《功能材料计量与质量管理》王疆瑛|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《功能材料计量与质量管理》

【作　者】王疆瑛

【丛书名】新材料计量检测标准丛书

【页 数】 209

【出版社】 北京：中国铁道出版社 , 2021.01

【ISBN号】978-7-113-27358-3

【分 类】功能材料-质量管理-功能材料-计量

【参考文献】 王疆瑛. 功能材料计量与质量管理. 北京：中国铁道出版社, 2021.01.

图书封面：

图书目录：

《功能材料计量与质量管理》内容提要：

本书是根据中国计量大学材料科学与工程专业教学计划和“功能材料计量与质量管理”课程教学大纲要求编写的。本书是材料科学与工程学科专业的一门主干课程，其宗旨是让学生在计量技术和质量等基础学习之上，对材料科学与工程专业涵盖的内容，特别是功能材料计量和质量管理有深入的了解和学习。本书介绍了计量学的概念及其发展、计量单位、量值传递与溯源、十大专业计量、功能材料计量、质量管理概论、质量控制技术、质量管理体系等内容。

《功能材料计量与质量管理》内容试读

第一篇功能材料计量

第1章计量概念及其发展

“计量”这个名词，在新中国成立之前称为“度量衡”，即关于长度、容量和质量的计算新中国成立后，1953年确认采用“计量”一词，取代使用了几千年的度量衡，并赋予了更广泛

的内容。按照计量技术规范JJF1001一2011《通用计量术语及定义》，“计量”是指实现单位

统一、量值准确可靠的活动。

计量源于测量，而又严于一般测量，它涉及整个测量领域，并按法律规定，对测量起着指导、监督、保证的作用。计量和测量是两个词，在含义上有所不同。测量(measurement):以确定被测对象量值为目的的全部操作。计量不是一个单纯的测量活动，也不是单一的技术行为或动作，而是围绕测量的一系列活动。因此，与一般测量工作相比，计量具有更广泛的工作内涵和更严谨的科学要求。计量工作是一项具有丰富的组织管理内涵和专门的科学技术知识的系统工程，在维护社会公平和促进经济发展方面发挥着重要的作用。计量的重要性决定了计量具有准确性、一致性、溯源性和法制性的特点。

计量的概念是随着社会生产的发展逐步形成的。当生产的发展和商品的交换变成社会性活动时，客观上就需要测量单位的统一，并要求在一定准确度内对同一物体在不同地点，用不同的测量手段，达到其测量结果一致。为此，就要求以法定的形式建立统一的单位制，建立计量基准、标准，并以这种计量基准、标准检定其他计量器具，保证量值准确可靠。量值准确可靠的测量，包含为达到测量单位统一、测量量值准确可靠的全部活动，如确定计量单位制，研究建立计量基准、标准，进行量值传递、计量监督管理等。

计量涉及工农业生产、国防建设、科学试验。国内外贸易及人民生活、健康、安全等各方面，是国民经济的一项重要技术基础。随着社会经济迅速发展，计量已经从古代的度量衡，逐步发展为长度、温度、力学、电磁学、光学、声学、化学、无线电、时间频率、电离辐射等各种专业，形成了有关测量知识领域的一门独立的学科一计量学。可以说凡是为实现单位统

一，保障量值准确可靠的一切活动，均属于计量的范围。

纵观历史，计量从来都是统一管理国家、维持国家秩序的重要手段。中国古代历朝更替，必重整度量衡。可以说，度量衡的统一是国家统一的重要标志。1985年，《中华人民共和国计量法》公布，标志着中国计量工作从行政管理走向法治管理，并逐渐与国际接轨

如今，计量已经被赋予新的内涵和使命，成为国家核心竞争力的重要标志之一，计量是保障经济正常运转的技术手段。在经济交往中，公平贸易必须经过计量才能实现。计量贯穿于生产经营的各个环节，是工业生产的“眼睛”，工业发达国家把计量检测、原材料和工艺

2丨功能材料计量与质量管理

装备列为现代工业生产的三大支柱。计量是科学技术的基础，没有计量就没有科学。历史上三次技术革命都是以计量测试技术突破为前提。计量精度的每一次提高，都给相关领域的测量、科学仪器的进步以及技术创新以极大的推动力量。同样，未来的技术革命无论是信息技术还是新能源技术或生物技术，都必须依赖于计量测试技术的发展。

因而，在构成国家核心竞争力的三大要素中一经济基础、企业管理、科技创新，均以计量作为基础支撑，都以计量的发展进步作为技术引领。计量的水平直接影响经济发展水平、企业管理水平以及科技创新水平，反映了国家核心竞争力的水平。因此，面对日趋激烈的国际竞争，世界上包括美国、欧盟和日本在内的许多发达国家纷纷加大了对计量科学研究的投入，以切实保证并有效提高本国计量科技的支撑能力，在新一轮全球竞争中占据优势。

1.1计量学的定义

从科学的发展来看，计量曾经是物理学的一部分，后来随着领域和内容的扩展，形成了一门研究测量理论和实践的综合性科学，成为一门独立的学科一计量学。根据计量

技术规范JJF1001一2011《通用计量术语及定义》可知，计量学是“关于测量及其应用的

科学”，计量学涵盖有关测量的理论及其实践的各个方面，而不论测量的不确定度如何，也不论测量是在科学技术的哪个领域中进行。具体地说计量学研究可测的量，计量单位，计量基准、标准的建立、复现、保存及测量仪器，量值传递与溯源，测量不确定度、数据处理、测量理论及其方法，以及计量的监督和管理等。计量学也研究物理常量。计量学作为一门科学，它同国家法律、法规和行政管理紧密结合的程度，在其他学科中是少有的。计量是科学技术和管理的结合体，它包括计量科技和计量管理两个方面，两者相互依存，互相渗透，即计量管理工作具有较强的法制性，而计量科学技术中又涉及较强的技术性，所以，计量科学的研究不仅涉及有关计量科学技术，同时涉及有关法制计量和计量管理内容。

计量学是一门科学，而一门科学的建立必然有其内在的逻辑性和自洽性，其发展必然有其自身的历史和技术规律，其创新必然有其自身切入点。只有认识和把握这些规律，才能更好更快地推动计量科学的演进和创新。人们从不同的角度，对计量学进行过不同的分类。例如：把涉及计量单位的换算、计量器具基本特性、测量数据处理等共性问题的，称为通用计量学；把涉及长度、温度、硬度等特定量具体应用的，称为应用计量学；把涉及自动测量、在线测量、动态测量等测量技术和测量方法的，称为技术计量学；把涉及量的定义和单位的实现、复现等测量理论的，称为理论计量学；把涉及计量工作中法律、法规和法定要求与法制管理的，称为法制计量学；把涉及计量在国民经济中作用和效益评估的，称为经济计量学或效益计量学；等等。21世纪，国际上趋向于把计量学分为科学计量、工程计量和法制计量3类，分别代表计量的基础、应用和政府起主导作用的社会事业3个方面。这时，计量学通常简称为计量。

科学计量是指基础性、探索性、先行性的计量科学研究，通常用最新的科技成果来精确地定义与实现计量单位，并为最新的科技发展提供可靠的测量基础。科学计量本身属于精

第1章计量概念及其发展【3

确科学，通常是国家计量研究机构的主要任务，包括计量单位与单位制的研究、计量基准与标准的研制、物理常量与精密测量技术的研究、量值溯源与量值传递系统的研究、量值比对方法与测量不确定度的研究等。计量学是关于测量的科学，意味着它要求单位的定义建立在最新科技成果的基础上，能以当前最小的不确定度实现或复现，并在过渡到新定义时保持原来的单位尺度或大小不变。同时，还要求所有单位构成一个简明的、可在各国和各学科中通用的单位体系，即构成一个实用的一贯单位制。科学家们经过一百多年的努力，在米制基

础上建立的国际单位制(S),就是一种这样的单位制。在其包含的7个基本单位中，秒的定

义建立在绝原子常量的基础上，实现的不确定度约为1018量级，是全部单位中最好的；米的定义建立在真空光速和秒定义基础上：开尔文的定义建立在水三相点的特定物质常量基础上；摩尔的定义建立在碳原子常量和千克定义基础上：安培的定义建立在真空磁导率和米、千克、秒定义基础上：坎德拉的定义建立在特定单色辐射和米、千克、秒定义基础上；千克的定义则建立在特定宏观物体的脆弱基础上，对其进行修改的要求最为迫切，实现的可能方案尚在探索中。从对单位定义的理论要求看，基本单位最好仅仅定义在基本物理常量基础上，以便保持单位的尺度恒久不变；从对单位在实际测量中的使用要求看，则希望实现或复现的不确定度越小越好。计量学家只能在满足实际使用要求的前提下，去追求理论上的完善。

工程计量也称工业计量，是指各种工程、工业、企业中的实用计量，例如，有关能源或材料的消耗、工艺流程的监控以及产品质量与性能的测试等。工程计量涉及面甚广，随着产品技术含量提高和复杂性的增大，为保证经济贸易全球化所必需的一致性和互换性，它已成为生产过程控制不可缺少的环节。工程计量测试能力，实际上是一个国家工业竞争力的重要组成部分，在以高技术为基础的经济构架中显得尤为重要。随着微电子工业的迅速发展，纳米计量已成为热门话题，它涉及物体及其表面的特征，1nm~1m范围内测量对象的间隔或位移，例如，超大规模集成芯片结构的线宽、台阶、膜厚等。利用纳米技术可以操纵单个原子，从而为制造量子器件或单电子器件以及制造原子密度的数据存储器提供了可能。如果说20世纪三四十年代的核技术是对物质潜在能量的开发，使“单位质量物质”的爆炸能力提升百万倍的话，那么，纳米技术将是对物质潜在信息和结构的开发，将使“单位体积物质”储存和处理信息的能力增加百万倍。这里，计量型原子力显微境和具有扫描隧道及原子力探头的扫描探针显微境，将为评定纳米测量不确定度的影响因素及统一纳米量值的方法提供有力手段。

法制计量是与法定计量机构工作有关的计量，涉及对计量单位、计量器具、测量方法及测量实验室的法定要求。法制计量由政府或授权机构根据法制、技术和行政的需要进行强制管理，其目的是用法规或合同方式来规定并保证与贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测、资源控制、社会管理等有关的测量工作的公正性和可靠性，因为它们涉及公众利益和国家可持续发展战略。法制计量的特征除了政府起主导作用，即由政府或代表政府的机构管理外，还有一个明显的特征：直接传递到公众一端，即直接与最终用户的计量器具及其测量结果有关。它涉及的不仅是有利益冲突而需要保护，以及测量结果需要公共机构予以特别关注或特殊信任的领域，还包括测量结果违背公众利益的领域，即保护与违背两者常常是并存的。例如，随着人们对健康日趋关心，先进的医疗设备发展迅速，愈来愈多的测量方法和

4丨功能材料计量与质量管理

计量器具被应用于医疗和保健，从而形成了“医疗计量”分支，涉及温度、压力、质量、超声、电离辐射、生物力学、脑电流、血液成分等有关参量的测量、分析及监控。忽视医疗计量会造成可怕的医疗事故。例如，用伽马刀放射治疗肿瘤，因聚焦偏差过大会使正常组织被迫接受过高剂量而坏死；用眼球激光治疗仪治疗白内障，因吸收功率误差较大而会灼伤视网膜，造成不可逆转的失明悲剧。现代计量科学技术的成就，保证了所用的法制计量器具被控制在最大允许误差范围之内，不仅减少了商贸、医疗、安全等诸多领域的纠纷，而且维护了消费者利益，促进了社会发展，从而给国民经济带来可观的效益。

由此可见，科学计量既为法制计量提供技术保障，或者说法制计量是以科学计量为其行政执法的技术基础，也为工程计量和新技术发展提供测量基础。正如科学家门捷列夫说过的：“没有测量，就没有科学”。另一方面，科学计量本身又必须用最新的科技成果来发展自己，使之始终保持在先行位置，这就决定了它属于精确科学。正如王大珩院士指出的：“计量学是提高物理量量化精确性的科学，是物理的基础和前沿”。因此，计量事业理所当然地属于国家的基础设施事业之一。

随着科学技术和生产的发展，计量学的内容还会更加丰富。计量学应用的范围十分广泛，人们从不同角度，对计量学进行过不同的划分。我国目前按专业，把计量分为十大类计量，即几何量计量、热学计量、力学计量、电磁学计量、电子学（无线电）计量、时间频率计量、电离辐射计量、声学计量、光学计量、化学计量。

计量学通常采用当代的最新科技成果，计量水平往往反映了科技水平的高低。计量又是科学技术的基础，没有计量就没有科技的发展，计量学的发展将大大推动科学技术的发展。计量科学在人类的发展历史中起着举足轻重的作用，它伴随着物品交换活动的诞生和发展。随着人类的进步和生产的社会分工，社会产品对通用性和互换性要求越来越高，这就促使古代度量衡逐步发展为计量技术，即所有的测量值只有在给出的测量不确定度范围内溯源到计量单位上才可靠。任何测量仪器只有经过计量校准后方能使用，否则测量出的测量值不可靠，不可信。计量科学历经18世纪的力学计量和热力学计量，19世纪的电磁计量和20世纪的量子计量等阶段逐步形成了多学科、多种类的当代计量学，主要具有如下几个特点：

①计量学是一切测量技术的科学基础：

②计量学是建立在最新物理学理论和效应的基础上，利用最现代化的技术手段来研究物理量与化学量及其测试方法的一门崭新的学科；

③计量学的发展，促进了自然科学的进步，生产的现代化；

④计量学是社会安全与安定的技术保证和科学基础。

现代计量科学技术的成就，在大规模制造的高新技术产品中发挥了不可低估的作用。为了保证产品的质量，特别是保证贸易全球化所必须的互换性，高准确度的测量已成为整个生产和工艺过程控制不可缺少的环节。

1.2计量的产生与发展

计量离不开国家行为，它起源于原始社会，是伴随着制造生产工具、分配生活物品、交换剩余物品等社会生产力的发展而产生的。度量衡制度，是计量最早的、比较完整的管理制

第1章计量概念及其发展15

度。整个封建社会，每逢改朝换代常常要重新颁布“度量衡”制度，因此计量是国家管理和国家制度中的一个重要的基础部分。

1.2.1计量的起源

计量起源于古代各国，沿用已久的各不相同的计量单位和有关的制度不可能自发地统

一。即使是一国范围内统一计量制度，也只有借助于政府的力量才可能实现。

中国古代计量的发生，可以追溯到四五千年以前的原始社会末期。黄帝“设五量”，简称为度、量、衡、里、数。“度、量、衡”是我国古代对长度、体积、重量计量的统称。夏王朝，人们开始追求朴素的度量衡标准，大禹治水用“准”定平直，“绳”测长短，“规”画圆，“矩”画方。“矩”还可以用来确定山川之高下、大地之远近。商王朝，开始有计量器制。已出现度量衡器制和计量年月日的历法。商代有传世的一支骨尺、二支牙尺。商代甲骨文中有土地面积单位“田”字；采用干支记日法和“十三月”的记载。这是中国设置闰月的开端，为中国传统历法奠定了基础。在西周时期的青铜器上，就有明确的计量重量单位锊，并出现了计量昼夜时刻的漏刻。春秋战国时期把度量衡看作权力和社会公正的象征。《管子·七法》：“尺寸也，绳墨也，规矩也，衡石也，斗斛也，谓之法”。把颁行度量衡制作为治国方略，用度量衡的准确一致来比喻法律的公正性。

公元前221年，秦始皇统一中国后，颁布诏书统一度量衡。从此开辟了我们国家法治计量工作的新纪元。汉朝度量衡制度汉承秦制，包括度量衡标准的建立、度量衡器具的制造、计量单位制度的建立等。西汉末年，王莽篡权成立了新朝，对前朝的度量衡制度进行了整理、分析、研究甚至改革，并且出书《审度·嘉量·权衡》，被录入《汉书·律历志》，成为我国古代度量衡史上最早、最系统、最有权威的度量衡专著，标志着度量衡技术和管理工作规范化、制度化。

三国、两晋、南北朝时期度量衡单位量值经历着激烈的变化过程。公元589年隋朝建立了统一的多民族国家，至隋文帝，又把经过南北朝而混乱的度量衡再一次统一起来，这是中国第二轮统一的度量衡单位量制，从此以后度量衡制度进入了一个稳步发展的时期。

唐朝对度量衡管理较严，有严格的管理制度，颁发了度量衡标准器，还将度量衡法制管理条文载入法律文书《唐律疏议》之中的做法，是中国历史上将度量衡法令载入国家法律条文的首例。宋朝在度量衡制度上也有巨大的贡献，发明了航海罗盘、秤等。至今，航海罗盘还在影响世界，秤还在影响中国。

元朝基本上沿用了宋朝原有的典章制度。明清各朝都依唐律，把度量衡制列为本朝法典，颁发标准器并定期检定。强调度量衡标准需由政府制定，严禁私自制造计量器具。清朝康熙皇帝亲自累黍定尺并在他主编的《律吕正义》中对度量衡制度做了详细的描述，形成了著名的营造库平制。清末光绪规定以尺、升、两为度量衡的基本单位，进一步确立了中国两千多年来独特的、统一的、科学的度量衡单位体系。

早期的计量相当于法制计量，只是范围较窄，主要限于与贸易和税收有关的测量而已。计量管理工作的主要部分一法制计量，历来是由政府所主导的一项社会事业。约18世纪开始，由于国际贸易和科学技术的发展，欧洲国家之间出现统一计量制度的需求。1867年举行的巴黎博览会上专门成立了“度量衡和货币委员会”，以处理因计量单位不同

6【功能材料计量与质量管理

而产生的问题。1875年5月20日签署了《米制公约》和1955年10月12日签署了《国际法制计量组织公约》，都属于政府间的多边协议，相应成立的两个国际组织也都是政府间的组织。

1.2.2计量的发展

计量的发展具有悠久的历史，大体上可以分为原始、经典和现代三个阶段。

(1)原始阶段：以经验和权力为主，大多利用人、动物或自然物作为计量基准。例如，中国古代的布手知足、掬手为升、十发为程、黄钟律管等：相传在大禹治水时，就用了“准绳”和“规”“矩”等计量器具体：公元前221年，秦始皇统一中国后建立了全国统一的度量衡制度，其中度制和量制的大部分采用了十进制，并实行定期检定计量器具的法制管理。古埃及的尺度是以人的胳膊到指尖的距离为依据的，称为“腕尺”（约46cm)。英国的码(yd)是亨利一世将其手臂向前平伸，从其鼻尖到指尖的距离(1yd=0.9144m):英尺(ft)是查理曼大帝的脚长(1ft=0.3048m);英寸(in)是英王埃德加的手指关节的长度(1in=25.4mm):而英亩则是两牛同轭，一日翻耕土地的面积(1英亩=4.05×10m2)。

(2)经典阶段：一个以宏观现象与人工实物为科学基础的阶段。标志是1875年签订的《米制公约》。包括根据地球子午线1/4长度的一千万分之一建立了铂铱合金制的米原器；根据1m3水在规定温度下的质量建立了铂铱合金制的千克原器：根据地球绕太阳公转周期确定了时间单位秒。它们形成一种基于所谓自然不变的米制，并成为国际单位制的基础。但是这类宏观实物基准随着时间的推移或地点的变动，其量值不可避免的受物理或化学性能缓慢变化的影响而发生漂移，从而影响了复现、保存，并限制了准确度的提高。实际上英

国物理学家、数学家J.C.麦克斯韦在1870年曾指出，长度、质量和时间应当建立在原子波

长、频率和原子质量中，而不是在运动着的星体或物体上。

(3)现代阶段：以量子理论为基础，由宏观实物基准过渡到微观量子基准。国际上已正式确立的量子基准有长度单位米基准、时间单位秒基准、电压单位伏特基准和电阻单位欧姆基准。从经典理论来看，物质世界在做连续、渐进的宏观运动：而在微观量子体系中，事物的发展是不连续的、跳跃的，也是量子化的。由于原子的能级非常稳定，跃迁时辐射信号的周期自然也非常稳定，因此，跃迁所对应的量值是固定不变的。这类微观量子基准，包括1960年用氪-86原子的特定能级跃迁所定义的米、1967年用铯-133原子特定能级跃迁所定义的

秒等，提高了SI基本单位实现的准确性、稳定性和可靠性。但是它们仍与某种原子的特定

量子跃迁过程有关，因而尚不具备普适性。显然，最好的方案莫过于用基本物理常量（普适常量)来定义计量单位。例如，1983年将米定义为光在真空中1/299792458s的时间间隔内所行进的长度，即认为真空中光速作为一个定义值恒为299792458m/s(约为30万km/s):而长度事实上变成了时间（频率）的导出量。这种定义通过不变的光速给出了空间和时间的联系，使得新定义的米只依赖于目前测量不确定度最小(1015量级)的频率，从而具有准确性、稳定性、可靠性和普适性。从计量发展的另一角度看，由于计量是历史发展早期各国单独确定的，并作为民族文化社会制度的一部分而继承和发展的，因而直到19世纪，各国使用的计量单位及其进位制度、计量器具和管理措施等彼此差异甚大。相应地，计量学长期

···试读结束···