一、引言

　　1998年第4期本刊特稿欄目中發(fā)表了國家質(zhì)量技術(shù)監督局副局長(cháng)王以銘教授“在全國實(shí)施計量工作三年計劃總結表彰大會(huì )上的講話(huà)”，第5期又整理發(fā)表了他關(guān)于“對二十一世紀計量工作的展望”的講話(huà)。在這兩次重要講話(huà)以及年初答中國質(zhì)量報記者問(wèn)中，王以銘副局長(cháng)都談到“全球計量體系”這個(gè)主題，即經(jīng)濟貿易全球化、市場(chǎng)國際化，為計量工作的發(fā)展注入了新的動(dòng)力，迫切需要形成全球計量體系，并且最近有關(guān)國際組織和國家已經(jīng)開(kāi)始實(shí)實(shí)在在做起全球計量體系這件事來(lái)了。本文談?wù)勛约涸谶@方面的學(xué)習體會(huì )和認識。   

　　二、計量工作的重要作用和主要任務(wù)

　　計量是實(shí)現單位統一、量值準確可靠的活動(dòng)，是關(guān)于測量的科學(xué)。根據工業(yè)化國家最近的統計和估算，測量及與測量有關(guān)的工作約占被統計國家國民生產(chǎn)毛額(GDP)的4%～6%，這個(gè)比例在歐洲共同體內相當于每年幾千億美元。顯然，這個(gè)巨額數字表明測量已滲透到人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域，而測量必須以測量的科學(xué)——計量為基礎。所以，當前全球范圍如此關(guān)注計量工作其實(shí)是基于計量本身在國民經(jīng)濟中所起的重要作用，這種關(guān)注的動(dòng)力既來(lái)自各國政府(由于它的公益性)，又來(lái)自于企業(yè)。

    圖1  國際和國家計量工作的任務(wù)

　　國際和國家計量工作的主要任務(wù)示于圖1。實(shí)際上，當米制公約于1875年簽署的時(shí)候，著(zhù)眼點(diǎn)還只是在長(cháng)度、質(zhì)量及其相關(guān)量(比如容量)方面，因為這些量是那時(shí)貿易與商業(yè)的主要需求。BIPM的命名(直譯為“國際權度局”)即帶有這種烙印，這里的“權”和“度”即是砝碼(質(zhì)量計量器具)和尺子(長(cháng)度計量器具)。這與我國古代稱(chēng)計量為“度量衡”(尺、斗、秤)是極相似的，當然度量衡仍是當今法制計量的重要內容之一。

　　此后，隨著(zhù)科技、經(jīng)濟和社會(huì )的發(fā)展，其它領(lǐng)域的計量逐步變得重要起來(lái)，例如:本世紀初的電學(xué)計量，第二次世界大戰后的電離輻射計量，以及最近興起的化學(xué)計量。當今社會(huì )向高技術(shù)進(jìn)展的速度正在加快，這又給計量工作提出了寬范圍和高水平的新穎測量和綜合測量的要求。例如:信息技術(shù)、微工程技術(shù)和納米技術(shù)中的微測量，新型材料特性的測量，以及高速動(dòng)態(tài)過(guò)程的測量等都屬于新穎測量。又如:醫學(xué)、生物技術(shù)、環(huán)境保護、食品和藥物評定等都要求進(jìn)行綜合測量。這些新穎測量和綜合測量，則迫切需要更為可靠或可信的化學(xué)計量與生物計量，以及更為可靠或可信的傳統的物理計量與工程計量。

　　拿環(huán)境保護來(lái)說(shuō)，其中城市空氣污染最引人注目，北京市已經(jīng)開(kāi)始公布空氣質(zhì)量指標(PSI)?？諝赓|(zhì)量惡化主要來(lái)源于固定(如化工廠(chǎng)煙囪)和移動(dòng)(如汽車(chē)尾氣)兩大污染，在國際上PSI是根據檢測一氧化碳、二氧化硫、臭氧濃度、懸浮微粒數量等作出評估的，需要使用紫外吸收光譜分析儀、X射線(xiàn)熒光光譜儀、氣相色譜儀等多種計量器具。實(shí)際上不僅要求測量快速而準確，而且要求能確定污染源、判別污染物并測定其成分分布和毒性大小，以便采取相應的整治措施，才有益于市民和有助于提高政府的威信。環(huán)境監測和保護問(wèn)題，已成為全球高峰會(huì )議以來(lái)，“后冷戰”時(shí)期世界關(guān)注的焦點(diǎn)，并由國家或區域性延伸成為國際性的共同課題。

　　再拿納米計量來(lái)說(shuō)(1納米等于百萬(wàn)分之一毫米，相當于一根頭發(fā)絲直徑的萬(wàn)分之一左右)，它為超大規模集成芯片的高集成度，提供了超高分辨力的測量工具，為將刻線(xiàn)的寬度減小至加工極限(原子尺度)提供了可能的手段。利用納米技術(shù)可以操縱單個(gè)原子，從而為制造量子器件或單電子器件以及制造原子密度的數據存貯器提供了可能。如果說(shuō)三、四十年代的核技術(shù)是對物質(zhì)潛在能量的開(kāi)發(fā)，使“單位質(zhì)量物質(zhì)”的爆炸能力增加了百萬(wàn)倍的話(huà)，那么，納米技術(shù)將是對物質(zhì)潛在信息和結構的開(kāi)發(fā)，將使“單位體積物質(zhì)”儲存和處理信息的能力增加百萬(wàn)倍。中國計量科學(xué)研究院德援項目中，與PTB合作開(kāi)發(fā)的計量型原子力顯微鏡(AFM)與掃描探針顯微鏡(SPM)已達到z軸2 nm，x、y軸5 nm的不確定度，為納米計量的研究提供了手段。國際計量委員會(huì )的長(cháng)度咨詢(xún)委員會(huì )(CIPM/CCL)內設立了納米計量工作組，已決定將納米計量標準列入國際比對項目，今年7月份還要在BIPM召開(kāi)專(zhuān)門(mén)會(huì )議。    

　　三、國家計量體系

　　絕大多數國家的政府早已認識到，政府的責任之一是確保本國“國家計量體系”的基礎條件或基本要素能夠保持下去并得以發(fā)展，以便通過(guò)不斷提高測量的可靠性或可信度來(lái)支撐本國的貿易及其它與測量有關(guān)的活動(dòng)。什么是國家計量體系的基礎條件呢？國際計量委員會(huì )(CIPM)在最近的一份題為“國際合作和國際計量局的作用”的報告中指出，它包括四個(gè)方面:

　　1.在全國采用統一的計量單位制度；
　　2.由國家計量院(NMI)來(lái)研制、保持與傳遞適合本國需要的國家計量標準，以及由計量院來(lái)研究新的測量技術(shù)與測量方法，并將其推廣與應用到計量用戶(hù)；
　　3.由國家法制計量部門(mén)來(lái)協(xié)助政府制定并執行貿易中及其它領(lǐng)域中有關(guān)測量的法律、法規；

    圖2  國家計量體系示意圖

　　4.承認國家實(shí)驗室認可部門(mén)按適用的準則對測量實(shí)驗室和測試實(shí)驗室進(jìn)行的認可。

　　在很多國家中，國家計量院和國家法制計量部門(mén)事實(shí)上屬于同一個(gè)組織。
　　在一個(gè)完善的國家計量體系中，由國家計量院向計量用戶(hù)擴散技術(shù)效益(包括傳遞量值、傳播測量經(jīng)驗及推廣計量技術(shù)等)的流程見(jiàn)圖2所示。它通過(guò)如下三條渠道:
　　1.由計量院直接擴散；
　　2.通過(guò)已認可的校準實(shí)驗室間接擴散；
　　3.通過(guò)對法律、法規，自愿執行和強制執行的書(shū)面標準、規范等負責的部門(mén)或組織間接擴散。

    圖3  計量標準的等級圖

　　四、全球計量體系

　　各國對計量工作的需求，在可以預見(jiàn)的未來(lái)，顯然呈現持續增長(cháng)的勢頭，因而對計量的全球性協(xié)調會(huì )愈來(lái)愈重要起來(lái)。從各類(lèi)計量用戶(hù)的工作計量標準，向普遍一致的國際計量標準的溯源等級圖如圖3所示。它被稱(chēng)為“計量金字塔”，塔頂就是國際單位制(SI)的理想境地——“真值”所在地。盡管全球的計量科學(xué)家們竭盡全力，但在國際計量標準這個(gè)層面上仍會(huì )保留或存在一個(gè)對SI值的未知偏差±ε，因為量子效應決定了測量不確定度總是存在的。
　　對于一個(gè)組織完好的國家計量體系，處于該體系頂端的國家計量院重中之重的兩項任務(wù)是:

    圖4  全球計量溯源鏈

    圖5  兩國在不同校準等級上測量等效性的核查

　　1.提供國家計量標準(國家基準)垂直向下的量值傳遞，或者計量用戶(hù)可以向上溯源量值到國家計量院；
　　2.提供國家計量標準(國家基準)與國際計量標準之間的等效度，或者與有關(guān)國家之間計量標準的等效度。
　　圖4表示了全球計量的量傳鏈或溯源鏈。圖5表示了兩個(gè)國家之間，在不同的校準等級上，在水平方向平行進(jìn)行的測量等效性的核查。圖中第一層面上是國家計量院保存的國家計量標準(國家基準)的比對，通常是BIPM負責進(jìn)行的關(guān)鍵比對和區域計量組織(RMO)負責進(jìn)行的關(guān)鍵比對。第二層面上是國家計量院保存的工作計量標準的比對，通常是區域計量組織或BIPM負責進(jìn)行的輔助比對。詳細情況可參見(jiàn)本刊1998年第5期“大視角”欄目關(guān)于《第二屆國家計量院院長(cháng)會(huì )議召開(kāi)暨互認協(xié)議草案簽署》的有關(guān)報導，以及通過(guò)關(guān)鍵比對實(shí)現全球國家計量標準等效的方案圖。第三及第四層面上分別是由區域性實(shí)驗室認可合作組織，比如“亞太實(shí)驗室認可合作組織(APLAC)”負責進(jìn)行的校準實(shí)驗室之間的比對活動(dòng)，以及檢測(檢驗或測試)實(shí)驗室之間的驗證試驗(或熟練性試驗)，它們通常由國際實(shí)驗室認可合作組織(ILAC)進(jìn)行協(xié)調。

　　在BIPM關(guān)鍵比對的基礎上，米制成員國計量院之間進(jìn)行比對以達成互認的方案示意于圖6。由圖可見(jiàn)，這種比對是在區域內由區域計量組織負責進(jìn)行的。我國是“亞太計量規劃組織(APMP)”的成員，由中國計量科學(xué)研究院作為APMP代表參加該區域內的國際比對。在亞太經(jīng)濟合作組織(APEC)框架內，標準和合格評定的結構框圖示于圖7。由圖6和圖7可以窺見(jiàn)亞太區域計量體系的概貌。計

    圖6  米制成員國計量院之間的比對示意圖

    圖7  亞太經(jīng)合組織標準和合格結構框圖