计量测试技术及发展趋势.pdfVIP

计量测试技术及发展趋势

报告内容

1一、国际计量单位变革对我们的影响

2二、计量支撑当代社会民生的发展

2

3

3三、大科学计划与计量

三、大科学计划与计量

4四、人机共生时代的计量测试对策

四、人机共生时代的计量测试对策

5五、人工智能与计量

五、人工智能与计量

6六、计量人员终身学习方法推荐

计量科学与技术：

◆大国间博弈的重要筹码

◆破解“夹脖子”问题的重要手段

◆国际商贸中的既是润滑剂，也是降

维打击神器

◆无科技、不计量，既顶天，又立地

一、国际计量单位的重大变革

2018年11月26日在法国巴黎召开了第

26届国际计量大会，千克、安培、开尔文、摩尔

4个国际单位被重新定义，于2019年5月20

日正式生效。为国际单位制自1960年创建以来

最大一次变革。

国际单位制的7个基本单位全部由物理常

数定义。

量子计量基准代表着国际单位制（SI）

的演进方向。

延伸思考：国际单位制的基本单位有没

有减少或增加的可能性？若增加，最大可能的单

位是来自哪些领域？

人类不断有新的发现，都需要量的表

述。

有没有可能出现第八个国际计量单位？

和事先预计的一样，这次变革对我们的日

常生活看不出有任何影响。

但对于科学技术和社会发展影响是巨大

的。

◆将改变现有国际计量体系的格局，形

成以部分先进国家为主的多级中心或区域中心。

我国获得国际互认的校准和测量能力已达到

全球第三、亚洲第一。就可以成为这样的中心之

一。

◆传递链路不唯一，呈现“扁平化”

趋势，有些量值可以在现场实现溯源。例

如普通用户的时间的溯源。

使溯源路径更短、速度更快、成本更

低，甚至可随时随地复现计量基准，全面

促进社会进步。

我国在极限量、动态量、综合量以及

复杂环境下的精密测量方面还明显落后。

◆将催生新的测量原理、方法和仪器。特别

是芯片级的计量基准可以嵌入在制造设备中并赋

值，并保持长期稳定性。

还有一个优点，就是不用分段或者倍增的办

法。不确定度较为均衡。例如，采用新定义的温度

溯源就不用分成高温区、中温区等；过去毫克级小

质量是由千克传递过来，会使不确定度扩大上万

倍，而采用新方法这一问题就不存在。

瓦特天平是基布尔博士发明的，所以，又

称基布尔天平。基布尔是英国NPL著名的实验物

理学家。该天平有静态和动态两种测量式，可以

利用这两种式建立联立方程组，从而获得普朗克

常数的精确数值。

基布尔博士实际上使用等效能量定义质

量。他在1975年提出设想，前后用了30年时

间。为了纪念他，以他的名字命名。

两个模式的示意图

让机械功率等于电功率，这就是瓦特天平的

核心思想。

分别测量电流、电压、速度等，实验结果可

以不受实验中功率损耗的影响。电流和电压都与普

朗克常数有关，速度与米和秒有关，这样，就可以

用普朗克常数、米、秒来定义质量m。

基布尔天平可以在无需参考任何标准千克的

情况下测量质量。这是一个极大的进步。

浅谈芯片级计量基准

国际计量单位制的变革还将催生新的测量原

理、方法和仪器。

例如，芯片级的时间频率计量标准器已进

入量产阶段，有代表性的要数NIST的芯片级原

子钟。只有一颗咖啡豆大小。符合新摩尔定律。

这么小的空间里，要安装铷原子蒸汽发生

器、微波腔、光学频率梳（2个）等关键部件，

能耗只有275mW，准确度却达到了1.7×10-

13，可长期独立工作，特别适合于宇航飞行器携

带.

里面最重要是“铷”，是和我们日常生活关

系很弱的一种元素。但在国家层面极其重要。

在美国2018年公布的35种关键矿物中，

铷列为第8种，可见，他的重要性。