史氏测量计量学说(1)——序言...

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                      史氏测量计量学说(1)  
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                                                                                                           史锦顺                  
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       测量是人类的一项基本实践活动。生产领域，时时运作；交易场合，无处不在。测量是科学研究的眼睛，是工程控制的前提。
       计量为测量提供测量单位，是测量的基础；计量又是测量的监督，通过量值传递来实现全社会量值的准确一致。
       测量讲究准确，准确是测量的精髓；计量以标准的准确保证测量仪器的准确，准确是计量的命脉。
       准确程度用误差来衡量。误差理论是测量计量学的核心。
       测量的历史，几乎与人类的文明史同步。中国古代，秦始皇统一度量衡，计量已属国政。近代世界，科学技术大发展，测量与计量技术随之发展起来。科学史表明，精确的测量是许多重大理论建立的先导。如今，各门学科都有与其发展水平大体相应的测量技术。
       经典测量计量学是近代科学的基础学科之一。真值概念是经典测量计量学的核心。测得值与真值的差距，是误差，误差范围称准确度。准确度是测量计量水平的标志。
       近几十年来，经典测量计量学遭到非难。由美国人提出、由BIPM(国际计量组织)等八个国际学术组织推行的“不确定度论”，否定作为测量计量学基础的真值、误差、准确度等基本概念，这就从根本上否定了测量计量学。这是一番历史性的曲解，一场世界性的冤案。不确定度论轻率地否定人类长期积累的关于测量计量的基本知识，偏离了科学发展的正常轨道。而不确定度论自身概念含糊、逻辑混乱、公式错误、表达混沌，它必将被废弃。
       测量计量学要发展、完善，才能抵御风波。
       随着现代科学技术的发展，出现大量快变量的测量。既要揭露不确定度论的伪科学本质，又必须突破经典测量理论的局限。时代催生新的测量计量学说。
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       本书引入统计测量的新概念；提出测量计量领域的几项区分方法，并得到相应的新概念。
       1 区分“单元”和“域”。指出误差元是“单元”，误差范围是“域”。误差元构成误差范围。完整的误差概念必须包括误差元与误差范围两个部分。不确定度论说误差非正即负，这是只承认有误差元而否定误差范围的存在与功能，是对误差理论的曲解。误差概念有“单元”有“域”，是完全的整体；不确定度没有构成单元，没有确定的含义。不确定度本身就不确定。一个概念没有明确的内涵与外延，是不符合逻辑规律的，不可能是科学的概念。
       2 区分常量测量与变量测量，引入两类测量的新概念。
       经典测量理论的对象是常量测量。现代出现大量变量测量。本书在测量计量理论中引入变量的概念，把快变化量的测量称“统计测量”；而把常量测量与慢变化量的测量称为“基础测量”。研究表明，计量是统计测量。由于两类测量概念的提出，指明“除以根号N”，剔除异常数据这两项操作只适于基础测量。不确定度的定义中包含有“除以根号N”的操作，在大量的统计测量中，在计量中，这样做是错误的。随机变量的分散性的表征量是单值的σ，不能除以根号N.
       3 区分量值，得到测量方程。
       测量学的基本任务是研究测得值的规律。测量学研究怎样取得测得值（测量方法）；分析并表征测得值与实际值的接近程度（误差分析）；探讨如何使测得值最大限度地接近实际值（精度设计）。测量方程是误差分析的基础。本书给出的区分测得值的具体方法是在参量的符号上加一个脚标。办法简单，但作用却大：区别了主客观，揭示了经典测量学是研究认识与客观的关系这一本质。别看一个小小的标志，竟可以澄清往日许多混淆。简单而实效。在区分测得值的基础上，建立测量方程，于是理顺了误差分析的程序。有了测得值函数，使误差分析有了明晰的物理意义，使测量学立足于严格的逻辑基础之上。本书之前，误差分析的惯例是拿过一个物理公式，直接取微分。这样做，是在求几个物理量的变化量之间的关系，而没有求测得值与实际值的关系，是不切题的，常常弄错正反比关系。说区分测得值的办法简单，也确实简单；但毕竟是测量计量学发展的一步。笔者为此竟苦苦求索三十年。
       4 区分误差范围与误差范围实验值，得到误差方程。
       误差方程的提出，解决了人们对误差理论的一个疑虑。这个疑虑就是在真值未知的条件下，误差怎么求的问题。
       《测量不确定度》一书的序言写道：“对于测量结果的准确性，过去长期用测量值相对于被测量值的误差来表示，但是由于被测量的真值是一个未知数，因此使过去的表示法产生了定量的困难”。
       这段话，基本思想来自GUM（测量不确定度导则），是不确定度论否定误差理论的杀手锏。也是不确定度论问世的借口。但这是毫无道理的，是个测量佯谬。
       第一，人类社会是个有分工的整体。任何测量仪器，在设计制造时已经有了其误差范围指标；测量仪器又必须进行计量，认定其合格才能应用。因此，人们在使用测量仪器进行测量时，在得到测得值的同时，就已经知道了测得值的误差范围。根本就没必要去进行测得值减真值的操作。所谓“真值未知，误差不能求”的指摘，是个测量佯谬，是个伪命题。
       第二，在定标与计量测量仪器时，用的是计量标准，这里用标准的标称值代换了标准的真值。此代换所差生的误差，是逐级存在的。以往用微小误差可略来解释，是正确的，但缺少严格的论证；现在有了误差方程，实现了误差范围实验值（利用标准得出）到误差范围值（或称真误差范围，以真值定义）的计算。在真值未知的条件下可以用误差范围实验值求得真误差范围。如此，彻底破解了测量佯谬。
       5 论述标准方差、阿仑方差的推导思路，详细说明阿仑方差的来龙去脉，指出：阿仑方差强调采样时间，这一点是重要的，但阿仑方差有错。错在自己否定自己的前提。阿仑方差提出的背景是存在发散困难；而在发散的条件下是得不出贝塞尔公式的。阿仑方差错引错用贝塞尔公式，以至使其物理意义费解。阿仑方差是当今时频界盛行的理论，但它毕竟有错。本书提出简单而又物理意义明确的自差统计概念。
       6 明确测量计量的实际操作程序，简化计量测量结果的表达，促进测量计量的规范与统一。
       前六章是测量计量的基础理论方面的新思路；后四章，是具体的专业理论，包括如何在特定的专业研究中，贯彻基础理论的基本方法，也包括对专业测量计量原理的探究。
       7 在时频计量研究中，应用建立测量方程的方法，建立新的计时方程。
       认识到计时的本质是计相，重新表达计时的物理公式，进而按区分测得值方法表达计值公式，方便地给出计时学界追求多年的计时方程。建立关于时频关系的三定理，使得时频界最常用的公式，例如比相测频公式、时差公式以及频率漂移率计算公式，极简明而又顺理成章地得出。
       8 在测距领域，提出相位测距的折合理论。
       提出折合测尺的概念，揭示关于折合测尺的几个理论关系；找到定位数m和它的计算方法；得到整周数的计算公式；从而形成了一套精确测量距离的理论。测距误差可小到亚毫米量级，这无疑有重要实用价值。给出相位测距的统一解。其特点是巧解模糊，一个公式算出距离量，而现有理论则需用许多判别公式。
       9 在测速领域中，应用测量方程的方法，给出多普勒测速误差的新公式。
       10 探讨微波阻抗计量的基本概念，基于连续条件的分析，建立了波导特性阻抗的新概念。
       本书的特点是它的实践性与哲理性。明确的概念、简化的理论，易懂易用；创新的意识、区分的方法，有哲理、讲逻辑。本书的意义是以科学研究中的理论创新与学术争论中的明辨是非，表明一个真理：辩证唯物论是打开科学宝库大门的钥匙。
       找到新方法，得出新概念，古老的测量计量学，新生了。-

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