在計量與科學(xué)技術(shù)和計量與生產(chǎn)中看出其意義

在計量與科學(xué)技術(shù)和計量與生產(chǎn)中看出其意義

1．計量與科學(xué)技術(shù)
眾所周知，科學(xué)技術(shù)是人類生存和發(fā)展的一個重要基礎(chǔ)。沒有科學(xué)技術(shù)，便不可能有人類的今天。其實，計量本身就是科學(xué)技術(shù)的一個重要的組成部分。任何科學(xué)技術(shù)，都是為了探討、分析、研究、掌握和利用事物的客觀規(guī)律；而所有的事物都是由一定的“量”組成，并通過“量”來體現(xiàn)的。為了認(rèn)識量并確切地獲得其量值，只有通過計量。比如，哥白尼關(guān)于天體運行的學(xué)說，是在反復(fù)觀察的基礎(chǔ)上提出的，并在伽利略用天文望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了進(jìn)一步觀測之后而確立的；著名的萬有引力定律，被牛頓的敏銳觀察所揭示，并在百余年后經(jīng)卡文迪許的精密測試而得到了確認(rèn)；愛因斯坦的相對論，也是在頻率精密測量的基礎(chǔ)上才得到了一定的驗證；李政道、楊振宇關(guān)于弱相互作用下宇稱不守恒的理論，也是吳健雄等人在美國標(biāo)準(zhǔn)局（金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院）進(jìn)行了專門的測試才驗證的�？傊�，從經(jīng)典的牛頓力學(xué)到現(xiàn)代的量子力學(xué)，各種定律、定理，都是經(jīng)過觀察、分析、研究、推理和實際驗證才被揭示、承認(rèn)和確立。計量正是上述過程的重要技術(shù)基礎(chǔ)。
歷史上三次大的技術(shù)革命，都充分地依靠了計量，同時也促進(jìn)了計量的發(fā)展。
以蒸汽機的廣泛應(yīng)用為主軍標(biāo)志的第一次技術(shù)革命，導(dǎo)致以機器為主的工廠取代了以手工為基礎(chǔ)的作坊，使生產(chǎn)力得以迅速提高，進(jìn)而確立了資本主義的生產(chǎn)方式。當(dāng)時，經(jīng)典力學(xué)和熱力學(xué)是社會科技發(fā)展的重要理論基礎(chǔ)。在蒸汽機的研制和應(yīng)用的過程中，都需要對蒸汽壓力、熱膨脹系數(shù)、燃料的燃燒效率、能量的轉(zhuǎn)換等進(jìn)行大量的計量測試。力學(xué)計量和熱工計量，就是在這種情況下發(fā)展起來的。另外，機械工業(yè)的興起，使幾何量的計量得到了進(jìn)一步的發(fā)展。
以電的產(chǎn)生和應(yīng)用為基本標(biāo)志的第二次技術(shù)革命，更加推動了社會的發(fā)展。歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律，以及麥克斯韋電磁波理論等，為電磁現(xiàn)象的深入研究和廣泛應(yīng)用、電磁計量和無線電計量的開展，提供了重要的理論基礎(chǔ)。例如，1821年西貝克發(fā)現(xiàn)的熱電效應(yīng)，為熱電偶的誕生奠定了理論基礎(chǔ)；而各種熱電偶的研制成功，則對溫度計量、電工計量、以及無線電計量等提供了一種重要手段，促進(jìn)了相應(yīng)科技的發(fā)展。為了實際測量地球運動的相對速率，邁克爾遜等人利用物理學(xué)的成就，研制出了邁克爾遜干涉儀，從而為長度計量提供了一個重要方法。1892年，邁克爾遜用鎬光（單色紅光）作為干涉儀的光源，測量了保存于巴黎的鉑銥合金基準(zhǔn)米尺的長度，獲得了相當(dāng)準(zhǔn)確的結(jié)果（等于1 553 163.5個紅光波長）。直至百余年后的今天，利用各種干涉儀精密測量長度，仍然是幾何量計量的一種重要方法。普朗克關(guān)于能量狀態(tài)的量子化假說，指出物體在輻射和吸收能量時，其帶電的線性諧振子可以和周圍的電磁場交換能量,以致能從一個能級躍遷到另一個能級狀態(tài)，并且能量子的能量為?E＝hυ（式中h——普朗克常數(shù)，υ——頻率）。愛因斯坦在普朗克假說的基礎(chǔ)上，提出了光不僅具有波動性，而且還具有粒子性，即光是以速度c運動的粒子（光子）流，其單元（光子）的能量為?E＝hυ，從而說明不同頻率的光子具有不同的能量。上述理論成功地解釋了光電效應(yīng)，成了熱輻射計量的理論基礎(chǔ)，同時也使計量開始從宏觀進(jìn)入微觀領(lǐng)域。隨著量子力學(xué)、核物理學(xué)的創(chuàng)立與發(fā)展，電離輻射計量逐漸形成。
核能及化工等的開發(fā)與應(yīng)用，導(dǎo)致了第三次技術(shù)革命。在這個時期，科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟的發(fā)展更加迅速。原子能、化工、半導(dǎo)體、電子計算機、超導(dǎo)、激光、遙感、宇航等新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使計量日趨現(xiàn)代化，計量的宏觀實物基準(zhǔn)逐步向量子（自然）基準(zhǔn)過渡。原子頻標(biāo)的建立和米的新定義的形成,有著相當(dāng)重要的意義。頻率和長度的精密測量，促進(jìn)了現(xiàn)代科技的發(fā)展。比如，光速的測定、原子光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)的探測以及航海、航天、遙感、激光、微電子學(xué)等許多科技領(lǐng)域，都是以頻率和長度的精密測量為重要基礎(chǔ)的。
至于人們廣泛談?wù)摵完P(guān)注的所謂第四次技術(shù)革命，將引起科技、經(jīng)濟和社會的重大變革，人類將進(jìn)入“超工業(yè)社會”或“信息社會”。那時，不可再生的石化燃料能源將替換成可再生的太陽能、海潮發(fā)電等新能源，鋼鐵、機械、橡膠等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)將被電子工業(yè)、宇航工程、海洋工程、遺傳工程等新興產(chǎn)業(yè)所征服，等等。這場技術(shù)革命的先導(dǎo)是微電子學(xué)和計算機，而集成電路又可以說是先導(dǎo)的核心。集成電路的研制，沒有相應(yīng)的計量保證是不可想象的。比如，硅單晶的幾何參數(shù)、物理特性，超純水、超純氣的純度，化學(xué)試劑、光刻膠的性能，膜層厚度、層錯位錯，離子注入深度、濃度、均勻度以及工藝監(jiān)控測試圖形等的測定與控制，都是精密測量。當(dāng)前，我國集成電路研制尚比較落后，計量工作跟不上是其中的原因之一。
總之，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是物理學(xué)的成就，為計量的發(fā)展創(chuàng)造了重要的前提，同時也對計量提出了更高的要求，推動了計量的發(fā)展；而計量的成就，又促進(jìn)了科技的發(fā)展。正如門捷列夫所說：“沒有計量，便沒有科學(xué)”。聶榮臻同志也曾明確指出：“科技要發(fā)展，計量須先行”；“沒有計量，寸步難行”。
2．計量與生產(chǎn)
計量對工業(yè)生產(chǎn)的作用和意義是很明顯的。社會化大生產(chǎn)的本身就要求有高度的計量保證。生產(chǎn)的發(fā)展，大體上可分為三個階段，即以經(jīng)驗為主的階段，半經(jīng)驗、半科學(xué)階段和科學(xué)階段。計量則是科學(xué)生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)。從原材料的篩選到定額投料，從工藝流程監(jiān)控到產(chǎn)品的品質(zhì)檢驗，都離不開計量。例如，一輛普通的載重汽車有9000多個零件，由上百個工廠生產(chǎn)，若沒有一定的計量保證，就無法裝配成功。某地方中型鋼鐵廠軋鋼板的耗油量，原來是每噸300余公斤，后來由于對廢氣、空氣量、燃燒供熱量以及溫度等進(jìn)行了計量監(jiān)控，結(jié)果使能耗下降到每噸40公斤。原先，某鋼廠的冶金爐，所用的重油燃料靠人工經(jīng)驗控制，根本不計量；為了火旺，總是多投料，結(jié)果燃燒不徹底，黑煙滾滾，既多耗油，又污染環(huán)境，以致連年虧損。后來，安裝了計量儀表，對燃料進(jìn)行了監(jiān)控，使加油量保持在最佳值，既節(jié)約了油料，又減少了污染，同時還提高了煉鋼效率，結(jié)果很快就出現(xiàn)了扭虧為盈的新局面。某瑪鋼廠是我國生產(chǎn)瑪鋼制品的第一大廠。過去，能耗一直居高不下，是當(dāng)?shù)睾哪艿闹攸c戶。為摸清原因，該廠對十余種主要設(shè)備進(jìn)行了熱平衡測試，并取得了大量數(shù)據(jù)，從而計算出設(shè)備熱平衡和能耗的基本關(guān)系，初步掌握了能源利用的規(guī)律，找出了能耗嚴(yán)重的主要原因并相應(yīng)地安裝了監(jiān)測儀表。例如，退火窯的熱效率原約為8%，監(jiān)測控制后則提高到12%以上，退火時間由60小時降到35小時，一年就節(jié)煤近2 000噸、節(jié)電26 000余千瓦小時（度）。結(jié)果，一年下來，全廠的用水量下降了21％，節(jié)電約600 000千瓦小時，綜合能耗下降了約10％，產(chǎn)值提高了22％。
近年，國外經(jīng)濟發(fā)達(dá)國家，把優(yōu)質(zhì)的原材料、先進(jìn)的工藝裝備和現(xiàn)代的計量檢測手段，視為現(xiàn)代化生產(chǎn)的三大支柱。其實，優(yōu)質(zhì)原材料的制取與篩選、先進(jìn)工藝裝備的配備與流程的監(jiān)控，也都離不開計量測試。例如，國外先進(jìn)生產(chǎn)線的產(chǎn)品品質(zhì)高，次、廢品少或幾乎沒有，其中重要的因素就是充分利用了在線測量與監(jiān)控技術(shù)。至于所謂的柔性生產(chǎn)（制造）系統(tǒng)，更需要現(xiàn)代計量檢測手段的技術(shù)保證。
至于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，特別是現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，亦必須有計量保證。例如，為了科學(xué)種田，就必須通過計量來掌握土壤的酸堿度、鹽分、水分、有機質(zhì)和氮、磷、鉀的含量以及溫度等。在鹽水選種、溫湯或藥劑浸種、適溫催芽和離心脫水等過程中，亦都要靠一定的計量保證。電離輻射育種，是近年發(fā)展起來的一項重要增產(chǎn)措施。我國已用該法培育出了許多農(nóng)作物新品種，其中魯棉一號可使棉花大面積地成倍增產(chǎn)。利用電離輻射實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品和食物的防腐保鮮，亦是新興輻射加工工業(yè)的一個重要方面。所有這些，都需要相應(yīng)的計量保證，否則不僅達(dá)不到預(yù)期的效果，而且會造成不應(yīng)有的損失。另外，在田間管理上，也離不開計量。例如，既要合理密植，又要間作套種，這就需要對植株光合作用的照度等進(jìn)行必要的計量。
事實充分表明，科學(xué)生產(chǎn)和技術(shù)革新，都離不開計量測試。