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计量学 关于测量的科学

测量结果的可比性

计量学这个术语源自古希腊单词 μετρεῖν (metreín – 测量) ,代表着测量的科学。它涉及测量的许多方面,无论是在理论还是实践中:

  • 物理大小和性质的量化
  • 测量单位的定义和实现
  • 测量仪器的校准
  • 测定测量不确定性

计量学的目标是确保测量结果的可靠性和可比性。这仅在它们的要求通用于各个领域时才可能实现,从科学到技术再到现代生活。计量学应用于工业、商业、医疗保健和环保领域,当然还包括光度测量技术。

每种测量方法都伴随着其特定的测量不确定性

在计量学中的重要的发现是,每次测量都伴随着一定的测量不确定性,这是无法避免的。因此,每次测量所提供的数值仅仅是被测量值的一个估算,而测量不确定性则反映了测量结果的可靠性程度。在计量学中,一个完整的测量结果除了包括数字读数和单位外,还会包含测量不确定性的数值。这个不确定性的大小取决于所采用的测量方法。

光强是国际公认的度量单位

为了确保测量值的可比性,必须使用国际公认且明确定义的度量单位进行测量。为此,1875年各界签署了国际公制公约,创立了国际通用的度量单位体系,即国际单位制 (SI制度-Système International d’Unités)。自2019年修订以来,SI制度包括基于七个自然常数的九个SI单位,比如光速c。这确保了所选的SI单位定义独立于具体实现方式。光度测量的测量值都与光强(坎德拉,cd)有关,其定义是通过光度辐射等效值Kcd来保证与坎德拉的历史定义相一致。

物理量

国际单位

符号

自然常数

长度

m

c

质量

千克

kg

h

Time时间

s

Δ ν

电流

安培

A

e

温度

开尔文

K

k

物质数量

摩尔

mol

NA

光强度

坎德拉

cd

Kcd

国际标准的可追溯性

国家计量机构的职责包括实现和维护国际单位制(SI单位)。在德国,这个机构是德国国家计量研究所(PTB)。它不仅代表这些单位,还努力将它们传播给用户,以保证尽可能小的测量不确定性。为此,PTB设立了适用于整个德国计量领域的国家标准。通过与其他国家的计量研究机构(如NIST)进行持续比较,确保这些单位在全球范围内保持一致。最终用户可以通过“校准标准” (延申阅读关于"校准"的信息)。只要测量结果与国家研究所的SI单位的主要实现之间有明确的联系,就可以称之为具有计量可追溯性的结果。

此图表展示了在国际单位制(SI制度)框架内,光度测量中测量值的计量可追溯性。

国际统一的可追溯性实施

复杂的组织网络、合同和标准确保了国际上对国际单位制度进行的可追溯性实施(图:左侧)。例如在校准和测试实验室中,会采用标准(例如ISO/IEC 17025)对测量过程进行严格要求,以确保在可追溯性范围内的可靠性。

获得认证的服务提供商,如Instrument Systems,在德国是由DAkkS进行定期的能力测试,并将测试结果记录在校准或测试证书中。