计量标准的稳定性[共享].docVIP

进一步理解计量标准的准确性和稳定性 [概要] 计量不仅保证着产品的一致性和互换性，而且对于保证产品的优质起着重要的作用测量过程可以溯源到统一的标准而统一的标准就是计量标准计量标准mass）标准的要求。一旦这些标准建立了起来，由不同人在不同时间、地点进行的测量过程就有了统一的依据，测量的数值结果可以相互比较。也就是说，测量过程可以溯源到统一的标准。这种可以溯源到统一标准的测量就称为计量，而统一的标准就是计量标准。20世纪中，工业化大生产在世界范围内取得了长足的发展。计量不仅保证着产品的一致性和互换性，而且对于保证产品的优质起着重要的作用。随着技术的发展，生产中的各种工艺过程日益精密化和严格化，产品的质量得到了空前的提高。各种生产厂商不断努力加强这种过程，以占领更多市场份额，求得企业发展。大生产在各种领域形成了买方市场，激烈的竞争就绕着产品的质量展开。所以有人提出，21世纪将是一个产品质量竞争的时代。在检验产品的各方面性能时，计量标准起着保证测试结果准确度的关键作用。因此产品的质量在很大程度上依赖于计量测试工作。朱镕基总理曾指出过，原材料、工艺和计量是保证产品质量的三大要素。20世纪的另一重大特征是高新技术得到了蓬勃发展。集成电路、计算机、激光、航天技术、超导技术、纳米材料等等深刻地改变着我们的社会面貌。近年来环境、食品、农业等方面的问题也得到了越来越多的重视，要求计量测试技术提供各种各样的环境检测服务，为提高生活质量提供切实的根据。在上述高新技术的研发过程中，各种各样的精密实验无不需要计量技术及计量标准为实验的准确性提供保证。同时新兴技术往往也提出建立新的计量标准、发展新型测量技术的要求。20世纪中，计量基准经历了从实物基准到量子基准的提升，准确度有了大幅度的提高，适应了社会对计量工作提出的各种各样的高要求。经典计量与实物基准18世纪以后由于世界性的工业革命以及国际贸易的发展，首先欧洲形成了一种国际性的计量单位制——米制，确定了以米、千克、秒为最基本的计量单位。经过一百多年，此种单位制已发展成为目前国际上一致公认的国际单位制SI。其中规定了米、千克、秒、安培、开尔文、坎德拉、摩尔7个基本单位，其各种单位则由这7个基本单位导出。由于7个基本单位的重要性，国际单位制中给出了它们的严格定义及准确复现单位的方法。用于保存和复现基本单位的装置就是准确度等级最高的计量标准——计量基准。19世纪下半叶到20世纪上半叶，各国建立起了经典的计量基准。这些计量基准一般是根据经典物理学的原理，用某种特别稳定的实物来实现，故称为实物基准。例如一个保存在巴黎国际计量局（BIPM）的铂铱合金圆柱——千克原器砝码的质量就定义为质量单位千克，按X型铂铱合金米尺的刻线间距离定义长度单位米，用一组饱和式韦斯顿标准电池的端电压的平均值保持电压单位伏特，用一组标准电阻线圈的电阻平均值保持电阻单位等等。19世纪以，各国的计量量值传递检定系统给产业界提供了计量服务，确实在帮助产业界提升产品品质的工作中出了贡献。但是，随着科技及工农业的发展，这样的传统计量量值传递检定系统开始反映出下列的不足之处：1）最高的计量基准为某种实物（例如千克砝码原器是一个铂铱合金圆柱体），就有其固有的缺点。尽管这些实物基准是用19世纪末20世纪初工业界所能提供的最好的材料及工艺制成，在当时也满足了对于计量基准的准确度及稳定性的要求，但是这样的实物基准一旦制成后，总会有一些不易控制的物理、化学过程使它的特性发生缓慢的变化，因而它所保存的量值也会有所改变。以上述铂铱合金千克砝码原器为例，缓慢地吸附在其表面及内部的气体、表面沾上的微尘、甚至多年使用中形成的磨损及划痕会使其质量发生变化。而且此种逐年积累的变化的准确数量也很难确切查明。2）最高等级的实物计量基准全世界只有一个或一套，一旦由于天灾、战争或其他原因发生意外损坏，就无法完全一模一样的复制出来，原来连续保存的单位量值也会因中断。3）量值传递检定系统繁杂大，从最高等级的实物基准到具体应用场所，量值要经过多次传递，准确度也必然会有所下降。量子计量基准的发展20世纪初人们在对光辐射以及原子、分子等微观粒子的运动规律的研究中发展起来的。到现在已经取得了极为辉的成就。E的电磁波能量子，也就是光子。而且电磁波频率ν与E之间满足普朗克公式，即两者之间成正比，比例系数为普朗克常数h。也就是说，电磁波的频率反映了能级差的数量。值得注意的是，宏观物体中基本粒子的能级结构与物体的宏观参数，如形状、体积、质量等等并无明显关系。因此，即使物体的宏观参数随时间发生了缓慢变化，也不会影响物体中微观粒子的量子跃迁过程。这样，如果利用量子跃迁现象来复现计量单位，就可以从原则上消除各种宏观参数不稳定产生的影响，所复现的计量单位不再会发生缓慢漂移，计量基准的稳定性和准确度可以达到空前