计量测试在工业革命中的地位和作用录音系统
时间：2022/07/13 18:06:17 编辑：
工业革命又称产业革命，每一次工业革命都对产业的发展、社会的进步、人类的文明起着重要的促进作用,并且每一次工业革命的时期都在缩短,速度在加快,能量也在不断加大。2013年4月,德国在汉诺威工业博览会上正式推出工业4.0的概念,即第四次工业革命 (德国称第一次工业革命为工业1.0,第二次工业革命为工业2.0,第三次工业革命为工业3.0)。李克强总理访问德国时,也强调要加强中德“工业 4.0”合作。那么,什么是工业4.0,或者说第四次工业革命到底是什么样子?对计量测试发展带来什么样的机遇和挑战?
第一次工业革命诞生于18世纪晚期,以珍妮纺纱机的发明为标志,机械代替人工。之后,瓦特发明蒸汽机,并应用于火车等动力系统,大大推动了人类社会机械化进程。第二次工业革命以电力的广泛应用和内燃机的发明为标志,工业生产更为集中,出现了大企业的批量生产、流水线生产。1926年汽车、乘用车的流水线生产,大大改变了人们的生活。第三次工业革命以原子能、电子计算机和空间技术的广泛应用为主要标志,科学技术在原子能、电子计算机、微电子技术、航天技术、分子生物学和遗传工程等领域取得重大突破,开辟了信息时代,也带来了一种新型知识经济,全面促进了人类文明的进步与发展。
从以上三次工业革命不难看出,科学技术是推动工业革命的重要动力。计量测试技术既是基础科学,在前三次工业革命中发挥了重要的作用。
(一)计量的统一和力学的发展为第一次工业革命打下了基础。
16世纪末17世纪初,文艺复兴运动的扩展促进了人的思想解放,也对科学研究产生了重要影响;哥白尼提出“太阳中心说”,不但动摇了上帝创世说,也启迪了伽利略对亚里士多德力学的质疑和实验思想的萌生。伽利略基于观察、实验以及实验与数学相结合的科学研究,发现了自由落体定律。牛顿在伽利略研究的基础上发现了万有引力定律和物体运动三定律,这三者共同形成了经典力学体系。经典力学的建立,也促进了光学、电磁学等学科与力学的统一。而蒸汽机、科尔尼锅炉的发明以及将蒸汽机应用于火车,都是基于对力学、温度的研究和测试基础之上的。到目前为止还保留着热力学的说法。珍妮纺纱机的发明推到了机械化进程,而机械化程度的提高,需要分工协作,特别是不同企业之间的协作,而此时英国度量衡的高度统一,为工厂之间的分工协作打下了良好的基础。
(二)电的发明和应用成为第二次工业革命的主要驱动力。
从公元前 624年希腊哲学家达尔斯(Thales),发现摩擦琥珀会吸引细线,磁石吸引铁块这一电现象,到1732年美国富兰克林主张电为一流体学说,再到19世纪初电磁感应现象的发现、电报的发明等,人类经历了漫长的对电的研究和应用过程。对电的测量与研究,以及对电的特性的发现,都集中在十八世纪初到到十九世纪未这100多年的时间内,这一段时间成为电气应用最快的年代,期间的重大成果包括:摩擦起电、电磁感应、右手螺旋法则等等。为纪念这些科学家对电及其特性的发现以及对电测量所做出的卓越贡献,国际计量届以部分科学家的名字来定义电学的有关计量单位。如:以法国科学家库仑的名字做为电量的计量单位;以意大利科学家伏特的名字做为电压的计量单位;以法国科学家安培的名字做为电流的计量单位;以英国科学家焦耳的名字做为电能的计量单位。
能够被测量的东西才能被感知。对电的计量测试不仅对电性能的发现起着重要作用,同时对推动了对电的应用。电的发明使得人类工业社会进入到了一个崭新的时代“电气时代”,促进了冶金技术、化工技术的发明,促进了以重工业为基础的工业的发展,如钢铁工业、冶金工业、化学工业等等。可以说,电计量的发展为第二次工业革命提供了强大的推动力。
(三)计量领域的扩展以及计量精度的不断提高为第三次工业革命提供了强有力的技术支撑。
第三次科技革命是涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信息控制技术革命。这是一场全方位、多领域的技术革命。在这次革命中,电的应用和测量仍是主角,但长度、激光、温度、电磁等都在各个领域发挥了重要作用,并且量值的测量向着极大、极小,极重、极轻,极高、极低等两极发展。
如在长度计量测试领域,随着对计量测试技术的改造和研究,纳米测量应运而生并快速发展。线纹计量从一维测试向二维测试转变,促进了集成电路中高精度电路板的校准和溯源仪器的精度不断提高。真空激光干涉技术的应用将测长精度提高到至20nm/m。膜厚计量快速发展,并广泛应用于半导体、微电子、通讯、电镀、核物理研究等行业。面角度、小角度、线角度计量应运而生,广泛应用于机制制造、建筑工种等领域。再如,对于时间的计量,精度已达1600万年不差一秒,并被广泛应用于航空航天、北斗导航、计量机时钟等各行各业。电磁测试向弱磁方向发展,为航空航天等发挥了重要作用。在煤化工领域的气化炉炉膛内高温高压的准确测量和生产过程的严格控制,成为确保煤气化炉安全、经济运行的关键技术和手段,也为进一步助力国家先进能源产业发展奠定了基础。