计量管理基础知识系列讲座
第一讲测量与计量
国家质检总局金华彰
编者按:计量战线的老同志大都已退下来或将要退下来，计量战线的新生力量正在不断壮大、迅速成长。在这新老交替的时刻，对有关计量的基本概念和知识进行系统探讨，具有一定的价值。这不仅有助于计量战线的新同志进一步了解有关计量工作的内容，也可以使他们更深刻地理解计量的使命和社会责任，开创计量事业的新天地。为此，本刊将从2008年第1期起，在“学习与培训”栏目系统开展计量管理基础知识培训。每期一篇，一题一文一期，重在对实际应用提供指导，尽量避免深奥理论。以下是第2期至第12期的题目(刊出时可能会略有调整):
第2期量和单位
第3期计量法规
第4期测量标准及建立
第5期计量检定及其实施
第6期计量校准及其实施
第7期检定规程和校准规范
第8期比对和能力验证
第9期期间核查
第10期型式批准与型式评价
第11期商品量计量检验
第12期计量安全防护、职业道德
一、测量
1.什么是测量
测量是人类认识和揭示自然界物质运动的规律、借以定性区别和定量描述周围物质世界，从而达到改造自然和改造世界的一种重要手段。可以说，测量的概念起源于人类对物质世界的认识。人类在认识自然、改造自然中，随着生产、劳动、生活的需要，将遇到各种现象和物体，并要求能定性地区别又可定量地确定这些现象和物体的属性。他们用人体的某一部分或某一实物，确定距离的远近、土地的大小、食物的多少、物体的轻重。随着人们在生产劳动实践中知识的不断积累，改造自然的能力逐步提高，人们把“确定的已知量”规定为某一量的单位量，通过它与一个未知量进行比较，从而确定这一未知量的大小，并将其(量的大小)用数值和单位的乘积(即量值)表示出来，这就是人们从事的测量活动。可见，一个量的大小用量值来表示，而如何获得这一量值是通过测量来实现的。随着人类社会和科学技术的高度发展，人类认识自然的能力进一步深化，测量对象不仅限于物理量，同时还对化学量、工程量、生物量等进行定性的区别和定量的确定，从而测量范围不断扩大，其应用范围及内容更为丰富。
按定义“测量”就是“以确定量值为目的的一组操作”。它包含了三层内涵1)测量是一种“操作”，它既可以是一项复杂的物理实验活动，又可以是一种简单的动作。这种操作可以手动、半自动，也可以自动地进行。(2)该组操作的目的(即测量的目的)在于确定被测对象量值的大小，这里没有限定测量范围和测量不确定度，也没有规定获得量值大小的方法和途径，所以，它适用于所有可测的量，各种领域和各个方面的测量。(3)它强调是“一组”操作，说明测量是一个过程。通常把“确定量值的一组操作”称为测量过程。测量过程的三个要素是:输入，确定被测的量及对测量的要求；活动，对所需要的测量进行策划，选定测量原理和测量方法，配备适宜的且具有溯源性的测量器具，确定测量程序，选择和确定具有测量能力的人员，识别和控制测量过程中环境及影响量的影响，实施测量活动，并通过必要的数据计算和处理；输出，按输入的要求，出具测量结果或报告。把测量活动作为测量过程来看待，有利于理解测量中的各项要素，识别测量的要求，明确测量的资源、顺序、接口、关系及相互作用，有利于实施测量及对测量活动的管理和监控。
2.测量的作用
测量是人们认识世界、改造客观世界的重要手段。测量是科学技术的基础，正如俄国科学家门捷列夫所说:“没有测量，就没有科学。”科学从测量开始，每一种物质和现象只有通过测量才能真正认识，不能测量的东西，人们就不可能全面地认识它。测量是发展生产的重要手段，它可以保证产品质量、改进和监控工艺、提高劳动生产率、改善劳动条件、加强经营管理、实现生产的自动化和现代化。测量也是掌握物质财富和动力资源的数量，以及经济合理地使用这些财富，减少能源和材料消耗的重要手段。测量可以维护社会经济秩序，确保国内和国际贸易活动的正常进行。此外，通过环境监测、医疗卫生、安全防护等方面的测量，可直接维护人们的健康和安全。测量是人们生活中不可或缺的重要环节，人们生活处处离不开测量。所以，测量与国民经济、社会发展和人民生活有着十分密切的关系，具有十分重要的地位。
二、计量
1.什么是计量
还是要从测量谈起，人们为了生存和发展，必须认识自然、改造自然，要进行大量的测量活动，最初，测量是十分原始的，单位是可以任选的。随着生产的发展和商品交换形成社会性活动时，客观上要求实现测量的统一，即在一定准确度内同一物体在不同地方，用不同测量手段，测量所得的结果应实现一致。因而出现了大家公认的、统一的单位及体现单位的实物标准，用公认的标准来对测量仪器进行比较，并用法律的形式将其固定下来，从而形成了区别于测量的新概念，也就是称之为“计量”的概念。
单位的统一是测量统一的基础，测量统一应反映在量值准确可靠和一致上。按定义，“计量”是指“实现单位统一、量值准确可靠的活动”。该定义说明1)计量的目的就是为了实现单位统一、量值准确可靠，从而实现同一物体测量结果的可比性、一致性；(2)其内容包括为实现这一目的所进行的各项活动。这一活动具有广泛性，它涉及科学技术、法律法规、行政管理等活动，包括国民经济各部门、人民生活各方面，哪儿有测量，哪儿就需要单位的统一、量值的准确可靠，哪儿就需要计量，计量为测量的准确可靠提供了基本保证。这一定义不仅表达了计量的本质特征，也明确了从事计量活动的根本目的。通过计量所获得的测量结果，是人类活动中最重要的信息源之一。
可见，计量不同于一般的测量，测量是为了获得量值的大小，而计量是为了达到量值的统一、准确和一致。测量是形成计量、计量学的前提和基础，有了测量，才出现了计量的概念，从而形成了计量学这门科学。在计量学中，测量既是核心概念，又是研究对象。实际上，计量与测量两者密不可分，可以认为计量就是与测量结果置信度有关的、与不确定度联系在一起的规范化的测量，所以，人们有时也称测量为计量，例如称测量单位为计量单位，称测量标准为计量标准等。
2.计量的发展
计量的历史源远流长，计量的发展与社会进步联系在一起，它是人类文明的重要组成部分。计量发展大体可分为以下三个阶段:
(1)古代计量
有关文字记载和器物遗存证明，早在数千年前，出于生产、贸易和征收赋税等方面的需要，已开始进行长度、面积、容积和质量的计量。计量在我国历史上称为“度量衡”，它有着悠久的历史。由于生产交换的发展、私有制逐渐形成，早在奴隶社会初期就有人利用度量衡图谋私利，并经常发生争执。史籍记载，约公元前21世纪，传说黄帝就设置了“衡、量、度、亩、数”五量。舜在行使权力时即“协时月正日，同律度量衡”。禹在划分九州治理水患时，使用规矩准绳等测量工具，丈量规划四方土地。我国古代用人体的某一部分或用天然物、植物的果实作为计量标准，如“布手知尺”、“掬手为升”、“取权为重”、“过步定亩”、“滴水计时”来进行计量活动。周朝(约公元前1037年)的度量衡法制记载，《周礼》说，周朝设内宰颁行度量衡法令；大行人掌管发放标准器；合方氏负责监督检查；办理地方事务的官职叫司事；管理市场的叫质人。公元前221年，秦始皇统一全国后，立即颁发诏书，以最高法令形式将秦国的度量衡法制推行于天下，秦朝还监制了许多度量衡标准器，并实行定期的检定制度。我国历史上计量的发展，为人类发展作出了突出的贡献。西汉末年，王莽进行度量衡改革时颁行的用青铜铸造的新莽嘉量标准器，成为我国历史上度量衡器的珍品。我国汉代已出现“黄钟律管”，用声波对应管腔长度作为长度基准。我国历史上把漏刻作为计时仪器，并使用了几千年。我国古代计量具有光辉的一页。
(2)近代计量
1875年“米制公约”的签订，标志着近代计量的开始。近代计量随着近代物理学的发展，逐步引入了“物理量”的概念，使计量研究应用的对象得到了扩展。这一阶段的主要特征是计量摆脱了利用人体、自然物体作为“计量基准”的原始状态，进入以科学发展为基础的发展时期。由于受科技水平的限制，这个时期的计量基准大都是经典理论指导下的宏观实物基准，例如，根据地球子午线的长度的四千万分之一，用铂铱合金制成长度米基准原器；根据一立方分米的纯水在其密度最大时的质量，用铂铱合金制成了质量基准千克原器；根据地球围绕太阳转动周期来定义时间的单位秒。随着工业生产的迅速发展，被测的量更为广泛，计量的范围也逐渐扩大。
(3)现代计量
现代计量的标志是1960年国际计量大会决议通过并建立的适用于各个科学技术领域的计量单位制，即国际单位制。它是将由以经典理论为基础的宏观实物基准，转为以量子物理和基本物理常数为基础的微观自然基准。也就是说，现代计量以当今科学技术的最高水平，使基本单位计量基准建立在微观自然现象或物理效应的基础上，并建立科学、完善、有效的现代计量体系，实现国际上测量的统一。基本物理常数的引入和发展在定义计量基本单位和导出单位方面起到了关键的作用。例如:新的米定义中采用了真空中光速C的约定值，电压和电阻单位定义中采用了约瑟夫森常数Kj和冯克里青常数Rk的约定值，摩尔的定义用到了阿伏加德罗常数Na等。采用基本物理常数，将大大提高计量基准复现的不确定度，满足科学研究、国民经济、生产和社会发展的需要。当前，我国正在为使计量基准建立在基本物理常数的基础上开展科学研究，以逐步建立我国的现代科学计量体系；进一步完善国家计量法律法规，开拓法制计量新领域，建立我国的现代法制计量体系；进一步加强企业计量基础工作，规范和发展我国校准市场，建立我国的现代工业计量体系。总之，我国现代计量的发展应紧紧跟上经济的发展和社会进步的步伐，并作为全球计量体系的组成部分，以促进国际间量值的准确和一致。
3.计量的特点
计量具有以下四个方面的特点:
(1)准确性
准确性是指测量结果与被测量真值的接近程度，它是确保量值可靠开展计量活动的基础，只有在准确的基础上才能达到量值的可靠和一致。否则，所进行测量的质量(品质)就无从判断。所谓量值的“准确”，即是指在一定的不确定度或允许误差范围内的准确。只有测量结果量值的准确，计量才能实现一致性，测量结果才具有使用价值，才可能为社会提供计量保证。
(2)一致性
计量的基本任务是保证单位与量值的一致，这是开展计量活动的根本目的。计量单位统一和单位量值统一是计量一致性的两个方面，单位统一是量值统一的前提，量值统一是指在规定的准确度内量值的一致。一致性是指在统一计量单位的基础上，无论在何时、何地，采用何种方法，使用何种测量仪器，以及由何人测量，对同一被测量其测量结果应在给定的区间内一致。也就是说，测量结果应是可重复、可再现、可比较的，量值是确实可靠的，否则，计量就失去了其社会意义。计量的一致性不仅限于国内，也适用于国际。
(3)溯源性
溯源性是开展计量活动、确保单位统一和量值准确可靠的重要途径。溯源性指任何一个测量结果或计量标准的量值，都应能通过一条具有规定不确定度的连续比较链，与计量基准联系起来。这种特性使所有的同种量值，都可以按这条比较链通过校准向测量的源头追溯，也就是溯源到同一个计量基准(国家基准或国际基准)，或通过检定按比较链进行量值传递，从而使准确性和一致性得到技术保证。否则，量值出于多源或多头，必然会在技术上和管理上造成混乱。所谓“量值溯源”是指自下而上通过校准而构成溯源体系；而“量值传递”则是指自上而下通过逐级检定而构成检定系统。
(4)法制性
法制性是实现计量目的、开展计量活动的重要手段。古今中外，计量均由政府纳入法制管理，确保计量单位的统一，免受不准确、不诚实的测量带来的危害，以维护国家和消费者的利益，这些都是通过法制来实现的。计量的社会性本身就要求其应有一定的法制性来保障，不论是单位的统一，还是计量基准的建立，制造、进口和销售计量器具的管理，强制检定的实施等多个环节，不仅依赖于科学技术手段，还要有相应的法律、法规和规章，必须实施严格的法制管理。特别是对国民经济有明显影响，涉及公众利益和可持续发展或需要特殊信任的领域，必须由政府建立起法制保障。否则，量值的准确性、一致性就不可能实现，计量的作用也难以发挥。
4.计量的分类
计量活动涉及社会的各个方面，但按计量的社会功能，国际上趋向把计量大致分为三个组成部分，即法制计量、科学计量、工业计量，分别代表以政府为主导作用的计量社会事业、计量的基础和计量应用三个方面。
(1)法制计量
法制计量是计量工作的核心。计量作为社会事业，并不是每个方面都需要政府管理，政府应把重点放在制定与实施计量法律、法规并依法进行计量监督上，这是政府及法定计量技术机构的工作重点，是法制计量的概念。法制计量是指在国民经济、社会和人民生活中，存在着有利害冲突领域中的计量，其目的是要解决由于不准确、不诚实的测量所带来的危害，以维护国家和人民的利益。当前国际社会公认的法制计量领域即为我国《计量法》所规定的:贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测中的计量问题。近年来，随着可持续发展战略的提出，各国对其资源的评估越来越重视，资源控制也将纳入依法管理的范围。所以，法制计量的领域是随经济发展而变化的。按定义“法制计量”是指“计量的一部分，即与法定计量技术机构所执行工作有关的部分，涉及计量单位、测量方法、测量设备和测量实验室的法定要求”。法制计量内容主要包括:计量立法，统一计量单位，对有关测量方法、计量器具和法定计量技术机构及测量实验室实施依法管理。这些工作必须由法定计量技术机构或授权的计量技术机构来执行。法制计量是政府行为，是政府的职责。
(2)科学计量
科学计量是科技和经济发展的基础，也是计量的基础，它是指先进性、前瞻性、综合性的计量科学研究，通常用最新的科技成果来精确定义与实现计量单位，并为最新的科技发展提供可靠的测量基础。科学计量包括计量单位与单位制的研究、计量基准与标准的研制、物理常数与精密测量技术的研究、量值传递和量值溯源方法及测量不确定度的研究。当然也涉及对测量原理、测量方法、测量仪器的研究，解决新的科学领域或有关领域中准确测量问题的研究，开展动态、在线、自动、综合测量技术的研究，联系生产实际开展有关计量测试课题的研究，提高测量人员测量能力的研究，以及涉及法制计量领域和计量管理的研究等。科学计量是实现单位统一、量值准确可靠的重要保障。
(3)工业计量
工业计量也称为工程计量，其含义具有广义性，并不单纯指工业领域，而是广义地指除了科学计量、法制计量以外的其他计量测试活动。它是涉及应用领域的计量测试活动的统称，涉及有关生产及其他的各个领域，在生产和其他各种过程中的应用计量技术均属于工业计量范畴。这里作为计量分类所指的“工业计量”一词，是我国对这些计量测试活动的一种习惯用语。它的内容包括建立校准、测试服务市场，建立企业计量测试体系，开展各种计量测试活动，发展仪器仪表产业等方面。工业计量测试能力实际上是一个国家工业竞争力的重要组成部分，在以高技术为基础的经济构架中显得尤为重要。工业计量为计量在国民经济中的实际应用开拓了广阔的前景和领域。
以上三个方面相互关联、相互链接，具有十分密切的关系，构成了完整的计量体系。它们之间的界限也是难以完全区分的，无论是在一个国家、政府，还是在一个企、事业单位中，其计量体系都包括科学计量、法制计量和工业计量及其相关活动，只是侧重点不同。三大计量为我国融入世界现代计量体系，进一步发展计量事业奠定了良好的基础。
5.计量学
从科学的发展来看，计量曾经是物理学的一部分，后来随着领域和内容的扩展，而形成了一门研究测量理论和实践的综合性科学，成为一门独立的学科——计量学。按定义计量学是“关于测量的科学”，计量学涵盖有关测量的理论与实践的各个方面。计量学应用的范围十分广泛，我国目前按专业和被测对象量的不同，把计量学的范围分为十大类，即几何量计量、热学计量、力学计量、电磁学计量、电子学计量、时间频率计量、电离辐射计量、声学计量、光学计量、化学计量。按计量学的内容和性质、应用的不同领域划分，计量学可分为:通用计量学、应用计量学、技术计量学、质量计量学、理论计量学、法制计量学等。特别是计量学作为一门科学，它同国家法律、法规和行政管理紧密结合的程度，是其他学科中少有的。计量是科学技术和管理的结合体，它包括计量科技和计量管理两个方面，两者相互依存、互相渗透，即计量管理工作具有较强的技术性，而计量科学技术中又具有较强的法制性。计量学有时简称计量。随着科学技术和生产的发展，计量学的内容还会更加丰富。
计量是发展国民经济的一项重要技术基础，是确保社会活动正常进行的重要条件，是保护国家和人民利益的重要保证。计量与科学技术、计量与生产、计量与维护社会经济秩序、计量与贸易、计量与节能、计量与国防、计量与文化体育、计量与人民生活都息息相关，在人们的广泛的社会活动中，哪儿需要测量，哪儿就需要计量，所以，计量在国民经济和社会活动中具有十分重要的地位和作用。