计量测试技术的新动态

    从人们日常生活的点滴到工农业、环保、国防工业建设以及国际贸易往来需求,都与计量密切相关已是不争的事实.随着21世纪信息化时代的到来,精密计量测试的坐标系特征显得尤为突出.诸如国家对奶粉中三聚氰胺制订的最低含量标准以及“神7”载人航天准确进入预定轨道和着陆等等.有关计量的重要性、质量单位研究进展以及适应社会发展状况的阶段曾在“现代计量测试技术的进展”一文中进行了较为详细的讨论[1].计量已经不再是简单的度量,而是向着高准确度,在线、快速测量、宇宙不守恒验证以及超导理论的一些基础理论的建立和数学证明等研究方向发展.本文仅就国际单位制(SI)基本单位的重新定义、我国在质量单位研究中的一些最新进展情况予以报道.

    1　国际单位制(SI)基本单位的重新定义

    国际单位制(SI)的基本单位可分9大类(图1),几乎函盖了所需计量测试的领域.其中最基本的有7大类,分属于不同的物理现象范围(表1).

    1.1　建立国际单位制基本单位的依据

    现行的国际单位制基本单位及其相应单位的互换都是依据量纲方程,它包含了目前几乎所有已知的物理现象(表1).

    1.1.1　单位制及量纲方程　基本单位所采用的量纲方程:

    v=s/t　　　　[v]=[s][t]-1

    a=s/t²    [a]=[s][t]^-2

    F=ma     [F]=[m][s][t]^-2

    E=Fs     [E]=[F][s]=[m][s]^-2[t]^-2

    V=E/q=E/(It) [V]=[E][I]-1[t]^-1=[m][I]^-1[s]^-2[I]^-1[t]^-2

    将量纲方程取对数可得到一组线性方程组,量纲方程中的指数转化成了线性方程中的系数:

    (A)(X)=0

    设量纲方程有m个,物理量单位有n种.(X)为n维列向量,(A)为m×n阶系数矩阵,其中的元素为量纲方程中的指数.

    设矩阵(A)的秩为r,则方程(A)(X)=0表示在n种物理量单位之间存在r个独立的线性相关关系式,即r个独立的约束方程.因此可以把n种物理量单位中的r种单位用其余(n-r)种单位的线性组合表示出来.即真正相互独立的单位只有(n-r)种,其他单位均可以表示成这(n-r)种单位的线性组合.这(n-r)种单位就可以取作基本单位,其个数不能多也不能少.取那(n-r)种单位作为基本单位,就决定了一种特定的单位制.

    在n个物理量单位中,选取哪(n-r)个线性无关的物理量单位作为基本单位构成一种单位制,有一定的任意性.原则上可以有种不同的选取方法,构成不同的、线性不相关的单位制.例如力学单位制,除了选取长度、时间、质量为基本单位的现行单位制,也可选取长度、时间、力为基本单位,构成与现行单位制不一样的单位制.事实上,用长度、时间、力学为基本单位的单位制也确实被应用过.