一、引言

　　1998年第4期本刊特稿欄目中發表了國家質量技術監督局副局長王以銘教授“在全國實施計量工作三年計劃總結表彰大會上的講話”，第5期又整理發表了他關于“對二十一世紀計量工作的展望”的講話。在這兩次重要講話以及年初答中國質量報記者問中，王以銘副局長都談到“全球計量體系”這個主題，即經濟貿易全球化、市場國際化，為計量工作的發展注入了新的動力，迫切需要形成全球計量體系，并且最近有關國際組織和國家已經開始實實在在做起全球計量體系這件事來了。本文談談自己在這方面的學習體會和認識。   

　　二、計量工作的重要作用和主要任務

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

    圖1  國際和國家計量工作的任務

　　國際和國家計量工作的主要任務示于圖1。實際上，當米制公約于1875年簽署的時候，著眼點還只是在長度、質量及其相關量(比如容量)方面，因為這些量是那時貿易與商業的主要需求。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(質量計量器具)和尺子(長度計量器具)。這與我國古代稱計量為“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，隨著科技、經濟和社會的發展，其它領域的計量逐步變得重要起來，例如:本世紀初的電學計量，第二次世界大戰后的電離輻射計量，以及最近興起的化學計量。當今社會向高技術進展的速度正在加快，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、微工程技術和納米技術中的微測量，新型材料特性的測量，以及高速動態過程的測量等都屬于新穎測量。又如:醫學、生物技術、環境保護、食品和藥物評定等都要求進行綜合測量。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。

　　拿環境保護來說，其中城市空氣污染最引人注目，北京市已經開始公布空氣質量指標(PSI)。空氣質量惡化主要來源于固定(如化工廠煙囪)和移動(如汽車尾氣)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射線熒光光譜儀、氣相色譜儀等多種計量器具。實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。環境監測和保護問題，已成為全球高峰會議以來，“后冷戰”時期世界關注的焦點，并由國家或區域性延伸成為國際性的共同課題。

　　再拿納米計量來說(1納米等于百萬分之一毫米，相當于一根頭發絲直徑的萬分之一左右)，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。利用納米技術可以操縱單個原子，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。如果說三、四十年代的核技術是對物質潛在能量的開發，使“單位質量物質”的爆炸能力增加了百萬倍的話，那么，納米技術將是對物質潛在信息和結構的開發，將使“單位體積物質”儲存和處理信息的能力增加百萬倍。中國計量科學研究院德援項目中，與PTB合作開發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。國際計量委員會的長度咨詢委員會(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召開專門會議。    

　　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展，以便通過不斷提高測量的可靠性或可信度來支撐本國的貿易及其它與測量有關的活動。什么是國家計量體系的基礎條件呢？國際計量委員會(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，以及由計量院來研究新的測量技術與測量方法，并將其推廣與應用到計量用戶；
　　3.由國家法制計量部門來協助政府制定并執行貿易中及其它領域中有關測量的法律、法規；

    圖2  國家計量體系示意圖

　　4.承認國家實驗室認可部門按適用的準則對測量實驗室和測試實驗室進行的認可。

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

    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，在可以預見的未來，顯然呈現持續增長的勢頭，因而對計量的全球性協調會愈來愈重要起來。從各類計量用戶的工作計量標準，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家們竭盡全力，但在國際計量標準這個層面上仍會保留或存在一個對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表示了兩個國家之間，在不同的校準等級上，在水平方向平行進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負責進行的關鍵比對和區域計量組織(RMO)負責進行的關鍵比對。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負責進行的輔助比對。詳細情況可參見本刊1998年第5期“大視角”欄目關于《第二屆國家計量院院長會議召開暨互認協議草案簽署》的有關報導，以及通過關鍵比對實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驗室認可合作組織，比如“亞太實驗室認可合作組織(APLAC)”負責進行的校準實驗室之間的比對活動，以及檢測(檢驗或測試)實驗室之間的驗證試驗(或熟練性試驗)，它們通常由國際實驗室認可合作組織(ILAC)進行協調。

　　在BIPM關鍵比對的基礎上，米制成員國計量院之間進行比對以達成互認的方案示意于圖6。由圖可見，這種比對是在區域內由區域計量組織負責進行的。我國是“亞太計量規劃組織(APMP)”的成員，由中國計量科學研究院作為APMP代表參加該區域內的國際比對。在亞太經濟合作組織(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  亞太經合組織標準和合格結構框圖