史氏測量計量學說(1)——序言

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                      史氏測量計量學說(1)  
                                                   ——序言                                 
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                                                                                                           史錦順                  
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       測量是人類的一項基本實踐活動。生產領域，時時運作；交易場合，無處不在。測量是科學研究的眼睛，是工程控制的前提。
       計量為測量提供測量單位，是測量的基礎；計量又是測量的監督，通過量值傳遞來實現全社會量值的準確一致。
       測量講究準確，準確是測量的精髓；計量以標準的準確保證測量儀器的準確，準確是計量的命脈。
       準確程度用誤差來衡量。誤差理論是測量計量學的核心。
       測量的歷史，幾乎與人類的文明史同步。中國古代，秦始皇統一度量衡，計量已屬國政。近代世界，科學技術大發展，測量與計量技術隨之發展起來。科學史表明，精確的測量是許多重大理論建立的先導。如今，各門學科都有與其發展水平大體相應的測量技術。
       經典測量計量學是近代科學的基礎學科之一。真值概念是經典測量計量學的核心。測得值與真值的差距，是誤差，誤差范圍稱準確度。準確度是測量計量水平的標志。
       近幾十年來，經典測量計量學遭到非難。由美國人提出、由BIPM(國際計量組織)等八個國際學術組織推行的“不確定度論”，否定作為測量計量學基礎的真值、誤差、準確度等基本概念，這就從根本上否定了測量計量學。這是一番歷史性的曲解，一場世界性的冤案。不確定度論輕率地否定人類長期積累的關于測量計量的基本知識，偏離了科學發展的正常軌道。而不確定度論自身概念含糊、邏輯混亂、公式錯誤、表達混沌，它必將被廢棄。
       測量計量學要發展、完善，才能抵御風波。
       隨著現代科學技術的發展，出現大量快變量的測量。既要揭露不確定度論的偽科學本質，又必須突破經典測量理論的局限。時代催生新的測量計量學說。
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       本書引入統計測量的新概念；提出測量計量領域的幾項區分方法，并得到相應的新概念。
       1 區分“單元”和“域”。指出誤差元是“單元”，誤差范圍是“域”。誤差元構成誤差范圍。完整的誤差概念必須包括誤差元與誤差范圍兩個部分。不確定度論說誤差非正即負，這是只承認有誤差元而否定誤差范圍的存在與功能，是對誤差理論的曲解。誤差概念有“單元”有“域”，是完全的整體；不確定度沒有構成單元，沒有確定的含義。不確定度本身就不確定。一個概念沒有明確的內涵與外延，是不符合邏輯規律的，不可能是科學的概念。
       2 區分常量測量與變量測量，引入兩類測量的新概念。
       經典測量理論的對象是常量測量。現代出現大量變量測量。本書在測量計量理論中引入變量的概念，把快變化量的測量稱“統計測量”；而把常量測量與慢變化量的測量稱為“基礎測量”。研究表明，計量是統計測量。由于兩類測量概念的提出，指明“除以根號N”，剔除異常數據這兩項操作只適于基礎測量。不確定度的定義中包含有“除以根號N”的操作，在大量的統計測量中，在計量中，這樣做是錯誤的。隨機變量的分散性的表征量是單值的σ，不能除以根號N.
       3 區分量值，得到測量方程。
       測量學的基本任務是研究測得值的規律。測量學研究怎樣取得測得值（測量方法）；分析并表征測得值與實際值的接近程度（誤差分析）；探討如何使測得值最大限度地接近實際值（精度設計）。測量方程是誤差分析的基礎。本書給出的區分測得值的具體方法是在參量的符號上加一個腳標。辦法簡單，但作用卻大：區別了主客觀，揭示了經典測量學是研究認識與客觀的關系這一本質。別看一個小小的標志，竟可以澄清往日許多混淆。簡單而實效。在區分測得值的基礎上，建立測量方程，于是理順了誤差分析的程序。有了測得值函數，使誤差分析有了明晰的物理意義，使測量學立足于嚴格的邏輯基礎之上。本書之前，誤差分析的慣例是拿過一個物理公式，直接取微分。這樣做，是在求幾個物理量的變化量之間的關系，而沒有求測得值與實際值的關系，是不切題的，常常弄錯正反比關系。說區分測得值的辦法簡單，也確實簡單；但畢竟是測量計量學發展的一步。筆者為此竟苦苦求索三十年。
       4 區分誤差范圍與誤差范圍實驗值，得到誤差方程。
       誤差方程的提出，解決了人們對誤差理論的一個疑慮。這個疑慮就是在真值未知的條件下，誤差怎么求的問題。
       《測量不確定度》一書的序言寫道：“對于測量結果的準確性，過去長期用測量值相對于被測量值的誤差來表示，但是由于被測量的真值是一個未知數，因此使過去的表示法產生了定量的困難”。
       這段話，基本思想來自GUM（測量不確定度導則），是不確定度論否定誤差理論的殺手锏。也是不確定度論問世的借口。但這是毫無道理的，是個測量佯謬。
       第一，人類社會是個有分工的整體。任何測量儀器，在設計制造時已經有了其誤差范圍指標；測量儀器又必須進行計量，認定其合格才能應用。因此，人們在使用測量儀器進行測量時，在得到測得值的同時，就已經知道了測得值的誤差范圍。根本就沒必要去進行測得值減真值的操作。所謂“真值未知，誤差不能求”的指摘，是個測量佯謬，是個偽命題。
       第二，在定標與計量測量儀器時，用的是計量標準，這里用標準的標稱值代換了標準的真值。此代換所差生的誤差，是逐級存在的。以往用微小誤差可略來解釋，是正確的，但缺少嚴格的論證；現在有了誤差方程，實現了誤差范圍實驗值（利用標準得出）到誤差范圍值（或稱真誤差范圍，以真值定義）的計算。在真值未知的條件下可以用誤差范圍實驗值求得真誤差范圍。如此，徹底破解了測量佯謬。
       5 論述標準方差、阿侖方差的推導思路，詳細說明阿侖方差的來龍去脈，指出：阿侖方差強調采樣時間，這一點是重要的，但阿侖方差有錯。錯在自己否定自己的前提。阿侖方差提出的背景是存在發散困難；而在發散的條件下是得不出貝塞爾公式的。阿侖方差錯引錯用貝塞爾公式，以至使其物理意義費解。阿侖方差是當今時頻界盛行的理論，但它畢竟有錯。本書提出簡單而又物理意義明確的自差統計概念。
       6 明確測量計量的實際操作程序，簡化計量測量結果的表達，促進測量計量的規范與統一。
       前六章是測量計量的基礎理論方面的新思路；后四章，是具體的專業理論，包括如何在特定的專業研究中，貫徹基礎理論的基本方法，也包括對專業測量計量原理的探究。
       7 在時頻計量研究中，應用建立測量方程的方法，建立新的計時方程。
       認識到計時的本質是計相，重新表達計時的物理公式，進而按區分測得值方法表達計值公式，方便地給出計時學界追求多年的計時方程。建立關于時頻關系的三定理，使得時頻界最常用的公式，例如比相測頻公式、時差公式以及頻率漂移率計算公式，極簡明而又順理成章地得出。
       8 在測距領域，提出相位測距的折合理論。
       提出折合測尺的概念，揭示關于折合測尺的幾個理論關系；找到定位數m和它的計算方法；得到整周數的計算公式；從而形成了一套精確測量距離的理論。測距誤差可小到亞毫米量級，這無疑有重要實用價值。給出相位測距的統一解。其特點是巧解模糊，一個公式算出距離量，而現有理論則需用許多判別公式。
       9 在測速領域中，應用測量方程的方法，給出多普勒測速誤差的新公式。
       10 探討微波阻抗計量的基本概念，基于連續條件的分析，建立了波導特性阻抗的新概念。
       本書的特點是它的實踐性與哲理性。明確的概念、簡化的理論，易懂易用；創新的意識、區分的方法，有哲理、講邏輯。本書的意義是以科學研究中的理論創新與學術爭論中的明辨是非，表明一個真理：辯證唯物論是打開科學寶庫大門的鑰匙。
       找到新方法，得出新概念，古老的測量計量學，新生了。-