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计量该怎样伴我们走向未来

发布时间:2021-11-29 作者:卢敬叁​ 来源:中国计量 浏览:327
计量是人们定量描述物质世界,揭示自然界物质运动规律,改造客观世界的一种不可缺少的手段。计量是通过实现单位统一、量值准确可靠来为现代化建设服务的。没有测量就没有科学,计量科学就是准确测量的基础。

计量科学技术是基础科学,是应用科学,同时也是先导性科学。在新兴科技领域产生和发展的过程中,往往需要新的计量基准、标准的建立。因此,加强计量科学技术基础研究,对各学科的研究和经济建设、社会发展有着重要的意义。

计量该怎样伴我们走向未来

计量该怎样伴我们走向未来呢?我们要适应世界前沿科技领域的形势,既要着眼世界,更要立足现在。

一是全球可持续发展面临着能源、资源和环境的制约,传统的大量耗费不可再生自然资源和破坏生态环境的经济增长方式已经难以为继,必须走科学、协调、可持续发展的道路。创新成为解决人类面临的能源资源、生态环境、自然灾害、人口健康等全球性问题的重要途径,成为经济社会发展的主要驱动力。计量科技要满足支撑人类社会发展中面临的重大的紧迫需求。

二是跟踪国际计量科技的整体发展,积极应对国际单位制(SI)重大变革。国际单位制是计量学研究的基础和核心。米、千克、秒、安培、开尔文、摩尔、坎德拉七个基本单位的复现、保存和量值传递是计量学最根本的研究课题。随着现代科学技术的进步,用基本物理常数来重新定义国际单位制中的大多数基本单位已成为国际计量科技的发展趋势。这是自1960年SI建立以来前所未有的重大变革,对于整个世界计量界乃至社会各个领域的测量准确度将产生深远的影响。目前世界先进国家已纷纷开展相关研究并持续攻关,我国必须紧密跟踪、科学应对,才能使中国计量体系的建设顺应国际计量体系的发展,才能在国际上争取话语权,占据主导地位。

三是新的应用领域内的战略性新兴产业发展对计量科技提出了更高要求。能够促进经济持续发展、提高生活质量的应用新领域中的计量科技在世界各国得以优先发展。例如:太阳能、风能等新能源的发展要求新的计量技术支持;环境变化的监控要求在温度、温室气体量以及海水含盐量等测量方面,建立长期稳定的计量基、标准和溯源体系;二氧化碳、氮氧化物及易挥发有机化合物在低浓度时的微量变化的测量将是计量领域的一个巨大挑战;纳米材料的发展及其在航空、航天和安全保障领域的应用,成为使有效测量具有超高准确度和可溯源性的推动力;医学领域中不论是诊断还是有效而安全的治疗都需要准确可靠、可互认的测量数据支持。以美国为例,NIST以促进国家创新、提升工业竞争力为使命,紧密围绕测量科学前沿领域和国家重点发展战略开展持续而深入的研究工作,目前正在开展的重点项目包括:可互用智能电网建设,太阳能及存储等先进能源技术,绿色节能建筑测量和标准;支撑总体经济系统碳排放限制和交易体系的测量与标准;纳米技术相关环境、健康和安全测量与标准;医疗信息技术,支撑医疗领域创新的测量标准和测量技术;信息技术安全,如数字安全,量子信息科学,以及测量科学前沿的量子计量标准和测量技术……

四是国家经济社会发展对计量的需求不断加大。世界各国均结合本国社会经济发展的特点开展计量科学研究,建设科学研究和工业技术发展所需的测量能力,进行新技术探索。

1.推进自主创新和建立创新型国家对计量科技提出新要求,自主创新是国家竞争力的源泉。党的十八届五中全会通过的《关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》中提出,深入实施创新驱动发展战略。发挥科技创新在全面创新中的引领作用,加强基础研究,强化原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。科技创新能力的提高,对先进测量能力的需求迅速增加,对高精度的测量溯源能力提出更迫切要求。计量科技要实现计量基础前沿研究的技术突破,要超前储备,要满足科技创新和前沿技术发展对准确有效测量的新要求。

2.发展战略性新兴产业和加速经济结构调整对计量科技提出新要求。培育和发展高新技术和战略性新兴产业已成为我国争取新一轮经济和科技发展制高点的重大战略。信息、生物、纳米、新能源、新材料、高端装备制造等新技术的研究和产业化必须依赖更加准确的测量方法和更为先进的测量手段,尤其是对微观量、复杂量、动态量和多参数综合量的测量溯源问题提出了一系列新的要求。如何有效评价新能源的使用效率,如何评价新材料的各种特性,如何实现纳米尺度的高准确度测量和量值溯源,如何实现生物技术安全的准确测量、有效分析和量值溯源,都是摆在我国计量科技面前的紧迫任务。

改造提升制造业也是我国提高经济增长的质量、效益和国际竞争力的战略重点之一,对计量科技的需求不断增加。汽车业、船舶业、钢铁业、石化业对力值、扭矩、加速度、压力等机械量的测量准确度提出了更高要求,同时要求进一步拓展测量范围以覆盖更大和更小的量值;有色金属产业、装备制造业需要解决计量器具在高温、高压、强碱、腐蚀等特殊条件下的量值准确性问题;纺织业、轻工业等产业迫切需要将量值快速准确地传递到生产设备上,对仪器设备的现场、在线和快速检测提出了更高要求。

3.维护社会可持续发展和人类生命健康对计量科技提出新要求。节能减排、应对气候变化等环境保护问题为世界各国高度重视,同时已成为我国社会可持续发展的战略重点。监控气候变化需要高准确度的测量,而且必须与长期稳定的计量基、标准建立联系,才能确定在经历一段时间后发生的微小变化。无论是能源生产、输送、交接、使用各环节,还是大气质量、水质污染等评价控制,以及监测和指导用能单位合理用能、减少污染,科学统计分析和评价节能减排指标等都离不开能源计量和量值溯源关键技术的支撑。

食品安全、医疗安全等问题不仅关系到大众健康和生命安全,而且关系到我国经济社会的持续稳定发展。加强食品安全、医疗卫生领域的监管,必然以准确的成分量测量为支撑,以健全的质量体系和量值溯源体系为保障,这对化学、生物领域的计量能力提出了新的挑战。

4.提高国际贸易竞争力对计量科技提出新要求。经济全球化和国际贸易的发展促进了资源的全球配置和国家的经济繁荣。如果一个国家缺少国际认可的计量体系和计量基础设施,其出口产品的测量与检测结果就难以得到进口国的承认和接受,这就直接造成了技术贸易壁垒。为了消除国外不合理的非关税壁垒,避免我国出口产品的重复检验和因计量数据的国际互认受制于人,也为了阻止国外不合格产品进入中国市场,我国必须实现计量基、标准的国际等效和在此基础上测量、校准结果的国际互认,才能避免因技术贸易壁垒带来的巨额经济损失,才能使我国在国际贸易竞争中不处于弱势和从属地位。

5.加强国防安全建设对计量科技提出新要求。全球定位系统(GPS)、俄罗斯的格罗纳斯系统(GLONASS)以及欧洲的伽利略系统等卫星系统的正常运转,其准确性均依赖于时间频率计量基准。更为准确的导航测量及卫星定位技术,将会有效保障并改善空港、海港的导航安全以及航空器、航天器的安全使用,也将为更好、更及时地预测地震和发布海啸警报做出贡献。开发出拥有自主知识产权的各类原子钟和建设高度现代化的时间频率计量体系,是建设我国独立自主的全球定位系统的关键所在,也是防止我国军事力量和国防安全受制于人的重要手段。在航天航空领域的惯导、自导及自动控制系统中,扭矩传感器得到了广泛运用,其扭矩值的准确测量和控制也为实施精确定位提供了技术保障。

6.提高自主创新能力作为提升计量科技水平的首要推动力量,以服务新领域的计量需求作为调整计量基、标准体系布局的中心环节,把建设国际一流的国家计量机构作为面向未来的重大战略选择,不断提升服务国家经济建设和事业发展的有效性和贡献率。围绕满足战略性新兴产业发展、国计民生需要和应对国际单位制重大变革的国家新一代计量基、标准及相关关键技术研究和应用,开展以量子物理为基础的计量基、标准持续研究和前沿计量技术研究,建立和完善新一代计量基、标准体系。开展新领域计量技术研究和国家战略性、新兴产业急需的计量新技术研究,以计量新技术支撑国家战略、“质量兴检”和标准提升。加强测量校准能力及服务能力的持续提升。加强国际比对,丰富和完善量值传递和溯源体系,实现国家计量基、标准、标准物质和测量校准能力的国际等效和互认数量及质量的新跨越。

总之,科技要发展,计量须先行;没有计量寸步难行。计量是基础,计量须创新,这是时代发展的要求。回忆昨天,立足今天,展望明天,计量还需大发展。

本文刊发于《中国计量》杂志2021年第11期

原标题:我们为什么需要计量科学(节选)

作者:中国计量科学研究院 卢敬叁

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