淺談長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)

潘秀亮 于廣學(xué) 呂俊

摘 要：長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)在計(jì)量領(lǐng)域中占有重要地位，其應(yīng)用十分廣泛。十大類計(jì)量技術(shù)都是以長(zhǎng)度信息的形式進(jìn)行定量描述的，因此其發(fā)展趨勢(shì)相當(dāng)迅猛。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)度計(jì)量；計(jì)量器具；測(cè)量方法；測(cè)量誤差

計(jì)量學(xué)采用當(dāng)今最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，計(jì)量技術(shù)水平能夠體現(xiàn)出當(dāng)今的科技技術(shù)水平，而長(zhǎng)度計(jì)量又是計(jì)量行業(yè)的基礎(chǔ)，沒有長(zhǎng)度計(jì)量就沒有計(jì)量，沒有計(jì)量也就沒有科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，因而沒有長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)如今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是寸步難行的。

1 長(zhǎng)度計(jì)量發(fā)展史

在遠(yuǎn)古時(shí)代，生產(chǎn)、貿(mào)易、結(jié)算等各個(gè)方面都處于萌芽時(shí)期，因而這些方面都有了計(jì)量的需求，全世界各地就已經(jīng)在度量衡方面有了發(fā)展。早在奴隸社會(huì)初期，由于生產(chǎn)和商品交換的發(fā)展，有人利用度量衡來(lái)防止圖謀私利；相傳大禹為了治理水患，創(chuàng)造了測(cè)量工具規(guī)、矩和準(zhǔn)繩，并以自己的身長(zhǎng)和體重作為長(zhǎng)度和重量的標(biāo)準(zhǔn)；商鞅變法對(duì)田畝制度作出了新規(guī)定：“舉足為跬，倍暌為步”；自從秦始皇一統(tǒng)全國(guó)以后，他就制訂了統(tǒng)一全國(guó)的度量衡，推行“一法度衡石丈尺，”也就是統(tǒng)一度量容器，令長(zhǎng)度、體積、質(zhì)量均有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；漢代人經(jīng)常使用自然人體部位或者是自然物體作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)量某個(gè)量，如“布手知尺”“手捧成升”“邁步定田”“一黍之廣度之”。

近代計(jì)量的開始以1875年簽訂的“米制公約”為標(biāo)志。在近代計(jì)量的歷史上，長(zhǎng)度計(jì)量擺脫了以自然人體部位和自然物體作為計(jì)量基準(zhǔn)，這一時(shí)期發(fā)展為以科學(xué)技術(shù)為主體的科學(xué)計(jì)量時(shí)代。但是這一時(shí)期的科學(xué)技術(shù)水平依然有限，當(dāng)時(shí)的計(jì)量基礎(chǔ)大多數(shù)是經(jīng)典理論下的宏觀實(shí)物。例如長(zhǎng)度基準(zhǔn)是米基準(zhǔn)原器，米基準(zhǔn)原器用鉑銥合金制成，其根據(jù)是地球子午線長(zhǎng)度，其長(zhǎng)度為地球子午線長(zhǎng)度的四千萬(wàn)分之一。20世紀(jì)初，我國(guó)由于戰(zhàn)爭(zhēng)等內(nèi)憂外患情況較復(fù)雜，因而國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展較落后，直至20世紀(jì)50年代經(jīng)濟(jì)才剛剛有所復(fù)蘇，也就在1955年國(guó)家才成立了國(guó)家計(jì)量局。國(guó)家計(jì)量局促進(jìn)監(jiān)督計(jì)量方面國(guó)家的計(jì)劃，并協(xié)調(diào)計(jì)量領(lǐng)域相關(guān)測(cè)試的實(shí)施和檢定、校準(zhǔn)工作的開展。國(guó)家計(jì)量局成立了以后，開始推行米制并且制訂了統(tǒng)一國(guó)家計(jì)量制度的一系列法律法規(guī)，直到這時(shí)我國(guó)近代計(jì)量科學(xué)體系有了基本的雛形。

1960年，國(guó)際計(jì)量大會(huì)決議并通過了建立國(guó)際單位制，從此進(jìn)入現(xiàn)代計(jì)量的時(shí)代。1983年，在第十七屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上通過了新的米的定義，即光在真空中（1/299 792 458 s）時(shí)間間隔內(nèi)行進(jìn)的路程的長(zhǎng)度為1 m。此時(shí)米的復(fù)現(xiàn)不確定度能夠達(dá)到10-12～10-11量級(jí)，在這一定義中涉及了一些相關(guān)基本物理常數(shù)，這將大大減小計(jì)量基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)的不確定度，以滿足科學(xué)研究、生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展的需要?，F(xiàn)當(dāng)代的長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)已成為一門綜合性技術(shù)，廣泛涉獵了精密儀器、電、光以及電子計(jì)算機(jī)等方面，并將現(xiàn)代技術(shù)相融合，其發(fā)展勢(shì)態(tài)迅猛，是一門前景廣闊的技術(shù)。

2 長(zhǎng)度測(cè)量的方法

2.1 直接測(cè)量法和間接測(cè)量法

直接測(cè)量法是指不必測(cè)量與被測(cè)量有函數(shù)關(guān)系的其他量，而能直接得到被測(cè)量值的一種測(cè)量方法，例如用卡尺測(cè)量塊的長(zhǎng)度，卡尺的讀數(shù)值就是量塊的長(zhǎng)度值。間接測(cè)量法是指通過測(cè)量與被測(cè)量有函數(shù)關(guān)系的其他量，從而得到被測(cè)量值的一種測(cè)量方法。例如長(zhǎng)方形面積就是通過測(cè)量其長(zhǎng)度和寬度用其乘積來(lái)確定的。

2.2 微差測(cè)量法和符合測(cè)量法

微差測(cè)量法是將被測(cè)量與同它只有微小差別的已知同種量相比較，通過測(cè)量這兩個(gè)量值間的差值以確定被測(cè)量值的一種測(cè)量方法成為微差測(cè)量法，用量塊在比長(zhǎng)儀上測(cè)量環(huán)規(guī)孔徑或者活塞直徑，利用的就是微差測(cè)量法。符合測(cè)量法就是用觀察某些標(biāo)記或信號(hào)相符合的方法，來(lái)測(cè)量出被測(cè)量值與作為比較標(biāo)準(zhǔn)用的同一種已知兩值之間微小差值的一種測(cè)量方法，用卡尺測(cè)量工件尺寸，使游標(biāo)上的刻線與主尺上的刻線相符合，來(lái)確定零件的尺寸大小，利用的就是符合測(cè)量法。

3 長(zhǎng)度測(cè)量誤差的處理

3.1 系統(tǒng)測(cè)量誤差

系統(tǒng)測(cè)量誤差是指在重復(fù)測(cè)量中保持不變或者按照可預(yù)見方式變化的測(cè)量誤差的分量。測(cè)量誤差分為系統(tǒng)測(cè)量誤差和隨機(jī)測(cè)量誤差，系統(tǒng)誤差是其中的一個(gè)分量，其來(lái)源可以是未知的也可以是已知的，對(duì)已知的來(lái)源可以采取措施減小甚至消除。

3.2 隨機(jī)測(cè)量誤差

隨即測(cè)量誤差是指在重復(fù)測(cè)量中按照不可預(yù)見的方式變化的測(cè)量誤差的分量。測(cè)量誤差分為系統(tǒng)測(cè)量誤差和隨機(jī)測(cè)量誤差，隨機(jī)測(cè)量誤差也是其中的一個(gè)分量，影響量的隨機(jī)變化能夠引起隨機(jī)誤差，隨機(jī)誤差也導(dǎo)致了重復(fù)測(cè)量中數(shù)據(jù)的分散性。

4 長(zhǎng)度計(jì)量的發(fā)展趨勢(shì)

長(zhǎng)度計(jì)量直接關(guān)系到人們的健康、安全和切身利益，長(zhǎng)度計(jì)量領(lǐng)域計(jì)量器具量多面廣，它覆蓋了人們生活的方方面面。同時(shí)在廣泛的社會(huì)活動(dòng)中，每天都進(jìn)行著大量的長(zhǎng)度計(jì)量活動(dòng)，貿(mào)易結(jié)算、醫(yī)療衛(wèi)生、安全防護(hù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)各方面都離不開長(zhǎng)度計(jì)量，長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)作為計(jì)量技術(shù)的基礎(chǔ)，它為測(cè)量的準(zhǔn)確、可靠提供了保障，更是確保了國(guó)家計(jì)量單位制度的統(tǒng)一和全國(guó)量值的準(zhǔn)確可靠。長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)在各個(gè)宏觀微觀領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在宏觀天體距離的測(cè)量上，長(zhǎng)度測(cè)量技術(shù)保證測(cè)量精度更高，距離更加準(zhǔn)確；在微觀長(zhǎng)度測(cè)量領(lǐng)域，隨著技術(shù)水平的提高，勢(shì)必給微觀位移量測(cè)量帶來(lái)新的大發(fā)展。計(jì)量技術(shù)水平代表著一個(gè)國(guó)家的國(guó)力和競(jìng)爭(zhēng)力，而長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)的發(fā)展勢(shì)頭迅猛，它應(yīng)用在祖國(guó)的各行各業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方方面面都起到了決定性的作用。在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)中，長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)是計(jì)量基礎(chǔ)。長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)雖然不是能夠直接生產(chǎn)出產(chǎn)品和創(chuàng)造出經(jīng)濟(jì)價(jià)值的實(shí)際性技術(shù)，但它卻能創(chuàng)造出更多更大的經(jīng)濟(jì)效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其意義深遠(yuǎn)。

新中國(guó)成立以后，全國(guó)計(jì)量工作者一直努力按照國(guó)家的要求，全面建設(shè)國(guó)家的現(xiàn)代計(jì)量體系。而今，在黨的“十八大”的號(hào)召下，國(guó)家發(fā)布了2013—2020年的《計(jì)量發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃對(duì)我國(guó)的計(jì)量工作重點(diǎn)部署，這充分體現(xiàn)了計(jì)量工作對(duì)于科技進(jìn)步、社會(huì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)升級(jí)和人民福祉有著重要的作用。