證與貿易結算、安全防護、醫療衛生、環境監測、資源控製、社會管理等有關的測量工作的（de）公正性和可靠（kào）性，因為（wéi）它們涉及到公眾利益和（hé）國家可持續發展戰略。

　　法製計量的（de）特（tè）征除了政府起主導作用，即由政府或代表政府的機構管理外，還有一（yī）個（gè）明（míng）顯的特征:直接傳（chuán）遞到公眾一端，即直接與最終用（yòng）戶（hù）的計量器具及其測量（liàng）結果有關。它涉（shè）及（jí）的不僅是有利益衝突而需要保護，以及測量結果需（xū）要公共機構予以特別關注或特殊信（xìn）任的領域（yù），還包括測量結果（guǒ）違背公眾利益的領域，即保護與違背兩者常（cháng）常是並存的。例如（rú），隨著人（rén）們（men）對健康（kāng）日趨關心（xīn），先進的醫療設備發（fā）展迅速，愈來愈多的測量方法和計量器具（jù）被應用於醫療和（hé）保健，從而形成了“醫療計量”分支，涉及溫度、壓力、質量、超聲、電離輻射、生物力（lì）學、腦電流、血液成（chéng）分等有關參量的測量、分析及監控。忽視醫療計量會造成可怕的醫療事故。例如:超聲波（bō）胎心儀的功率超差嚴重，無異於使（shǐ）胎兒在母腹中承受腦震蕩；用伽馬刀放射治療腫瘤，因聚焦偏差過大使正常組織受過高劑量而（ér）壞死（sǐ）；用眼球激光治療（liáo）儀治療白內障，因吸收功率而灼傷（shāng）視網膜，造成不可逆轉（zhuǎn）的失明悲劇。

　　現代計（jì）量科學技術的成就（jiù），保證了所用的法製計量器具被控製在最大允許誤差（chà）範圍之內，不僅減少了商貿、醫療、安全等諸多領（lǐng）域的（de）糾紛，而且維護了消費者利益，促進了社會（huì）發展，從而給國民經濟帶來可觀的效益。

　　由此可見，科學計量既（jì）為法製計量（liàng）提供技術保障，或者說法製計量是以科學計量為其（qí）行政執法（fǎ）的技術基礎，還為工（gōng）程計量和（hé）新技術發展提供測量基（jī）礎。正如俄國科學家門捷列夫說過的:“沒有測量，就沒有（yǒu）科學”。另一方麵，科學計（jì）量本身又必須用最新的（de）科技成果來發展自己，使之（zhī）始終保持在先行位置，這就決（jué）定了它屬於精確科學。正如王大珩院士指出（chū）的:“計量學是提高物理量量化精確性的科學，是物理的基礎和前沿”。因此，計量事業理所當然地屬於國家的基礎設施事業之一。