影响了人类半个世纪的国际计量体系,将在2018年发生重大变革。在量子技术与互联网技术的结合作用下,2018年国际单位制(SI)将重新定义,世界测量技术规则将被重构。
日前,由中国计量院承担的国家质检总局科技计划项目“高准确度真空质量测量系统的建立”项目通过验收。项目在我国建立了大量程1kg的高准确度真空质量测量装置,真空质量测量重复性、灵敏度达到国际水平,成功解决了2018年国际质量单位千克重新定义后质量量值传递技术关键问题。
国际单位制(SI)是统一的计量单位制,是构成国际计量体系的基石。国际单位制的核心是7个基本单位,即时间单位“秒”、长度单位“米”、质量单位“千克”、热力学温度“开尔文”、电流单位“安培”、发光强度单位“坎德拉”和物质的量单位“摩尔”。自1971年以来,这7个基本量,一直作为国际单位制的基本单位。
在国际单位制7个基本量中,质量单位是目前靠实物基准复现的。然而,由于实物基准易受环境影响,在长期稳定性方面具有局限性,国际上计划在2018年实现对质量单位“千克”进行重新定义。届时,基于量子物理的质量自然基准将取代目前尚在使用的国际千克原器实物基准,成为国际质量单位新的源头。由于未来的质量单位将在真空中实现,而日常生活的质量工作标准??砝码仍是在空气中使用的,这给质量量值的传递方式带来了一系列问题??除了需要将保存在真空中的质量标准传递到空气中外,还对环境参数进行测量和实时修正。
为此,中国计量院从2013年起,围绕质量单位新定义之后质量量值传递关键技术开展了系列研究。经过多年努力,项目组在真空质量测量、真空质量标准的传递,以及异型砝码表面吸附测量和修正等方面取得了一系列创新成果,建立了测量灵敏度优于0.1μg、满载重复性优于0.47 μg、测量扩展不确定度25 μg(k=2)的高准确度真空质量测量装置;形成了不同材料砝码表面吸附率测量、不确定度评估和吸附修正,空气密度测量,砝码交换称量等一系列具有自主知识产权的技术。
据介绍,项目建立的高准确度真空质量测量装置成功解决了砝码真空质量测量时系统稳定性和保持高真空度之间的矛盾;采用的非接触式分子泵散热方法和多点位多参数循环监测方法,显著提高了装置的测量重复性和稳定性。此外,项目还实现了多种砝码表面吸附与其逆过程的分析,吸附测量扩展不确定度0.0011 μg/cm2(k=2),达到了国际水平。
铜漏壶作为古代一种极为重要的计时器具,不仅出现年代早,而且应用广泛。在2015年11月13日,南昌西汉海昏侯墓园1号主墓的酒具库内出土了一把计时用的铜漏壶。海昏侯墓组副组长张仲立说,这是迄今为止我国发现的第六把滴漏报时铜漏壶,也是在江西发现。
古代人们在用陶器取水、储水的时候,因陶器质地疏松,难免出现漏水现象。通过长期观察,人们注意到漏水容器水面下降的高低和时间有一定对应关系,从而制成了用于计时的漏水壶。至于发明漏水壶计时器的年代,目前尚不能做出准确回答。我国历史文献中曾说:“漏刻之作盖肇于轩辕之日,宣乎夏商之代。”这是说产生于黄帝时代,也就是原始社会末期,到夏商时已普遍使用,但目前尚缺少实物证据。
据《周礼》记载,作为掌管计时的官员“挈壶氏”是世袭制。西周时已有掌管漏壶计时的官员??挈壶氏,设下士6人及史二人,徒12人。这说明至少距今3000年时,就已正式使用和管理漏壶了。
到了秦代,计时的壶开始用刻漏。秦宫中掌管刻漏的官员称为“率更”。《汉书》卷十九上《百官公卿表上》:“詹事,秦官,掌皇后、太子家,有丞。属官有太子率更。”颜师古注:“掌知刻漏,故曰率更。”
到了汉代,滴漏报时有了制度。夜漏尽,指天明,要鸣鼓报时;昼漏尽,指夜临,要鸣钟报时。自汉以后,历代循行。文献资料记载显示,汉代刻漏分昼漏与夜漏,共一百刻(一刻等于14.4分)。《说文解字》水部:“漏,以铜受水,刻节,昼夜百刻。”卫宏《汉旧仪》:“至立春,昼四十六刻,夜五十四刻。”《周礼注疏》郑司农云:“分以日夜者,异昼夜漏也。漏之箭,昼夜共百刻。冬夏之间有长短焉,太史立成法有四十八箭。”贾公彦疏:“此据汉法而言。”可见,汉代刻漏计时与日晷计时是一致的,都是一日百刻之制。
被中香炉从严格意义上讲不属于度量衡范畴。它是我国古代香薰被褥的球形小炉,其早的记载见于西汉司马相如的《美人赋》。西汉时刘歆的《西京杂记》中有这样的记载,“长安巧工丁缓者,为常满灯......又作卧褥香炉,一名被中香炉。本出房风,共法后绝,至缓始复为之。为机环转运四周,而炉体常平,可置之被褥,故以为名。”“被中香炉”然是古人的生活用品,但其构造却揭示了物理学、计量学的一个重要原理,即古人为防止香炉中盛香料的香盂随香炉的晃动而倾覆,便设计了“内持平环”和“外持平环”,将悬挂香盂的内持平环悬挂在外持平环上,使两个持平环的轴孔正好垂直,轴心线的夹角正好为90?。由此内持平环就能避免香盂前后方向倾斜;外持平环则能防止香盂内持平环在轴向方向倾斜。由此香盂随重心作用始终能保持水平,无论香炉怎么转动,香盂斗不至倾覆。被中香炉的这种结构设计与现在陀螺仪中“万向支架”的原理非常相似。(来源:浙江省计量科学研究院)