计量基准、计量标准的发展趋势
计量基准、计量标准发展趋势大致可归纳为下列几点。
(一)提高测量准确度
根据量子理论,微观世界的量只能是跃进式的改变,而不能发生任意微小的变化,即「稳定性」好。另外,同一类原子、分子无论何时何地都是严格一致的,即「齐一性」好。所以利用这两种特性建立起来的量子计量基准比实物基准有很多优越性,从而大幅度提高了测量的准确度。目前,七个基本单位中,已有六个基本单位实现了微观量子计量基准,已建量子计量基准主要有长度单位米、时间单位秒、电单位中电阻和电压等。使计量基准测量准确度大幅度提高,对已经建立的量子计量基准,各国计量科学家仍在不断地完善、改进和提高。
(二)扩大测量范围
在力值测量方面,火箭发动机需测量达 5×107N 的特大力值,而生物研究中需测量单根肌肉纤维产生 5×10-7N 的特小力值,两者相差 14 个数量级。在压力计量方面,人工合成金刚石要求测量达 1012Pa 的超高压,而核反应堆仪表和某些飞行仪表要求测量出 10-10Pa 的超低压,两者相差 22 个数量级。这些「超大」「超小」的测量,对科学技术的发展有着非常重要的意义。如 1024 兆位芯片集成电路的线宽约为 0.1μm,可视为现有电子元件的发展极限。超小距离的测量,对微电子学的发展具有非常重要的意义。进一步发展,便要开发量子效应元件,即量子元件,制作以纳米(10-9m)计的量子薄膜、量子细线等,即需要纳米测量。目前的计量基准、计量标准,一般只适应常规的测量范围,所以尚需向两端扩展,以适应科学技术发展的迫切需要。
(三)多参数综合测量
美国三坐标测量机测量的分辨力为 1.25μm,检定这种仪器要求确定各个误差分量和 21 个修正值。在电子测量中,自动网络分析仪可以测量传输反射特性、相移、驻波比、功率、带宽、频响、噪声系数等各种参量。在力值测量中出现可测量六分量的力传感器,这也要求计量标准能与之相适应,需要开展多参数、多维空间综合测量。
(四)动态、连续、跟踪与快速测量
生产自动化使很多计量器具已经成为生产线的组成部分,由它们输出各种信息反馈到电子计算机中进行自动控制,要求在现场进行实时连续校准。这种技术很早就出现,现在正迅速发展,它要求计量标准的研制尽快跟上,以适应生产发展的需要。
(五)检定工作自动化、智能化
从 20 世纪 70 年代开始,微处理机、电子计算机已大量应用于各种计量器具中,为检定工作的自动化、智能化创造了条件。实现检定工作自动化、智能化,不但可以提高检定工作的效率,消除检定时的人为误差,使检定工作由「主观」向「客观」过渡,而且还可以在短时间内获得大量的测量信息以便进行统计处理,以提高测量精度,或直接进行实时误差修正,这均是手工方式进行检定难以实现的。
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