浅谈长度计量的发展与作用

赵若囡

长度计量技术是研究长度测量、保证量值准确和测量单位统一的技术。长度计量中的长度包括距离、角度、表面粗糙度、圆度和直线度等以“米” 为单位的几何量，所以长度计量也称为几何量计量。

长度计量可以追溯到四千多年前。在古代，人们为了测量田地等就已经进行长度测量。最初是以人的手、足等作为长度的单位。但人的手、足大小不一，在商品交换中遇到了困难，于是便出现了以物体作为测量单位，如公元前两千四百年出现的古埃及腕尺，中国商朝出现的象牙尺等。度量衡器是社会经济发展到一定阶段出现的测量长度、容积、重量的工具。春秋战国时期，各诸侯国都已广泛使用度量衡，但各国度量衡器的计量单位和名称极不统一。秦始皇统一中国后，为加强中央集权的统治，采取了一系列的改革措施，明令推行“一法度衡石丈尺”，即统一度量衡器，使长度、容积、重量都有了统一的标准。由于度量衡在使用中受到磨损，产生偏差，为此秦明令规定，每年都要对度量衡进行检验、校正。

1875年，17个国家的代表在法国签署了米制公约，正式确定米尺为国际公用尺。随着科学技术的发展，科学家发现地球的形状和大小也在不断变化，因此米尺也不够准确；另外国际米尺原型在刻画上也存在着缺陷，影响了米尺的准确性。1983年10月第十七界国际计量大会通过了米的新定义：“米是光在真空中1∕299792458秒的时间间隔内所经路径的长度”。新的米定义有着重大的科学意义，从此光速成了一个精确数值。把长度单位统一到时间上，就可以利用高度精确的时间计量，大大提高长度计量的准确度。

长度计量是计量学科里的基础，它无所不在，大到天体、天空、火箭、卫星、大地测量、农田水利、森林煤矿、机械制造等，小到微观世界的细胞、微生物、颗粒、纳米、微米等都需要长度计量。从工业生产的发展历史可以看出，机械加工精度的每一步提高，总是与长度测量技术的发展水平紧密相关、相辅相成的。一种新的更高准确度的计量器具，总是伴随着工业发展的需求而产生，也促进加工精度的进一步提高。

从游标卡尺产生的时代，即加工精度为0.1mm量级的时代，经过了加工精度为0.01mm量级（千分尺类量具产生）的时代，加工精度为0.001mm量级（测微比较仪类产生）的时代，加工精度为0.0001mm（0.1μm）（圆度仪等产生）的时代......到目前加工精度为0.000μm（高精度表面粗糙度测量仪产生）的时代，长度计量伴随着工业的发展在不断提高其相对测量的准确度。

无论是科学研究、工农业生产、国防建设还是进出口贸易都离不开长度计量。长度计量是经济发展中重要的技术基础，是生产、科研和人民生活的基础保证，在推动地方产业行业发展和经济建设方面，发挥着无可替代的技术支撑作用。

长度计量对工业建设来说首先起到技术保障作用。产品质量之优劣，经济效益之高低，物质消耗之多少都是以一定的计量数据来描述的。没有准确的计量手段和科学的计量管理，就不能控制判断产品的质量。因此计量水平是衡量一个国家工业技术水平的重要标志。其次起到决策的依据作用。企业在做出市场决策和生产决策时必须以计量数据为依据，才能制定出正确合理的政策方针。最后起到科研创新的支持手段作用。科研创新活动都必须通过科学试验的手段来实现。科学实验的输出结果就是试验报告，也就是试验的数据结果。所有的结果都必须通过计量活动来保证其准确可靠。

在经济建设中十大类计量专业，有些生产领域可以没有其他计量专业，但是没有长度计量是不行的。因为现代工业离不了使用各种设备，机械设备、生产线等的生产制造、维护、保养，这些都离不开长度计量单位和使用长度计量器具，一旦离开这些，就像人没有手脚和眼睛，寸步难行。长度计量是科学技术和社会生活的重要技术基础，可以说任何科学、任何部门、任何行业以及任何活动都直接或间接地需要长度计量。在日常生活中，衣、食、住、行哪一样也离不开长度尺寸的测量，它渗透到人民生活的各个方面。你穿多大鞋、多长衣服，做饭用多少米、放多少水，这虽然是容积和体积问题，但是没有长度的准确的计量出刻度、直径、高程等，容积和体积就无法计算。住行就更不用说了，房子多大，多高，交多少供热费，从住处到单位有多远，开车出门行多少公里，都离不开长度计量。

无论是什么生产行业，产品质量与计量是密不可分的。质量是在生产实现商品的整个过程中形成的，产品必须通过检验才能保证质量，检验产品质量的设备都是由许多零部件组成的，这些零部件最基本、最简单的测量就是长度计量，只有每个部件长度测量准确，才能组装出合格的检验检测设备，才能生产出合格的产品。

人们生活在自然界，生存环境直接影响身体的健康和生活质量。北京的雾霾，长江的水污染，沙尘暴和禽流感，大气环境、水环境、土壤环境、生态环境质量的监控和评价都要有准确的监测数据来保障。在以人为本的前提下，广大人民群众的身心健康是最重要的，这都与长度计量是紧密相关的。

我们国家的领土面积测量更是离不开长度计量。在大地测量方面长度计量应用广泛，大地测量学包括：一是测定地球椭球的大小，二是研究地球的形状也就是研究大地水平面的形状，三是测定地面水平面的几何位置，也就是测定地球椭球面为参考的地面点的位置。随着科技的发展，人造地球卫星的出现又产生了卫星法进行大地测量。国家的领土也包括了海洋，在海洋的测量中，长度计量单位的应用也是不可缺少的。

从整个长度计量领域来看，无论是对宇宙空间的星球间距离计量还是微观世界极小尺寸的计量，都在不断探求提高其相对测量的准确度。如：宏观上，目前测量地球到月球表面之间的距离，其不确定度仅为几厘米；微观上，高度细分的光干涉和电容式测微仪已可达到10pm（0.00001um）量级的分辨率，比原子直径还小一个量级。目前，我国长度计量为提高测量准确度，减少误判率，实现大量程高分辨率，动态、自动化测量，广泛使用激光、光栅、光电、传感以及计算机控制、处理等技术改造传统仪器设备，研制新的测量仪器。

我国长度计量在建立基准、标准方面，在仪器研制和某些高精度零部件的测试方面，有些项目已达到或接近国际先进水平。“十一五”期间，国家计量院成功研制了用于对光学二维线纹标准器和掩膜版进行溯源和量值校准的激光二坐标标准装置。该项目的完成可解决先进制造业的超精密掩膜测量和溯源问题，以及应用量大面广的光学影像测量仪、非接触坐标机和光学显微镜的校准及量值溯源统一问题。同期研制的纳米测量机，填补了国内在此领域的空白。纳米几何结构国家标准装置，为我国纳米测量提供准确的量值传递和溯源服务，并为我国纳米技术的研究和生产提供有力的技术保障。

长度计量技术在很多方面都有较快的发展，这些技术在各行各业的应用上，在国民经济的发展中都起到了决定性的作用。在现代经济社会的建设中，长度计量是基础的基础。长度计量虽然不能直接生产出产品，但却能创照出经济价值和经济效益。 [科]