質(zhì)量計量的發(fā)展歷程

質(zhì)量計量的發(fā)展歷程

“質(zhì)量”這個詞來自拉丁語的“mass”，意思是“原子的總和”。因為古希臘原子論者伊璧鳩魯曾提出用原子的多少來度量物質(zhì)。后來該詞演變?yōu)橛⑽摹癿ass”(質(zhì)量)。質(zhì)量計量學(xué)是研究關(guān)于質(zhì)量的計量,是保證質(zhì)量量值準(zhǔn)確一致的一門科學(xué)。它在整個計量領(lǐng)域中有其特殊的地位,幾乎各種計量都要依賴于它——如力值、硬度、壓力、真空、容量、密度、流量、化學(xué)、光學(xué)、電磁、輻射量計量和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)等。質(zhì)量是與人們生活密切相關(guān)的物理量。因此,關(guān)于質(zhì)量計量問題的研究,從古代就受到了人們的重視,并隨著人類社會的發(fā)展而發(fā)展,隨著科學(xué)技術(shù)的進步而進步。質(zhì)量概念的形成和發(fā)展經(jīng)歷了兩大時期:“牛頓時期”和“愛因斯坦時期”。總的來看,它的發(fā)展是與物理學(xué)整個學(xué)科的發(fā)展同步的。物理學(xué)科知識內(nèi)容的大發(fā)展也伴隨著質(zhì)量概念的發(fā)展,物理學(xué)知識的相對穩(wěn)定時期質(zhì)量概念也相對穩(wěn)定;從質(zhì)量概念的自身來分析,在牛頓建立明晰的質(zhì)量概念以前相當(dāng)長的時間內(nèi),人們一直把重力(量)和質(zhì)量當(dāng)作同一概念,不加區(qū)分。在牛頓力學(xué)范圍內(nèi),物體運動速度遠遠小于光速時,物體的質(zhì)量是恒量,它不隨時間、地理緯度和海拔高度及環(huán)境條件改變而變化。在某種場合,它既是物體慣性大小的量度;在某種場合,又是物體產(chǎn)生引力場和受引力場作用的力的量度。在1909年,匈牙利物理學(xué)家厄缶,設(shè)計了一個測量引力的準(zhǔn)確度達到十億分之五的儀器,精確檢驗物體的引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相等的著名實驗。他發(fā)現(xiàn)在他的儀器準(zhǔn)確度內(nèi),相等的慣性質(zhì)量總受到相等的引力作用。1964年迪克和其協(xié)作者報導(dǎo)了對厄缶實驗的改進情況。他們將實驗準(zhǔn)確度又提高了數(shù)百倍,但得出的結(jié)論仍相等在我國,對質(zhì)量的計量已有四、五千年的歷史。在《尚書·舜典》中就有“協(xié)時正月、同律度量衡”等詞句。到戰(zhàn)國初期,在墨子所著的《墨經(jīng)·經(jīng)下》中,也有更進一步記載。例如有“衡而必正,說在得衡,加重于其一旁,必垂權(quán),重相若也,相衡;則本短、標(biāo)長,兩加焉,重相若,則標(biāo)必下,標(biāo)得權(quán)也……”。意思是:在使用衡器時,加重物于衡器的一端,其另一端必須掛上權(quán)(秤砣),重物與權(quán)相等時,則相互平衡;而本(杠桿的一端)短標(biāo)(杠桿另一端)長的衡器,在其兩端分別加上重物與權(quán),如兩者相等,則標(biāo)端必定往下,權(quán)位于標(biāo)的一端……這段文字雖然不長,但說明了我們的祖先在很早以前就知道利用杠桿原理來制造衡器,并用于計量物體的質(zhì)量。在戰(zhàn)國時期,權(quán)衡器也已經(jīng)普遍使用了。我國考古工作者還在楚國故地和楚國墓葬中發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)國時代的權(quán)衡器(天平、硅碼)數(shù)百件。我們的祖先不僅知道利用杠桿原理對質(zhì)量進行計量,而且還懂得這種計量必須要加以統(tǒng)一,并用最高命令的形式固定下來。其中人所共知的是公元前221年秦始皇統(tǒng)一度量衡的歷史事實。到了漢代,我國的度量衡制度更加完善。西漢末年,目錄學(xué)家和天文學(xué)家劉歆總結(jié)了戰(zhàn)國時期以來的度量衡發(fā)展史,寫出了我國第一篇度量衡專著,其中對單位量值、進位關(guān)系以及標(biāo)準(zhǔn)器的管理制度等都有詳細記載,后被收入在《漢書·歷律志》中。隨著人類歷史的推進,人們希望使用較小的權(quán)來平衡較大的重物。實踐表明,通過移動衡桿的支點就能達到這一目的。于是便出現(xiàn)了桿秤。到北魏時期桿秤已經(jīng)得到廣泛使用。莫高窟的壁畫中就有有關(guān)桿秤的使用圖。到了宋朝,主管皇室?guī)觳氐墓賳T劉承珪在景德年間研制了一種小型戥秤,主要用于衡量貢銀。其分度值相當(dāng)于現(xiàn)在的40mg,從而使質(zhì)量的計量準(zhǔn)確度又大大地提高了一步。該秤由于具有結(jié)構(gòu)合理、使用方便、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點,故至今仍在配中藥等工作中使用。到明清時代,已有一定數(shù)量的近代結(jié)構(gòu)形式的天平。清朝末年,政府決定統(tǒng)一度量衡制度,廢除帝國主義入侵中國后傳入的各種度量衡制度,如英制、法制、德制等,并商請國際權(quán)度局制造鉑銥合金原器和鎳鉻合金副原器。宣統(tǒng)元年(1909年),由國際權(quán)度局制成原器和副原器,并經(jīng)校準(zhǔn)后發(fā)給證書,我國即以此作為國家的營造尺和庫平兩(磚碼)的最高標(biāo)準(zhǔn)器,簡稱營造尺庫平制。1927年南京國民政府成立后,決定廢除營造尺庫平制,改用米制。1928年7月18日規(guī)定了權(quán)度標(biāo)準(zhǔn)方案,其中重量以一公斤(即一千格蘭姆)為標(biāo)準(zhǔn)斤。1930年10月成立全國度量衡局(1947年改為中央標(biāo)準(zhǔn)局),隨后相繼公布了《度量衡法》和《度量衡實施細則》等三十多個法規(guī)?？v觀我國的度量衡史,從商代西周到明清,直至民國,共經(jīng)歷了三千多年。歷代在繼承前人文化的基礎(chǔ)上,對度量衡的單位制或管理體制都不同程度地加以發(fā)展和改進。新中國以來度量衡事業(yè)的發(fā)展更加迅速,過去的度量衡早已發(fā)展成為十大計量,其中力學(xué)計量的分支——“質(zhì)量計量”就是由“衡”發(fā)展而來的。目前全國各行業(yè)從事質(zhì)量計量的專業(yè)隊伍已是數(shù)萬大軍,生產(chǎn)機械天平、電子天平、砝碼以及各種衡器、電子衡器(秤)的廠家也有相當(dāng)數(shù)量。國家先后發(fā)布了JJG2053—1990《質(zhì)量計量器具檢定系統(tǒng)》等有關(guān)文件,并制訂和修訂發(fā)布了JJG98—2006《機械天平》、JJG1036—2008《電子天平》、JJG99—2006《砝碼和各種衡器》的檢定規(guī)程,這一系列重要措施為我國質(zhì)量計量事業(yè)的進一步發(fā)展奠定了牢固的基礎(chǔ)。質(zhì)量計量(衡)同人民的生活密切相關(guān),如食品廠、超市等的定量包裝準(zhǔn)確與否,要涉及到千家萬戶的利益。更重要的是,質(zhì)量計量已廣泛地滲透到各行各業(yè)各領(lǐng)域中,各行各業(yè)都越來越離不開準(zhǔn)確的質(zhì)量計量。比如在冶金工業(yè)中,如果配料不準(zhǔn),就煉不出好鋼;在交通運輸中,如果質(zhì)量計量不準(zhǔn)甚至不計量,就不能保證不超載或不少載,超載對生命財產(chǎn)不安全,少載則會造成能源浪費;在建筑工程方面,如果混凝土質(zhì)量計量失準(zhǔn),會使混凝土材料的配合比不符合要求,嚴(yán)重影響建筑結(jié)構(gòu)強度,甚至?xí)斐墒鹿?在醫(yī)藥衛(wèi)生部門,如果質(zhì)量計量不準(zhǔn),就不能使藥品產(chǎn)生良好的治療效果,甚至造成嚴(yán)重后果……總之,凡涉及到需要較為準(zhǔn)確地知道某種貨物量的多少,都要依靠質(zhì)量計量。質(zhì)量計量的發(fā)展和準(zhǔn)確度的提高是與其它科學(xué)技術(shù)的發(fā)展相互促進的。牛頓提出的質(zhì)量的絕對不變性在較長的一段時間內(nèi)是正確的,因為那時的科學(xué)發(fā)展?fàn)顩r還不可能提供打破質(zhì)量絕對不變性的條件,即還不可能使物體加速到近光速運動等。只有到了19世紀(jì)末和20世紀(jì)初,在科學(xué)高度發(fā)展、各種條件具備的情況下,才使原來的較固定的質(zhì)量概念被打破,從而發(fā)展為現(xiàn)代意義的“相對”的質(zhì)量概念。這是被動的一面,即科學(xué)發(fā)展促使質(zhì)量概念的發(fā)展。另一方面質(zhì)量概念的建立和發(fā)展也對科學(xué)的發(fā)展起了積極的作用,牛頓以后,力學(xué)有了很大的發(fā)展,這與牛頓建立明晰的質(zhì)量概念是分不開的。愛因斯坦時代由于質(zhì)量概念的發(fā)展,才引起了核能等科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。還有,多種同位素的發(fā)現(xiàn)都借助于質(zhì)量計量方法的改善和準(zhǔn)確度的提高從而獲得可靠的實驗數(shù)據(jù)。1894年英國物理學(xué)家瑞利發(fā)現(xiàn)了新元素氬,也是由于當(dāng)時有了準(zhǔn)確度為十萬分之一的天平。在現(xiàn)代航天技術(shù)中,在火箭點火試驗期間要做1300次以上的計量,其中有675次即半數(shù)以上(以不同形式)涉及到質(zhì)量計量。由于有了可靠的數(shù)據(jù),才能使天宮一號目標(biāo)飛行器進入正確的預(yù)定軌道與神州八號的成功交互對接。隨著電磁技術(shù)、微電子技術(shù)、光電技術(shù)、計算機技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)化的普及,質(zhì)量計量已由過去的純機械式天平或衡器,發(fā)展成目前的機電結(jié)合式的天平與機電結(jié)合式的秤或純電子天平(秤)。純電子秤的出現(xiàn),使得最大稱量不斷增加,并涌現(xiàn)了不少的工藝秤和高精度、多功能電子天平。快速水分測定儀能將烘箱與電子天平合二為一;很多質(zhì)量器具(電子天平與秤)具有接口。為了能夠簡單將質(zhì)量器具連入使用者的系統(tǒng)并利用各種性能,近幾年大量進口的儀器設(shè)備均帶有RS232C接口,很多電子天平已能夠連接電腦或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),可以通過接口傳輸命令實現(xiàn)質(zhì)量器具