計量學發展史專業：測控技術與儀器
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1 計量學的發展
1).原始階段
以經驗和權利為主，大多利用人、動物或自然物體作為計量基準。象上述「布手知尺、掬手為公升、取權定重、邁步算畝和滴水計時」等，相傳在大禹治水時，就使用了「準繩」和「規」「距」等計量器具，秦始皇統一度量衡這一史實大家都知道。古埃及的尺度是以人的胳膊到指尖的距離為依據的，稱之為「腕尺」（約46cm），英國的碼是亨利一世將其手臂向前平伸，從其鼻尖到嘴尖的距離（1yd=0.
9144m）；英呎是查理曼大帝的腳長（1ft=0.3038m）英吋是英王埃德加的手拇指關節的長度；而英畝則是兩牛同軛，一日翻耕土地的面積（1英畝=4050平方公尺）。
計量制度的建立，單位標準的確定雖然都是人為的，但必須具有權威性。西元前221年，秦始皇用武力征服了各諸侯國，頒發了統一度量衡詔書，同時初步建立了一套完整的度量衡制度。後經漢代的改進、完善，成文於典籍而被歷代遵循，奉為圭臬。
此後每經改朝換代，都要**古制之本，以確定當朝度量衡和計時單位標準。歷代流傳下來的器物不斷被發現，其傳承關係明確便是有力的證明。直至清朝，無論是度量衡或計時制度都是秦漢古制的沿襲。
今猶陳列在北京故宮博物院太和殿前的鎏金銅嘉量和晷便是有力的物證。
中華民族的祖先，通過長期的生產實踐和天文觀測，創造了裡畝、尺寸、公升斗、斤兩等度量衡單位制和年、月、日時、刻等計時單位。以當時先進的科學方法，制定了單位量值標準，不斷完善測量器具和則量方法，使中華民族繁衍生息創造的物質財富和科技文明，都能在時空座標上定格記錄下來，其量化的資料真實、可比。
中華悠久的文明史流傳下來的大量的珍貴文物，其中許多與計量有關的器物和文字資料，記錄和講述了乙個個生動而有價值的故事。如考古學家曾統計過，在100多座春秋戰國時期楚國的墓葬中，出土了數量不等的天平、砝碼，它們是用來稱量可切割的**貸幣的。反映了楚地盛產**、經濟繁榮、商賈活躍的社會面貌。
而掌握著大量財富的王公貴族和豪商們，死後仍然嚮往著公升入天堂，繼續過著榮華富貴的生活，天平、砝碼便成為隨葬品埋入地下。又如留存至今的「商鞅銅方公升」，器壁刻銘詳盡，其中「十八年」即器的製造年代在商鞅輔助秦孝公變法的西元前344年，為了統一秦國度量衡而由官居卿相的商鞅親自督造的。「十六寸五分寸壹為公升」，說明當時已普遍使用「以度審容」。
「齊卿大夫眾來聘」， 一方面是記錄了當時重大的政治事件，同時也可能有兩國共同商定過有關統一度量衡的內容。西元前221年，秦始皇下詔書統一全國度量衡，又將詔書加刻在器的底部。一件量器所刻銘文，向後人講述了秦國幾百年的歷史，它的重要意義遠遠超過了器物本身。
秦始皇統一度量衡幾乎是世人有口皆碑的歷史功績。秦權、秦量出土地域之廣、數量之多，令人驚嘆。據粗略統計，出土地域囊括了被統一的每乙個諸侯國舊地，數量多達百餘件。
這些都展示了秦始皇統一度量衡的決心和雄才大略。
中國古代計量技術，在歷代史籍中都有輯錄。研究者根據文獻記載，對照所能見到的器物，考釋其銘文，測量其實際數值，模擬、復現其計量功能，使塵封的古老科技重現光彩。西漢末年，經學家劉歆總結了前人的智慧型，提出了一套系統的以黃種、累黍定度量衡標準的理論，後載入《漢書?
律曆志》。即以音訊定長度，用累黍為介質加以復現。聲與量皆為無形之物，量尚可通過度量衡量測出來，而在古代，聲是無法測量並儲存的。
如何讓以黃種定度量衡這一科學的設想得以實現，劉歆等先哲們通過反覆試難後。提出以黍為介質，即選用中等大小的自然物「黍」，橫排90粒得黃鐘律管之長（9寸），加一寸即一尺。律管之積約容1200粒黍，與一龠的容量相當，二龠為一合（16.
2立方分）。積1200黍之重約12銖，24銖即一兩。這樣便形成了一組參量公式，釐定出度、量、衡三個單位量。
從此這一量化了的公式便成為其後歷代制定當朝制度時可遵循的古代標準，既可以用度量衡來定律，又可以用律來校度量衡。近現代許多學者對此做過大量的理論推算和實物驗測，證明這一公式是符合物理學原理的，在一定誤差範圍內也是可以復現。
19世紀初期，英國工業革命蓬勃發展，法國也開始了工業革命，從19世紀70年代起，德國發生了以電力的廣泛使用為標誌的第二次工業革命。19世紀的自然科學經歷了突飛猛進的發展，科學家受牛頓力學的影響，在實驗科學中取得許多重大突破，如:焦耳定律、卡諾熱迴圈理論、安培電流定律、法拉第電磁感應理論、麥克斯韋電磁場理論、拉瓦錫氧的發現和氧化學說等。
相繼建立起熱力學、電磁學、化學等學科並得到了技術應用。數學長足進步，不斷推出新概念和新方法。天文學、地學有很大發展。
光學、生物學、有機化學也隨之興起。科學的進步為計量學發展奠定了理論基礎。
2).現代階段
以量子理論為基礎，由巨集觀實物基準過度到微觀量子基準。國際上以正式確立的量子基準有長度單位公尺基準、時間單位秒基準、電壓單位伏特基準和電阻單位歐姆基準。從經典理論來看，物資世界在做連續的、漸進的巨集觀運動；而在微觀量子體系中，事物的發展是不連續的、跳躍的也是量子話的。
由於原子的能級非常穩定，躍遷時輻射訊號的週期自然也非常穩定，因此躍遷所對應的量值是固定不變的。這類微觀量子基準，包括2023年用氪86原子的特定能級躍遷所定義的公尺、2023年用銫133原子特定能級躍遷所定義的秒等，提高了si基本單位實現的準確性、穩定性和可靠性。但是，它們仍與某種原子的特定量子躍遷過程有關，因而尚不具備普實性。
最好的方案是用基本物理常量來定義計量單位。例如：2023年將公尺定義為光在真空中在1/299792458秒的時間間隔內所行進的長度，既認為真空中光速作為乙個定義值恒為299792458m/s（約30萬公里/秒）；而長度事實上變成了時間（頻率）的匯出量。
這種定義通過不變的光速給出了空間和時間的聯絡，使新定義的公尺只依賴於目前測量不確定度最小（10-15量級）的頻率，從而更具準確性、穩定性、可靠性和普適性。
以上主要是從量的定義上劃分階段，從另乙個角度來看，由於計量在古代是各國獨立產生，並作為民族文化和社會制度的一部分繼承和發展，直到19世紀，各國使用的計量單位及其進制度、計量器具和管理措施等彼此差異甚大。計量學長期停留在記述各種計量單位和換算各種關係的階段上；計量管理工作都是各國、各地區各自為政。隨著工業和國際**、特別是物理學等實驗科學的發展，需要測量的量已從傳統的度量衡劇增至上百個。
18～19世紀，歐美科學家開始建立一種以科學實驗為基礎、可在國際上通用的計量單位制。2023年《公尺製公約》的簽訂標誌著各國計量制度趨向統一；2023年簽訂《國際法制計量組織公約》和2023年第11屆國際計量大會（cgpm）通過國際單位制，標誌著各國計量制度基本統一和計量學的基本成熟。計量的發展趨勢主要沿著兩個方面：
一是利用最新科技成果不斷完善國際單位制及其實驗基礎，使單位的定義及基準、標準建立在物理常量的穩固基礎上；二是推動全球計量體系的形成，逐步實現國際間測量與校準結果的相互承認，以適用**和經濟全球化進展的需要。從冶金計量的角度考慮，計量與控制的結合將把冶金計量工作推向乙個更廣闊的領域。
2 計量學與測控技術的聯絡
測控技術與儀器專業是資訊科學技術的源頭，是光學、精密機械、電子、計算機與資訊科技多學科互相滲透而形成的一門高新技術密集型綜合學科。它的專業面廣，小到製造車間的檢測，大到衛星火箭發射的監控。本專業最令人感興趣的方向恐怕要數光碟生產了，很多同學認為這屬於製造業，實際上由於對精度的嚴格要求，使它歸於測控技術與儀器專業。
隨著科學技術的飛速發展，光機電一體化系統的開發研製與應用越來越受到重視。但是由於傳統觀念的影響，很多考生對本專業存在乙個明顯的認識誤區，以為測控技術就是用三角板、直尺之類的儀器進行吃力勞苦的測量，其實這只是很淺顯的認識，也是很淺薄的錯誤。我們可以聽聽清華大學測控技術與儀器專業一位同學的話，他說：
「進入大學以前，我認為我將來的工作就是拿著大三角板，到處量量，呵呵，誰知開始上專業課了，才知道原來我們的專業是多麼尖端，什麼雷射啦，奈米啊，都是我們測試的手段。這些技術的實現都與計量學有著密切的聯絡。
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