計量培訓：通用計量術語知識講座
原國家質量技術監督局　　馬彥冰

　　國家計量技術規范JJF1001-1998《通用計量術語及定義》(以下簡稱本規范)第八章對計量基準、標準等作了明確的定義和分類，由于本規范絕大部分詞條采用《International Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology》(國際通用計量學基本術語)的詞條，有些定義在與“國際接軌”上很難一步到位，特別是對測量基準、標準的分類與我國現行的分類差異甚大，本規范中將〔測量〕標準與〔計量〕基準、標準視為同義詞而并列，方括號中的詞，規范規定使用時可省略。現介紹如下:    

　　一、〔測量〕標準

　　〔計量〕基準、標準是指“為了定義、實現、保存或復現量的單位或一個或多個量值，用作參考的實物量具、測量儀器、參考物質或測量系統。”(本規范8.1條)
　　本術語與英文詞〔measuremant〕standard，etalon相對應，其中etalon來自法文。
　　“Standard”在科技領域里有兩個含義:一是通常被人們理解的文字性技術標準、規范以及類似文件(法文詞為“norme”)；二是以實物形式出現的基準器和標準器(法文詞為“etalon”)。在此，顯然屬第二種含義，且把“器”省略了。
　　〔measurement〕Standard〔測量〕標準是計量基準和標準的統稱，并又可細分為若干種(見8.2～8.7條)。在我國測量標準明確地分計量基準、計量標準兩大類，其地位和作用在《計量法》中已分別闡明。

　　該定義有三層意思:(1)研制、建立基準、標準的目的是:為了定義、實現、保存或復現量的單位或一個或多個量值；(2)其作用是在測量領域里作為定值的依據和測量用標準器；(3)其存在的形式有實物量具、測量儀器、參考物質或測量系統。8.1條例a)-f)即1kg質量標準、100Ω標準電阻、標準電流表、銫頻率標準、標準氫電極、有證的血漿中可的松濃度的參考溶液。分別體現了這些形式。
    為理解上述定義，在此以國際單位制SI七個基本單位中的質量單位“千克”和長度單位“米”為例，加以說明:(1)1960年第十一屆國際計量大會決定采用以米制為基礎發展起來的國際單位制(SI)，而“千克”(kg)作為質量單位遠早于國際單位制的確定。“千克”的定義幾經變遷，于1901年第三屆國際計量大會上明確給出:千克是質量單位，等于國際千克原器的質量。這個國際千克原器就是國際質量標準(基準)，全世界只有一個，它是用90%鉑和10%銥合金精心制成的形狀為高度和直徑均為39毫米的圓柱體，鉑銥合金的密度為21.5克/厘米3，它被放在多層玻璃罩內。“千克”的實現就是用這個國際質量標準(基準)也即這一實物量具:國際千克原器，它很穩定地保存“千克”量值近100年，估計其質量的變化約為50微克，相對變化量為5×10^-8。“千克”是通過千克原器和原器天平來復現的。為了全世界質量量值的統一，也即實現質量單位量值的傳遞和溯源，國際計量局根據千克原器的材質、形狀和要求，先后加工復制了一些副原器發售給米制公約的各成員國，作為這些國家的質量標準(基準)，放在三層玻璃罩內。我國于1965年引進了國際計量局編號為“No60”的直徑與高度均為39毫米的鉑銥合金圓柱體砝碼，該砝碼作為國家公斤原器，其質量標稱值為1kg，在最近的一次與國際千克原器的比對中，其質量被確定為1kg+0.295mg，復現量值的不確定度為2.3μg(k=1)(這種比對每隔三四十年進行一次，最近的一次是在1989～1994年間進行的)，當時已稱它為國家質量基準，而正式批準是由原國家計量局于1986年批準。國家公斤原器批準時稱為千克基準砝碼，它和秤量為1kg、分度值不大于0.04mg的原器天平實現、復現和保存了與國際千克原器比對結果所獲得的質量單位量值。按照質量計量器具檢定系統，我國研制、建立的國家千克副基準、工作基準、各等級砝碼及各等級標準天平和標準秤都是以不同的準確度等級來實現、復現、保存質量單位量值，以達到全國質量單位量值的統一及在規定的允許誤差范圍內的準確可靠。這個在七個基本量中唯一剩下沒有建立自然基準的量，在21世紀將成為科學計量的重要課題。(2)“米”是國際單位制(SI)中表示“長度”的基本單位，用“m”表示，“米”定義經多次沿革，在1983年第17屆國際計量大會上將“米”定義為:光在真空中于(1/299792458)秒時間間隔內所經路徑的長度。國際計量委員會推薦新定義的米可以通過時間法、頻率法和輻射法來實現。這些方法都是建立在光速是常數的基礎上。在輻射法方面，1993年國際計量委員會推薦了8種穩頻激光器輻射的標準譜線頻率(波長)值，作為復現“米”定義的國際標準。目前常用的是碘吸收633納米氦氖穩頻激光器，它的復現性可達1×10^-11。這種激光器以米定義為基礎，實現、保存或復現了長度單位量值。我國國家的長度基準中最穩定的是633納米基準，不確定度為2.5×10^-11，它是由一套以氦氖激光器為主體的復雜的測量儀器所組成。它對上復現國際“米”定義，對下把其所復現的長度量值經由拍頻或其他比較方法傳遞到下一級標準。根據已建立的線紋計量器具檢定系統和長度計量器具(量塊)檢定系統，長度量值的傳遞和溯源又分為線紋和量塊兩大體系，其標準器分別為線紋尺和量塊等，它們都是實物量具。量塊是單值量具，兩塊量塊可以研合在一起復現一個新的量值。量塊研合后的量值就等于各個量塊中心長度之和。通常將若干塊長度不同的量塊組成標準組，提供一系列長度量值。標準線紋尺是多值量具，一般每1mm有一條刻線，當然，還有由顯微鏡來讀數的刻線，有可估誤到0.1μm的線紋尺。
　　本定義的兩個注釋，其一:集合標準是通過聯合使用而起標準器作用的一組相似的實物量具或測量儀器。例如由一組相似的標準燈組成的發光強度集合標準。集合標準所提供的值是該集合內單個測量器具所提供之值的適當的平均值。其二:標準組是其值經過選擇的標準，它們可單個地或適當地組合以復現給定范圍內的一系列同種量的值，例如1kg～20kg標準砝碼組稱為千克組，1g～500g標準砝碼組稱克組，1mg～500mg標準砝碼組稱為毫克組。
　　定義中的實物量具是指“使用時以固定形態復現或提供給定量的一個或多個已知值的器具”(見本規范6.9條)。
　　定義中的測量儀器是指“單獨地或連同輔助設備一起用以進行測量的器具”(見本規范6.1條)。
　　定義中的參考物質是指“具有一種或多種足夠均勻和很好地確定了的特性，用以校準測量裝置、評價測量方法或給材料賦值的一種材料或物質”(見本規范8.13條)。此外，附有證書的參考物質稱為有證參考物質(詳見本規范8.14條)在我國作為統一量值用的參考物質，均進行定級鑒定，并經評審取得證書。在本規范中，為結合國情，將參考物質與標準物質，有證參考物質與有證標準物質視為同義詞。
　　定義中的測量系統是指“組裝起來以進行特定測量的全套測量儀器和其他設備”(見本規范6.5條)。    

　　二、基準

　　本規范把基準、標準與標準視為同義詞，8.1條是其統稱的定義，為區分基準、標準，我們可將8.2條～8.5條作為基準類的詞條，分別闡述如下:

　　1.國際〔測量〕標準
　　國際〔計量〕基準
　　是指“經國際協議承認的測量標準，在國際上作為對有關量的其他測量標準定值的依據。”(本規范8.2條)經國際協議承認的主要途徑是經國際米制公約組織下設的國際計量委員會(CIPM)和國際計量局(BIPM)兩個機構，它們研究、建立、組織和監督國際測量標準的工作。“米制公約”是在1875年由俄、法、德、美、意等17個國家在巴黎簽署的，現經歷了125年，已有48個成員國。其最高權力機構是國際計量大會，BIPM是其執行機構，是一個常設的世界計量科學研究中心，它的主要任務是保證世界范圍內測量的統一，具體負責建立主要測量單位的標準，保存國際原器，組織國家標準與國際標準的比對，協調有關基本物理常數的測量工作及有關測量技術。
　　BIPM擁有質量及其相關量、頻率標準和時標，激光波長和頻率標準、電學標準、光度和輻射度標準、熱力學、電離輻射標準等學科的實驗室，它們研制、建立和保存了有關的國際原器及上述組織協議承認的國際標準。如根據第18屆國際計量大會及第77屆國際計量委員會的決議，“自1990年1月1日起國際上將同時正式啟用以約瑟夫森常數和馮·克里青常數的國際公認值為基礎的電學測量新標準復現電壓單位和電阻單位”這些國際標準就保存在BIPM的電學標準實驗室內。從這天起，世界各國應按照新的單位量值一致的原則，調整并保存各自國家的“電壓單位量值”和“電阻單位量值”。
　　國際標準在我國稱為國際基準，它們必須經國際協議承認，并在國際范圍內，具有最高計量學特性，它是世界各國測量單位量值定值的最初依據，也是溯源的最終終點。

　　2.國家〔測量〕標準
　　國家〔計量〕基準
　　是指“經國家決定承認的測量標準，在一個國家內作為對有關量的其他測量標準定值的依據。”(見本規范8.3條)
　　國家標準必須是國家決定承認的，這就確立了它的法定地位。同時，它是一個國家科學計量水平的體現，能以國內最高的準確度復現和保存給定的計量單位，在給定的計量領域中，所有計量器具進行的一切測量均可追溯到國家標準所復現和保存的計量單位量值，從而保證這些測量結果準確可靠和具有實際的可比性。
　　國家標準在我國稱為國家基準，我國《計量法》第五條規定:“國務院計量行政部門負責建立各種計量基準器具，作為統一全國量值的最高依據”，計量基準管理辦法第二條規定:“計量基準是指用以復現和保存計量單位量值，經國務院計量行政部門批準，作為統一全國量值最高依據的計量器具”。
　　申報作為國家基準必須經國家鑒定合格并經國務院計量行政部門(現在是國家質量監督檢驗檢疫總局)審查認可；要有正常工作所需要的環境條件；有考核合格的保存、維護、使用人員；有完善的管理制度。符合上述條件的，經審批頒發計量基準證書后，方可正式使用。根據需要它可以代表國家參加國際比對，使其量值與國際基準保持一致。
　　隨著科學技術的發展，國家基準由“人工基準”向“自然基準”發展是當前的重要課題。

　　3.原級標準
　　基準
　　英文為primary standard，是指“具有最高的計量學特性，其值不必參考相同量的其他標準，被指定的或普遍承認的測量標準。”(見本規范8.4條)
　　基準，它具有最高的計量學特性，當被國家承認后，就稱之為國家基準。但還有那些沒被國家承認的，卻被一些部門指定的或公眾普遍承認的基準，正如本條注中所述:基準的概念等同地適用于基本量和導出量。在我國目前的計量基準體系中，原級標準一直被稱之為主基準，都是由國家承認批準的國家基準，而其他一些符合該定義的原級標準，則可能被列入社會公用計量標準或部門、企業、事業單位的最高標準。

　　4.次級標準
　　是指“通過與相同量的基準比對而定值的測量標準。”(見本規范8.5條)
　　為區別原級標準，且它的量值是通過與相同量的基準比對確定的，在計量學特性上要稍低于原級標準，但又高于日常用的工作標準，在我國將副基準與工作基準與其對應。    

　　三、標準

　　如上所述，本規范把基準、標準與標準視為同義詞，為區分基準、標準，除參考物質，有證參考物質外我們將標準類的詞條，分別闡述如下:

　　1.參考標準
　　是指“在給定地區或在給定組織內，通常具有最高計量學特性的測量標準，在該處所做的測量均從它導出。”(見本規范8.6條)
　　該定義給出參考標準存在的范圍及其性質和作用。在我國它是與社會公用計量標準、部門和企業、事業單位的最高計量標準相當。在我國，它們屬于應進行強制檢定的計量標準，要進行考核。

　　2.工作標準
　　是指“用于日常校準或核查實物量具、測量儀器或參考物質的測量標準。”(見本規范8.7條)
　　該定義給出了它的用途及工作對象。工作標準通常用參考標準校準。當其用于確保日常測量工作正確進行的工作標準稱為核查標準。
　　工作標準是實現量值溯源的重要環節，它的數量很大。

　　3.傳遞標準
　　是指“在測量標準相互比較中用作媒介的測量標準。”(見本規范8.8條)
　　它是在測量標準相互比較中，也即包括同級標準間的相互比對或上一級標準向下一級標準傳遞量值中間作媒介的測量標準。如國際間大力值的幾次比對，其媒介就是高準確度高穩定的力傳感器，它就是傳遞標準。傳遞標準應用非常廣泛，在實施計量保證方案(MAP)中也必須具備作為媒介的傳遞標準。

　　4.搬運式標準
　　是指“供運輸到不同地點有時具有特殊結構的測量標準。”(見本規范8.9條)
　　這種標準的特點是可在實驗室或測試場地間來回搬運的。本定義僅在該標準是否能方便地來回搬運上將標準器加以分類，不可搬運的也就是固定式的標準器。檢定硬度計的標準硬度塊是結構簡單的搬運式標準，而絕對重力儀是具有特殊結構的搬運式標準。    

　　四、溯源性

　　是指“通過一條具有規定不確定度的不間斷的比較鏈，使測量結果或測量標準的值能夠與規定的參考標準，通常是與國家測量標準或國際測量標準聯系起來的特性。”(見本規范8.10條)
　　溯源性是指用測量器具測得的量值或測量標準的值，在誤差允許的范圍內，通過不間斷的比較鏈與參考標準、國家基準或國際基準相聯系的特性。
　　量值溯源是一種自下而上追溯的自愿行為，可通過檢定、校準、比對、測試等形式，將測量結果與計量基準相聯系，以保證被測量值的統一和準確。它與我國傳統的按照國家計量檢定系統表，自上而下將計量基準復現的單位量值通過計量標準，工作計量器具逐級傳遞的法制行為相比要優越、靈活得多。有時也可將其理解為量值傳遞的逆過程。但應該注意溯源的起點是測量結果或測量標準的值，終點是國家基準或國際基準。此外，量傳是逐級傳遞，而溯源是自主行為，可根據需要和經濟合理的原則在不間斷的比較鏈中選擇向上溯源的標準器，可以跨地區，跨國界進行。隨著量傳體制的改革，量值溯源越來越為人們所接受并廣泛使用。