来宝网Logo

热门词:生物显微镜 水质分析仪 微波消解 荧光定量PCR 电化学工作站 生物安全柜

现在位置首页>技术资料首页>实验技术>名词解释>计量的作用和意义

计量的作用和意义

来宝网2007年8月26日 11:06 点击:7895

计量的作用和意义--.计量与科学技术

 

随着科技和经济的发展、社会的进步,计量的作用和意义已日益明显。下面略举几例:

1.计量与科学技术

   众所周知,科学技术是人类生存和发展的一个重要基础。没有科学技术,便不可能有人类的今天。其实,计量本身就是科学技术的一个重要的组成部分。任何科学技术,都是为了探讨、分析、研究、掌握和利用事物的客观规律;而所有的事物都是由一定的“量”组成,并通过“量”来体现的。为了认识量并确切地获得其量值,只有通过计量。比如,哥白尼关于天体运行的学说,是在反复观察的基础上提出的,并在伽利略用天文望远镜进行了进一步观测之后而确立的;著名的万有引力定律,被牛顿的敏锐观察所揭示,并在百余年后经卡文迪许的精密测试而得到了确认;爱因斯坦的相对论,也是在频率精密测量的基础上才得到了一定的验证;李政道、杨振宇关于弱相互作用下宇称不守恒的理论,也是吴健雄等人在美国标准局(金标准技术研究院)进行了专门的测试才验证的。总之,从经典的牛顿力学到现代的量子力学,各种定律、定理,都是经过观察、分析、研究、推理和实际验证才被揭示、承认和确立。计量正是上述过程的重要技术基础。

   历史上三次大的技术革命,都充分地依靠了计量,同时也促进了计量的发展。
以蒸汽机的广泛应用为主军标志的第一次技术革命,导致以机器为主的工厂取代了以手工为基础的作坊,使生产力得以迅速提高,进而确立了资本主义的生产方式。当时,经典力学和热力学是社会科技发展的重要理论基础。在蒸汽机的研制和应用的过程中,都需要对蒸汽压力、热膨胀系数、燃料的燃烧效率、能量的转换等进行大量的计量测试。力学计量和热工计量,就是在这种情况下发展起来的。另外,机械工业的兴起,使几何量的计量得到了进一步的发展。

   以电的产生和应用为基本标志的第二次技术革命,更加推动了社会的发展。欧姆定律、法拉第电磁感应定律,以及麦克斯韦电磁波理论等,为电磁现象的深入研究和广泛应用、电磁计量和无线电计量的开展,提供了重要的理论基础。例如,1821年西贝克发现的热电效应,为热电偶的诞生奠定了理论基础;而各种热电偶的研制成功,则对温度计量、电工计量、以及无线电计量等提供了一种重要手段,促进了相应科技的发展。为了实际测量地球运动的相对速率,迈克尔逊等人利用物理学的成就,研制出了迈克尔逊干涉仪,从而为长度计量提供了一个重要方法。1892年,迈克尔逊用镐光(单色红光)作为干涉仪的光源,测量了保存于巴黎的铂铱合金基准米尺的长度,获得了相当准确的结果(等于1 553 163.5个红光波长)。直至百余年后的今天,利用各种干涉仪精密测量长度,仍然是几何量计量的一种重要方法。普朗克关于能量状态的量子化假说,指出物体在辐射和吸收能量时,其带电的线性谐振子可以和周围的电磁场交换能量,以致能从一个能级跃迁到另一个能级状态,并且能量子的能量为?E=hυ(式中h——普朗克常数,υ——频率)。爱因斯坦在普朗克假说的基础上,提出了光不仅具有波动性,而且还具有粒子性,即光是以速度c运动的粒子(光子)流,其单元(光子)的能量为?E=hυ,从而说明不同频率的光子具有不同的能量。上述理论成功地解释了光电效应,成了热辐射计量的理论基础,同时也使计量开始从宏观进入微观领域。随着量子力学、核物理学的创立与发展,电离辐射计量逐渐形成。

    核能及化工等的开发与应用,导致了第三次技术革命。在这个时期,科学技术和社会经济的发展更加迅速。原子能、化工、半导体、电子计算机、超导、激光、遥感、宇航等新技术的广泛应用,使计量日趋现代化,计量的宏观实物基准逐步向量子(自然)基准过渡。原子频标的建立和米的新定义的形成,有着相当重要的意义。频率和长度的精密测量,促进了现代科技的发展。比如,光速的测定、原子光谱的超精细结构的探测以及航海、航天、遥感、激光、微电子学等许多科技领域,都是以频率和长度的精密测量为重要基础的。

    至于人们广泛谈论和关注的所谓第四次技术革命,将引起科技、经济和社会的重大变革,人类将进入“超工业社会”或“信息社会”。那时,不可再生的石化燃料能源将替换成可再生的太阳能、海潮发电等新能源,钢铁、机械、橡胶等传统产业将被电子工业、宇航工程、海洋工程、遗传工程等新兴产业所征服,等等。这场技术革命的先导是微电子学和计算机,而集成电路又可以说是先导的核心。集成电路的研制,没有相应的计量保证是不可想象的。比如,硅单晶的几何参数、物理特性,超纯水、超纯气的纯度,化学试剂、光刻胶的性能,膜层厚度、层错位错,离子注入深度、浓度、均匀度以及工艺监控测试图形等的测定与控制,都是精密测量。当前,我国集成电路研制尚比较落后,计量工作跟不上是其中的原因之一。
总之,科学技术的发展,特别是物理学的成就,为计量的发展创造了重要的前提,同时也对计量提出了更高的要求,推动了计量的发展;而计量的成就,又促进了科技的发展。正如门捷列夫所说:“没有计量,便没有科学”。聂荣臻同志也曾明确指出:“科技要发展,计量须先行”;“没有计量,寸步难行”。

2.计量与生产

    计量对工业生产的作用和意义是很明显的。社会化大生产的本身就要求有高度的计量保证。生产的发展,大体上可分为三个阶段,即以经验为主的阶段,半经验、半科学阶段和科学阶段。计量则是科学生产的技术基础。从原材料的筛选到定额投料,从工艺流程监控到产品的品质检验,都离不开计量。例如,一辆普通的载重汽车有9000多个零件,由上百个工厂生产,若没有一定的计量保证,就无法装配成功。某地方中型钢铁厂轧钢板的耗油量,原来是每吨300余公斤,后来由于对废气、空气量、燃烧供热量以及温度等进行了计量监控,结果使能耗下降到每吨40公斤。原先,某钢厂的冶金炉,所用的重油燃料靠人工经验控制,根本不计量;为了火旺,总是多投料,结果燃烧不彻底,黑烟滚滚,既多耗油,又污染环境,以致连年亏损。后来,安装了计量仪表,对燃料进行了监控,使加油量保持在最佳值,既节约了油料,又减少了污染,同时还提高了炼钢效率,结果很快就出现了扭亏为盈的新局面。某玛钢厂是我国生产玛钢制品的第一大厂。过去,能耗一直居高不下,是当地耗能的重点户。为摸清原因,该厂对十余种主要设备进行了热平衡测试,并取得了大量数据,从而计算出设备热平衡和能耗的基本关系,初步掌握了能源利用的规律,找出了能耗严重的主要原因并相应地安装了监测仪表。例如,退火窑的热效率原约为8%,监测控制后则提高到12%以上,退火时间由60小时降到35小时,一年就节煤近2 000吨、节电26 000余千瓦小时(度)。结果,一年下来,全厂的用水量下降了21%,节电约600 000千瓦小时,综合能耗下降了约10%,产值提高了22%。

    近年,国外经济发达国家,把优质的原材料、先进的工艺装备和现代的计量检测手段,视为现代化生产的三大支柱。其实,优质原材料的制取与筛选、先进工艺装备的配备与流程的监控,也都离不开计量测试。例如,国外先进生产线的产品品质高,次、废品少或几乎没有,其中重要的因素就是充分利用了在线测量与监控技术。至于所谓的柔性生产(制造)系统,更需要现代计量检测手段的技术保证。

    至于农业生产,特别是现代化的农业生产,亦必须有计量保证。例如,为了科学种田,就必须通过计量来掌握土壤的酸碱度、盐分、水分、有机质和氮、磷、钾的含量以及温度等。在盐水选种、温汤或药剂浸种、适温催芽和离心脱水等过程中,亦都要靠一定的计量保证。电离辐射育种,是近年发展起来的一项重要增产措施。我国已用该法培育出了许多农作物新品种,其中鲁棉一号可使棉花大面积地成倍增产。利用电离辐射实现农产品和食物的防腐保鲜,亦是新兴辐射加工工业的一个重要方面。所有这些,都需要相应的计量保证,否则不仅达不到预期的效果,而且会造成不应有的损失。另外,在田间管理上,也离不开计量。例如,既要合理密植,又要间作套种,这就需要对植株光合作用的照度等进行必要的计量。 

    事实充分表明,科学生产和技术革新,都离不开计量测试。


3.计量与人民生活

   计量对人民生活的意义是相当明显的。生产过程的计量不容忽视,生活中的计量则更应关注。它直接触动人们的切身利益,而且有时非常敏感。例如,日常买卖中的计量器具是否准确,家用电表、煤气表和水表是否合格,以至公共交通的时刻是否准确等,都会对人们的生活产生一定的影响。
民以食为天。粮食是生活的必需品,任何人都离不开它。粮食的品质直接关系到人们的健康。在粮食生产的过程中,施化肥可以增产,洒农药可以除虫。但化肥和农药大多对人体有害,必须控制在一定的剂量之内,否则将会导致积累性中毒,造成严重的后果。某些农药,如六六六等,许多国家,包括我国,已明令禁止使用。近年来,一些发达国家在积极探索完全不使用化肥和农药的新式农业,即所谓的“生态农业”,很值得关注。倘能成功并予以推广,将会对人类的生存和发展产生深远的影响。
食品的保鲜,是人们越来越关注的一个问题。医学界已经证明,粮食及其制品,发霉变质会产生黄曲霉素,人和动物食用后容易致癌。另外,食品在加工过程中,往往要加入一些添加剂,如色素、味素、防腐剂等,都应对其进行必要的计量检测,以控制用量,否则会导致不良后果,危害人们的健康。所以,粮食及其制品的生产、贮存和加工,都离不开计量。
副食品,特别是水产品、肉、蛋和蔬菜的冷冻保鲜,人们已普遍采用。对此,温度的控制很重要,温度过低会对食品的色、香、味甚至营养起破坏作用;温度过高则不易保存。这也只有通过相应的计量才能予以保证。
近年来,城市的各种污染日益严重,几乎成了难以根除的公害。世界各国,特别是比较发达的国家,对环境保护都相当重视。其中,关键的一环,就是进行有效的计量监测与控制,诸如对大气、水质及噪声等。至于水和空气对人生的重要性,是不言而喻的。社会调查表明,一些水质良好、空气新鲜的地区,特别是山区,人们的平均寿命较长;相反地,水质不好、空气污染严重的地区,人们的发病率较高,寿命普遍较低。近年来,通过对空气的计量测试,发现当空气中的负离子浓度较大时,会感到空气格外新鲜,对人们有一定的医疗保健作用。这也是往往将休养所、疗养院、保健院等建于山区、林中或海滨、湖畔的原因之一。
在医疗卫生方面,计量测试的作用亦越来越明显。现代医学对疾病的预防、诊断和治疗,都离不开计量测试。例如,测量体温、血压,作心电图、脑电图以及各种化验等,皆是常见的计量测试。对于癌症,人们都很关注,是目前死亡率最高的疾病之一。据美国专家的估计,大约总人口的1/4,在其一生中可能患有各种癌症。当然发病与否,患病的程度各不相同。现在,有的国家癌症患者已逾百万。其中,约70%的患者接受放射线治疗,但治愈者仅40%左右。这里,要求肿瘤部位所受到放射线照射的剂量准确到±5%。因为,剂量小了,不足以抑制和杀伤癌细胞;剂量大了,则会使患者遭受不应有的损伤。这也只有靠计量来保证。
4.计量与贸易

    计量与国内贸易,前面已略有涉及并且一般亦有所感受;下面将只谈一下计量与国际贸易。

外贸当中需要计量的事例很多。例如,过去我国出口苹果,只凭观察外表或直接品尝,而没有采取计量手段。有的外商便借以刁难,随意削价。其实,对苹果的成熟度的计量很简单,只要定出与成熟度相应的硬度值,用普通的硬度计测一下就可以了。再如,我国出口原油,过去由于港口缺乏准确可靠的计量设备,往往采取宁可多装些油而避免索赔的作法,甚至出现多给了油,却被船主以超重为由提出索赔的憾事。当前我国原油的年产量已突破1.4亿吨,每年都有相当数量的原油出口。一般港口对原油的计量精度约为0.5%。若将精度提高,那怕只提高0.1%或更少,一年便可少损失大量的原油,不仅可获得明显伪经济效益,而且也体现了我国的计量水平。

至于我国进口的货物,数量不足、品质不符的情况,时有发生。例如,前不久,天津从外国进口了价值数百万美元的硅钢片,经计量检测,发现品质不合格,便向外商提出索赔。结果,在准确的计量数据面前,外商不得不认错,并进行了赔偿。最近,我国进口了一批化肥,经计量检测发现份量明显不足,甚至比包装袋上的标称重量少百分之十几。

    人们越来越认识到,计量是保证产品品质、提高商品在市场上的竞争力的重要措施。对

于国际贸易,计量更是消除贸易,计量更是消除贸易技术壁垒的重要手段。


5.计量与国防

计量对国防,特别是尖端技术的重要性,尤为突出。国防尖端系统庞大复杂,涉及的科技领域广,技术难度高,要求计量的参数多、精度高、量程大、频带宽。比如,由于飞行器与地面的距离不断增大,对通信、跟踪、测轨、定位等都相应地提出了更高的要求。就卫星来说;军用通讯同步卫星距地面可达35 800km,而核爆炸检测卫星距地面则远达112 280 km,用无线电联系,就必须有大功率的发射机和高灵敏度的接收机,因而必须对大功率、低噪声、大衰减和小电压等主要参数进行相应的计量测试。这不但要研究测试方法和设备,而且要建立相应的计量标准。当前,地面设备的发射平均功率已可达几十千瓦,接收机的噪声温度已能低于15K。为提高对飞行器的控制能力,对跟踪、定位、测速等的精度要求越来越高,不仅对电子参数,而且对设备加工和伺服控制元件亦提出了更严格的要求。在连续波计量系统中,为保证测速精度达到每秒几厘米,地面频标的短期稳定度应在10-12以上。在宇航系统中,地面设备之间的联系、地面对空间飞行器的探测、控制,都要高速的传输和处理大量数据。因此,要求传送信号的频带很宽而且精度很高。国际上通讯和广播卫星将普遍使用11GHz~14GHz20GHz40GHz或更高频段,不断向毫米波、亚毫米波迈进。这就必须研制新的元器件、部件以至整机,从而对计量测试亦必然提出相府的新的要求。

对国防尖端技术系统来说,工作环境比较特殊,往往要在现场进行有效的计量测试,难度较大。例如,飞行器在运输、发射、运行、回收等过程中,要经历一系列诸如振动、冲击、高温、低温、高湿、强辐射等恶劣环境。当弹头进入大气层时,要经受几千度以上的超高温;提高接收机灵敏度的关键部件一般要在液氦的超低温下工作;主发动机推力可达几十兆牛,而姿态控制发动机的推力则只有几厘牛。原子弹、氢弹等核武器的研制与爆炸威力实验,对计量都有特殊要求,必须进行动态压力、动态温度、脉冲流量,以及核辐射等一系列计量测试。

由于计量测试提供了所需的数据,保证了各部件、分系统和整个系统的可靠性;同时,还可以缩短研制周期,节约人力、物力和时间。例如,美国一航空喷气发动机公司,在研制一种新型发动机的过程中,需要进行一系列的计量测试。当计量仪器的误差为0.75σ时,需要进行200次实验,耗资2 000万美元;当仪器的测量误差减小到0.5σ时,只需要进行28次实验,耗资仅280万美元。

1991年的海湾战争中,“爱国者”导弹之所以能够成功地拦截“飞毛腿”导弹,准确的计量测试是重要的原因之一。   

    可见,在国防建设中,计量测试是极其重要的技术基础,具有明显的技术保障作用,不仅可以节约资金;争取时间、提高作战能力,而且还能为指挥员的判断与决策提供可靠的依据。

    从上面的一些事例,已可看出,计量是科学技术进步、经济和社会发展的重要技术基础。另一方面,随着形势的发展,对计量的要求亦越来越高,特别是对准确度和可靠性的要求尤为突出,7从而激励了计量本身的发展。如今,可以毫不夸张地说,任何科学、任何部门、任何行业以至任何活动,都直接或间接地、有意或无意地需要计量。计量水平的高低,已成为衡量一个国家的科技、经济和社会发展程度的重要标志之一。

(来源: 来宝网 )


全年征稿 / 资讯合作

联系邮箱:kefu@labbase.net

版权与免责声明

  • 凡本网注明“来源:来宝网”的所有作品,版权均属于来宝网,转载请必须注明来宝网, http://www.labbase.net,违反者本网将追究相关法律责任。
  • 本网转载并注明自其它来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自负版权等法律责任。
  • 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。