計量檢測從古至今的發展歷程
發布日期:2015-08-21 11:46:15
中國是世界文明古國,早在兩千多年前,勤勞智慧的中國人民就掌握了計量測量技術,并與其他眾多發明一同奠定了中華民族古老文明的基礎。
歷代的計量標準器都依據科學原理精心制作。秦孝公十八年(公元前344年),商鞅監制頒發的銅方升,刻銘以當時的應用數學分數定義十六有五分之一立方 寸的體積為一升的容量。如今實測容積比原設計數大1%。西漢末年,新朝始建國元年(公元9年)制作一批標準器,其中新莽銅嘉量,巧妙地把尺度、容量、重量 三個單位量組合在同一個器物上,器型為龠、合、升、斗、斛五個量,制作中既要形成五個容量單位量的結構,又要滿足斛深一尺、斛重二鈞的規格。器壁正面有 81字總銘,每個量器上各有分銘、標明尺寸和容積。制造工藝相當復雜,當時采用的圓周率為3.1547。歷代數學家、律歷學家都以它為標準考校秦漢度量衡 單位的量值。此器歷盡滄桑,如今完整無恙地保存在臺灣故宮博物院。
一些高水平的計量測量器具也應需要被發明創造出來。春秋(公元前770~前221年)末期,楚國已使用小型權衡器——天平砝碼稱量黃金貨幣,按杠桿原 理制作精巧,小的砝碼只有0.2克,當時稱量的金飾件可以準確到四分之一銖,相當于16毫克。新朝制作的新莽銅卡尺,可以測量工件的圓徑和孔的深度,這 項重大的發明適應當時手工業成批生產提高測量工效的需要。據考證,我國在公元一世紀的東漢時期已有了桿秤,這是對世界計量技術的重大貢獻。三國時魏武帝曹 操(155~220年)的兒子曹沖稱象的故事,說明當時已能利用浮力原理解決大秤量的技術問題。唐代制作一批精美的象牙尺,采用浮雕和撥鏤工藝,牙尺既是 測量工具又是藝術珍品,朝廷用來賞賜功臣和贈送外國使者,日本遣唐使帶回的彩色唐牙尺,至今珍藏在日本古都奈良正倉院,這是中日兩國交流度量衡技術和友好 往來的歷史見證。北宋初年,發現太府舊權衡器失準,影響朝廷收入,并出現使用權衡器作弊而引起諸多訴訟糾紛。內藏庫官員劉承王圭(950~1013年)奉 命重新考定了標準砝碼,創制了兩種小型戥秤,規定了防止舞弊正確使用大型權衡器的操作方法。給內外府和四方大都頒發了新的權衡標準器。經過徹底整改, 不僅使權衡計量納入公正公平軌道,而且加快推進了唐代以來將衡重的“兩、銖、累、黍”非十進制,改為“兩、錢、分、厘、毫”十進制的進程。
把長度、容量、重量三個物理量建立起自然物標準,在我國秦漢時期已積累了這方面的知識并實驗應用。西漢末年,律歷學家劉歆(?~23年)用積累和黃鐘 律管互相參校,定出長度、容量、重量的單位標準量。這種利用音頻原理和黍的容重特性,使度量衡三個量之間建立起參數關系,在一定條件下是合理的。又如史書 記:“黃金方寸,而重一斤”,“水一升,冬重十三兩”這些參數關系都是科學的。古時檢定度量衡器具十分強調時令,都選擇春分秋分時節進行,因為這時“晝夜 均而寒暑平”氣溫適中,晝夜溫差小,校正度量衡器具不會受溫度變化的影響。古人還認識到“懸羽與炭而知燥濕之氣”,“煤故炭輕,濕故炭重”測量濕度的知 識。在掌握度量衡技術方面,對自然規律有深入的了解。千百年來,祖先們接連不斷地進行計量測試實踐活動,積累了豐富的認識自然、改造自然的知識和經驗,留下了彌足珍貴的度量衡文物,在中國燦爛的古代科學文明中,譜寫下光輝的一頁。
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