進一步理解計量標準的準確性和穩(wěn)定性[概要]計量不僅保證著產(chǎn)品的一致性和互換性，而且對于保證產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)起著至關重要的作用。測量過程可以溯源到統(tǒng)一的標準，而統(tǒng)一的標準就是計量標準，計量標準最重要的指標是其穩(wěn)定性和準確性。[關鍵詞]計量標準準確性穩(wěn)定性隨著近代大規(guī)模機械生產(chǎn)的發(fā)展，對零件提出了互換性要求，這就要有統(tǒng)一的幾何量標準。日益擴大的貿(mào)易活動也提出了建立統(tǒng)一的質(zhì)量（mass）標準的要求。一旦這些標準建立了起來，由不同人在不同時間、地點進行的測量過程就有了統(tǒng)一的依據(jù)，測量的數(shù)值結果可以相互比較。也就是說，測量過程可以溯源到統(tǒng)一的標準。這種可以溯源到統(tǒng)一標準的測量就稱為計量，而統(tǒng)一的標準就是計量標準。20世紀中，工業(yè)化大生產(chǎn)在世界范圍內(nèi)取得了長足的發(fā)展。計量不僅保證著產(chǎn)品的一致性和互換性，而且對于保證產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)起著至關重要的作用。隨著技術的發(fā)展，生產(chǎn)中的各種工藝過程日益精密化和嚴格化，產(chǎn)品的質(zhì)量得到了空前的提高。各種生產(chǎn)廠商不斷努力加強這種過程，以占領更多市場份額，求得企業(yè)發(fā)展。大生產(chǎn)在各種領域形成了買方市場，激烈的競爭就圍繞著產(chǎn)品的質(zhì)量展開。所以有人提出，21世紀將是一個產(chǎn)品質(zhì)量競爭的時代。在檢驗產(chǎn)品的各方面性能時，計量標準起著保證測試結果準確度的關鍵作用。因此產(chǎn)品的質(zhì)量在很大程度上依賴于計量測試工作。朱镕基總理曾指出過，原材料、工藝和計量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的三大要素。20世紀的另一重大特征是高新技術得到了蓬勃發(fā)展。集成電路、計算機、激光、航天技術、超導技術、納米材料等等深刻地改變著我們的社會面貌。近年來環(huán)境、食品、農(nóng)業(yè)等方面的問題也得到了越來越多的重視，要求計量測試技術提供各種各樣的環(huán)境檢測服務，為提高生活質(zhì)量提供切實的根據(jù)。在上述高新技術的研發(fā)過程中，各種各樣的精密實驗無不需要計量技術及計量標準為實驗的準確性提供保證。同時新興技術往往也提出建立新的計量標準、發(fā)展新型測量技術的要求。因此，現(xiàn)代計量工作在多方面發(fā)揮著其社會功能。在過去的20世紀中，計量基準經(jīng)歷了從實物基準到量子基準的提升，準確度有了大幅度的提高，適應了社會對計量工作提出的各種各樣的高要求。經(jīng)典計量與實物基準計量標準一般先在一個國家的范圍取得統(tǒng)一，以促進該國的生產(chǎn)和貿(mào)易的發(fā)展。秦始皇首次統(tǒng)一中國的計量標準（統(tǒng)一度量衡）是歷史上我國對計量事業(yè)的重要貢獻。18世紀以后由于世界性的工業(yè)革命以及國際貿(mào)易的發(fā)展，首先在歐洲形成了一種國際性的計量單位制——米制，確定了以米、千克、秒為最基本的計量單位。經(jīng)過一百多年，此種單位制已發(fā)展成為目前國際上一致公認的國際單位制SI。其中規(guī)定了米、千克、秒、安培、開爾文、坎德拉、摩爾7個基本單位，其它各種單位則由這7個基本單位導出。由于7個基本單位的重要性，國際單位制中給出了它們的嚴格定義及準確復現(xiàn)單位的方法。用于保存和復現(xiàn)基本單位的裝置就是準確度等級最高的計量標準——計量基準。19世紀下半葉到20世紀上半葉，各國建立起了經(jīng)典的計量基準。這些計量基準一般是根據(jù)經(jīng)典物理學的原理，用某種特別穩(wěn)定的實物來實現(xiàn)，故稱為實物基準。例如一個保存在巴黎國際計量局（BIPM）的鉑銥合金圓柱——千克原器砝碼的質(zhì)量就定義為質(zhì)量單位千克，按X型鉑銥合金米尺的刻線間距離定義長度單位米，用一組飽和式韋斯頓標準電池的端電壓的平均值保持電壓單位伏特，用一組標準電阻線圈的電阻平均值保持電阻單位等等。計量基準是保證整個計量工作準確度的基礎。但也正是由于其重要性，不能輕易使用。為了使產(chǎn)業(yè)界能夠使用準確的計量量值，需要建立一種量值傳遞檢定網(wǎng)。以最常見的稱重計量為例，最高等級的質(zhì)量計量基準是保存在巴黎國際計量局的鉑銥合金千克砝碼原器。每數(shù)年一次各國的中央計量機構把它們的國家基準千克砝碼運到巴黎與砝碼原器進行比對以得到各國基準砝碼的準確量值，然后再由各國自行向下傳遞質(zhì)量量值。我國則已建立了國家、省、市（縣）等各極計量機構。這些計量機構都保存著它們的標準砝碼，并按照國家級——省級——市、縣級——企業(yè)的金字塔式的計量量值傳遞檢定系統(tǒng)依次向下傳遞量值，開展日常的計量檢定工作。19世紀以來，各國的計量量值傳遞檢定系統(tǒng)給產(chǎn)業(yè)界提供了計量服務，確實在幫助產(chǎn)業(yè)界提升產(chǎn)品品質(zhì)的工作中做出了重大貢獻。但是，隨著科技及工農(nóng)業(yè)的由標準的電池和標準電阻維持的實物基準，并給出這兩種新標準中所涉及的約瑟夫森常數(shù)KJ及馮克里青常數(shù)RK的國際推薦值。從幾年來的實踐結果來看，1988年國際計量委員會的建議是十分有效的。采用新方法后電壓單位和電阻單位的穩(wěn)定性和復現(xiàn)準確度提高了兩到三個數(shù)量級。

目前，各國的計量研究院正在努力攻克經(jīng)典計量學中的頑固堡壘——用某種量子計量基準來代替尚在使用的鉑銥合金千克砝碼實物基準。此實物基準是上一世紀制成的，當時估計其準確度為10-9量級，在19世紀的各種計量基準中首屈一指?？上У氖瞧浜箨懤m(xù)發(fā)現(xiàn)了不少因素會使其保存的質(zhì)量量值不斷發(fā)生變化。例如該砝碼盡管不易氧化，但其表面仍會吸附一些肉眼無法察覺的氣體分子和其他雜物，甚至其內(nèi)部也會吸附氫氣等氣體。這些過程使該砝碼質(zhì)量的增加量可能已達到十多微克（1×10-8以上）。仔細的清洗過程可以減少此種被吸附的雜物，但過一段時間又會發(fā)生類似過程。為了擺脫此種困境，亦應該用某種適當?shù)牧孔佑嬃炕鶞蕘泶孢@一已明顯跟不上時代步伐的實物基準。目前對這一十分迫切的課題已提出了若干解決方案。例如用高度提純的硅晶體中的硅原子質(zhì)量作為新的量子質(zhì)量基準就是一種有希望的方法，其關鍵步驟是實際計數(shù)出硅晶體中原子的數(shù)目。但這一方案雖經(jīng)多年探索，準確度還只達到10-8量級，尚未能直接取代鉑銥合金砝碼。還有一種辦法是利用約瑟夫森電壓和量子化霍爾電阻導出量子電功率基準，再經(jīng)過速度及重力導出質(zhì)量量值。從原則上說也算是一種量子質(zhì)量基準。盡管這種方案構思十分巧妙，但稍嫌復雜，目前的準確度也只能達到10-8量級。國際計量局已明確號召各國的計量科學家用各種各樣的方案來攻克量子質(zhì)量