管理篇；管理知識；計量管理基礎知識系列講座

第一講  測量與計量


國家質檢總局 金華彰


    編者按:計量戰線的老同志大都已退下來或將要退下來，計量戰線的新生力量正在不斷壯大、迅速成長。在這新老交替的時刻，對有關計量的基本概念和知識進行系統探討，具有一定的價值。這不僅有助于計量戰線的新同志進一步了解有關計量工作的內容，也可以使他們更深刻地理解計量的使命和社會責任，開創計量事業的新天地。為此，本刊將從2008年第1期起，在“學習與培訓”欄目系統開展計量管理基礎知識培訓。每期一篇，一題一文一期，重在對實際應用提供指導，盡量避免深奧理論。以下是第2期至第12期的題目(刊出時可能會略有調整):
    第2期  量和單位
    第3期  計量法規
    第4期  測量標準及建立
    第5期  計量檢定及其實施
    第6期  計量校準及其實施
    第7期  檢定規程和校準規范
    第8期  比對和能力驗證
    第9期  期間核查
    第10期  型式批準與型式評價
    第11期  商品量計量檢驗
    第12期  計量安全防護、職業道德
   

一、測量

    1.什么是測量
    測量是人類認識和揭示自然界物質運動的規律、借以定性區別和定量描述周圍物質世界，從而達到改造自然和改造世界的一種重要手段。可以說，測量的概念起源于人類對物質世界的認識。人類在認識自然、改造自然中，隨著生產、勞動、生活的需要，將遇到各種現象和物體，并要求能定性地區別又可定量地確定這些現象和物體的屬性。他們用人體的某一部分或某一實物，確定距離的遠近、土地的大小、食物的多少、物體的輕重。隨著人們在生產勞動實踐中知識的不斷積累，改造自然的能力逐步提高，人們把“確定的已知量”規定為某一量的單位量，通過它與一個未知量進行比較，從而確定這一未知量的大小，并將其(量的大小)用數值和單位的乘積(即量值)表示出來，這就是人們從事的測量活動。可見，一個量的大小用量值來表示，而如何獲得這一量值是通過測量來實現的。隨著人類社會和科學技術的高度發展，人類認識自然的能力進一步深化，測量對象不僅限于物理量，同時還對化學量、工程量、生物量等進行定性的區別和定量的確定，從而測量范圍不斷擴大，其應用范圍及內容更為豐富。
    按定義“測量”就是“以確定量值為目的的一組操作”。它包含了三層內涵:(1)測量是一種“操作”，它既可以是一項復雜的物理實驗活動，又可以是一種簡單的動作。這種操作可以手動、半自動，也可以自動地進行。(2)該組操作的目的(即測量的目的)在于確定被測對象量值的大小，這里沒有限定測量范圍和測量不確定度，也沒有規定獲得量值大小的方法和途徑，所以，它適用于所有可測的量，各種領域和各個方面的測量。(3)它強調是“一組”操作，說明測量是一個過程。通常把“確定量值的一組操作”稱為測量過程。測量過程的三個要素是:輸入，確定被測的量及對測量的要求；活動，對所需要的測量進行策劃，選定測量原理和測量方法，配備適宜的且具有溯源性的測量器具，確定測量程序，選擇和確定具有測量能力的人員，識別和控制測量過程中環境及影響量的影響，實施測量活動，并通過必要的數據計算和處理；輸出，按輸入的要求，出具測量結果或報告。把測量活動作為測量過程來看待，有利于理解測量中的各項要素，識別測量的要求，明確測量的資源、順序、接口、關系及相互作用，有利于實施測量及對測量活動的管理和監控。
    2.測量的作用
    測量是人們認識世界、改造客觀世界的重要手段。測量是科學技術的基礎，正如俄國科學家門捷列夫所說:“沒有測量，就沒有科學。”科學從測量開始，每一種物質和現象只有通過測量才能真正認識，不能測量的東西，人們就不可能全面地認識它。測量是發展生產的重要手段，它可以保證產品質量、改進和監控工藝、提高勞動生產率、改善勞動條件、加強經營管理、實現生產的自動化和現代化。測量也是掌握物質財富和動力資源的數量，以及經濟合理地使用這些財富，減少能源和材料消耗的重要手段。測量可以維護社會經濟秩序，確保國內和國際貿易活動的正常進行。此外，通過環境監測、醫療衛生、安全防護等方面的測量，可直接維護人們的健康和安全。測量是人們生活中不可或缺的重要環節，人們生活處處離不開測量。所以，測量與國民經濟、社會發展和人民生活有著十分密切的關系，具有十分重要的地位。
   

二、計量

    1.什么是計量
    還是要從測量談起，人們為了生存和發展，必須認識自然、改造自然，要進行大量的測量活動，最初，測量是十分原始的，單位是可以任選的。隨著生產的發展和商品交換形成社會性活動時，客觀上要求實現測量的統一，即在一定準確度內同一物體在不同地方，用不同測量手段，測量所得的結果應實現一致。因而出現了大家公認的、統一的單位及體現單位的實物標準，用公認的標準來對測量儀器進行比較，并用法律的形式將其固定下來，從而形成了區別于測量的新概念，也就是稱之為“計量”的概念。
    單位的統一是測量統一的基礎，測量統一應反映在量值準確可靠和一致上。按定義，“計量”是指“實現單位統一、量值準確可靠的活動”。該定義說明:(1)計量的目的就是為了實現單位統一、量值準確可靠，從而實現同一物體測量結果的可比性、一致性；(2)其內容包括為實現這一目的所進行的各項活動。這一活動具有廣泛性，它涉及科學技術、法律法規、行政管理等活動，包括國民經濟各部門、人民生活各方面，哪兒有測量，哪兒就需要單位的統一、量值的準確可靠，哪兒就需要計量，計量為測量的準確可靠提供了基本保證。這一定義不僅表達了計量的本質特征，也明確了從事計量活動的根本目的。通過計量所獲得的測量結果，是人類活動中最重要的信息源之一。
    可見，計量不同于一般的測量，測量是為了獲得量值的大小，而計量是為了達到量值的統一、準確和一致。測量是形成計量、計量學的前提和基礎，有了測量，才出現了計量的概念，從而形成了計量學這門科學。在計量學中，測量既是核心概念，又是研究對象。實際上，計量與測量兩者密不可分，可以認為計量就是與測量結果置信度有關的、與不確定度聯系在一起的規范化的測量，所以，人們有時也稱測量為計量，例如稱測量單位為計量單位，稱測量標準為計量標準等。

2.計量的發展
    計量的歷史源遠流長，計量的發展與社會進步聯系在一起，它是人類文明的重要組成部分。計量發展大體可分為以下三個階段:
    (1)古代計量
    有關文字記載和器物遺存證明，早在數千年前，出于生產、貿易和征收賦稅等方面的需要，已開始進行長度、面積、容積和質量的計量。計量在我國歷史上稱為“度量衡”，它有著悠久的歷史。由于生產交換的發展、私有制逐漸形成，早在奴隸社會初期就有人利用度量衡圖謀私利，并經常發生爭執。史籍記載，約公元前21世紀，傳說黃帝就設置了“衡、量、度、畝、數”五量。舜在行使權力時即“協時月正日，同律度量衡”。禹在劃分九州治理水患時，使用規矩準繩等測量工具，丈量規劃四方土地。我國古代用人體的某一部分或用天然物、植物的果實作為計量標準，如“布手知尺”、“掬手為升”、“取權為重”、“過步定畝”、“滴水計時”來進行計量活動。周朝(約公元前1037年)的度量衡法制記載，《周禮》說，周朝設內宰頒行度量衡法令；大行人掌管發放標準器；合方氏負責監督檢查；辦理地方事務的官職叫司事；管理市場的叫質人。公元前221年，秦始皇統一全國后，立即頒發詔書，以最高法令形式將秦國的度量衡法制推行于天下，秦朝還監制了許多度量衡標準器，并實行定期的檢定制度。我國歷史上計量的發展，為人類發展作出了突出的貢獻。西漢末年，王莽進行度量衡改革時頒行的用青銅鑄造的新莽嘉量標準器，成為我國歷史上度量衡器的珍品。我國漢代已出現“黃鐘律管”，用聲波對應管腔長度作為長度基準。我國歷史上把漏刻作為計時儀器，并使用了幾千年。我國古代計量具有光輝的一頁。
    (2)近代計量
    1875年“米制公約”的簽訂，標志著近代計量的開始。近代計量隨著近代物理學的發展，逐步引入了“物理量”的概念，使計量研究應用的對象得到了擴展。這一階段的主要特征是計量擺脫了利用人體、自然物體作為“計量基準”的原始狀態，進入以科學發展為基礎的發展時期。由于受科技水平的限制，這個時期的計量基準大都是經典理論指導下的宏觀實物基準，例如，根據地球子午線的長度的四千萬分之一，用鉑銥合金制成長度米基準原器；根據一立方分米的純水在其密度最大時的質量，用鉑銥合金制成了質量基準千克原器；根據地球圍繞太陽轉動周期來定義時間的單位秒。隨著工業生產的迅速發展，被測的量更為廣泛，計量的范圍也逐漸擴大。
    (3)現代計量
    現代計量的標志是1960年國際計量大會決議通過并建立的適用于各個科學技術領域的計量單位制，即國際單位制。它是將由以經典理論為基礎的宏觀實物基準，轉為以量子物理和基本物理常數為基礎的微觀自然基準。也就是說，現代計量以當今科學技術的最高水平，使基本單位計量基準建立在微觀自然現象或物理效應的基礎上，并建立科學、完善、有效的現代計量體系，實現國際上測量的統一。基本物理常數的引入和發展在定義計量基本單位和導出單位方面起到了關鍵的作用。例如:新的米定義中采用了真空中光速C的約定值，電壓和電阻單位定義中采用了約瑟夫森常數Kj和馮克里青常數Rk的約定值，摩爾的定義用到了阿伏加德羅常數Na等。采用基本物理常數，將大大提高計量基準復現的不確定度，滿足科學研究、國民經濟、生產和社會發展的需要。當前，我國正在為使計量基準建立在基本物理常數的基礎上開展科學研究，以逐步建立我國的現代科學計量體系；進一步完善國家計量法律法規，開拓法制計量新領域，建立我國的現代法制計量體系；進一步加強企業計量基礎工作，規范和發展我國校準市場，建立我國的現代工業計量體系。總之，我國現代計量的發展應緊緊跟上經濟的發展和社會進步的步伐，并作為全球計量體系的組成部分，以促進國際間量值的準確和一致。
    3.計量的特點
    計量具有以下四個方面的特點:
    (1)準確性
    準確性是指測量結果與被測量真值的接近程度，它是確保量值可靠開展計量活動的基礎，只有在準確的基礎上才能達到量值的可靠和一致。否則，所進行測量的質量(品質)就無從判斷。所謂量值的“準確”，即是指在一定的不確定度或允許誤差范圍內的準確。只有測量結果量值的準確，計量才能實現一致性，測量結果才具有使用價值，才可能為社會提供計量保證。
    (2)一致性
    計量的基本任務是保證單位與量值的一致，這是開展計量活動的根本目的。計量單位統一和單位量值統一是計量一致性的兩個方面，單位統一是量值統一的前提，量值統一是指在規定的準確度內量值的一致。一致性是指在統一計量單位的基礎上，無論在何時、何地，采用何種方法，使用何種測量儀器，以及由何人測量，對同一被測量其測量結果應在給定的區間內一致。也就是說，測量結果應是可重復、可再現、可比較的，量值是確實可靠的，否則，計量就失去了其社會意義。計量的一致性不僅限于國內，也適用于國際。
    (3)溯源性
    溯源性是開展計量活動、確保單位統一和量值準確可靠的重要途徑。溯源性指任何一個測量結果或計量標準的量值，都應能通過一條具有規定不確定度的連續比較鏈，與計量基準聯系起來。這種特性使所有的同種量值，都可以按這條比較鏈通過校準向測量的源頭追溯，也就是溯源到同一個計量基準(國家基準或國際基準)，或通過檢定按比較鏈進行量值傳遞，從而使準確性和一致性得到技術保證。否則，量值出于多源或多頭，必然會在技術上和管理上造成混亂。所謂“量值溯源”是指自下而上通過校準而構成溯源體系；而“量值傳遞”則是指自上而下通過逐級檢定而構成檢定系統。
    (4)法制性
    法制性是實現計量目的、開展計量活動的重要手段。古今中外，計量均由政府納入法制管理，確保計量單位的統一，免受不準確、不誠實的測量帶來的危害，以維護國家和消費者的利益，這些都是通過法制來實現的。計量的社會性本身就要求其應有一定的法制性來保障，不論是單位的統一，還是計量基準的建立，制造、進口和銷售計量器具的管理，強制檢定的實施等多個環節，不僅依賴于科學技術手段，還要有相應的法律、法規和規章，必須實施嚴格的法制管理。特別是對國民經濟有明顯影響，涉及公眾利益和可持續發展或需要特殊信任的領域，必須由政府建立起法制保障。否則，量值的準確性、一致性就不可能實現，計量的作用也難以發揮。

4.計量的分類
    計量活動涉及社會的各個方面，但按計量的社會功能，國際上趨向把計量大致分為三個組成部分，即法制計量、科學計量、工業計量，分別代表以政府為主導作用的計量社會事業、計量的基礎和計量應用三個方面。
    (1)法制計量
    法制計量是計量工作的核心。計量作為社會事業，并不是每個方面都需要政府管理，政府應把重點放在制定與實施計量法律、法規并依法進行計量監督上，這是政府及法定計量技術機構的工作重點，是法制計量的概念。法制計量是指在國民經濟、社會和人民生活中，存在著有利害沖突領域中的計量，其目的是要解決由于不準確、不誠實的測量所帶來的危害，以維護國家和人民的利益。當前國際社會公認的法制計量領域即為我國《計量法》所規定的:貿易結算、安全防護、醫療衛生、環境監測中的計量問題。近年來，隨著可持續發展戰略的提出，各國對其資源的評估越來越重視，資源控制也將納入依法管理的范圍。所以，法制計量的領域是隨經濟發展而變化的。按定義“法制計量”是指“計量的一部分，即與法定計量技術機構所執行工作有關的部分，涉及計量單位、測量方法、測量設備和測量實驗室的法定要求”。法制計量內容主要包括:計量立法，統一計量單位，對有關測量方法、計量器具和法定計量技術機構及測量實驗室實施依法管理。這些工作必須由法定計量技術機構或授權的計量技術機構來執行。法制計量是政府行為，是政府的職責。
    (2)科學計量
    科學計量是科技和經濟發展的基礎，也是計量的基礎，它是指先進性、前瞻性、綜合性的計量科學研究，通常用最新的科技成果來精確定義與實現計量單位，并為最新的科技發展提供可靠的測量基礎。科學計量包括計量單位與單位制的研究、計量基準與標準的研制、物理常數與精密測量技術的研究、量值傳遞和量值溯源方法及測量不確定度的研究。當然也涉及對測量原理、測量方法、測量儀器的研究，解決新的科學領域或有關領域中準確測量問題的研究，開展動態、在線、自動、綜合測量技術的研究，聯系生產實際開展有關計量測試課題的研究，提高測量人員測量能力的研究，以及涉及法制計量領域和計量管理的研究等。科學計量是實現單位統一、量值準確可靠的重要保障。
    (3)工業計量
    工業計量也稱為工程計量，其含義具有廣義性，并不單純指工業領域，而是廣義地指除了科學計量、法制計量以外的其他計量測試活動。它是涉及應用領域的計量測試活動的統稱，涉及有關生產及其他的各個領域，在生產和其他各種過程中的應用計量技術均屬于工業計量范疇。這里作為計量分類所指的“工業計量”一詞，是我國對這些計量測試活動的一種習慣用語。它的內容包括建立校準、測試服務市場，建立企業計量測試體系，開展各種計量測試活動，發展儀器儀表產業等方面。工業計量測試能力實際上是一個國家工業競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。工業計量為計量在國民經濟中的實際應用開拓了廣闊的前景和領域。
    以上三個方面相互關聯、相互鏈接，具有十分密切的關系，構成了完整的計量體系。它們之間的界限也是難以完全區分的，無論是在一個國家、政府，還是在一個企、事業單位中，其計量體系都包括科學計量、法制計量和工業計量及其相關活動，只是側重點不同。三大計量為我國融入世界現代計量體系，進一步發展計量事業奠定了良好的基礎。
    5.計量學
    從科學的發展來看，計量曾經是物理學的一部分，后來隨著領域和內容的擴展，而形成了一門研究測量理論和實踐的綜合性科學，成為一門獨立的學科——計量學。按定義計量學是“關于測量的科學”，計量學涵蓋有關測量的理論與實踐的各個方面。計量學應用的范圍十分廣泛，我國目前按專業和被測對象量的不同，把計量學的范圍分為十大類，即幾何量計量、熱學計量、力學計量、電磁學計量、電子學計量、時間頻率計量、電離輻射計量、聲學計量、光學計量、化學計量。按計量學的內容和性質、應用的不同領域劃分，計量學可分為:通用計量學、應用計量學、技術計量學、質量計量學、理論計量學、法制計量學等。特別是計量學作為一門科學，它同國家法律、法規和行政管理緊密結合的程度，是其他學科中少有的。計量是科學技術和管理的結合體，它包括計量科技和計量管理兩個方面，兩者相互依存、互相滲透，即計量管理工作具有較強的技術性，而計量科學技術中又具有較強的法制性。計量學有時簡稱計量。隨著科學技術和生產的發展，計量學的內容還會更加豐富。
    計量是發展國民經濟的一項重要技術基礎，是確保社會活動正常進行的重要條件，是保護國家和人民利益的重要保證。計量與科學技術、計量與生產、計量與維護社會經濟秩序、計量與貿易、計量與節能、計量與國防、計量與文化體育、計量與人民生活都息息相關，在人們的廣泛的社會活動中，哪兒需要測量，哪兒就需要計量，所以，計量在國民經濟和社會活動中具有十分重要的地位和作用。