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中国古代的计量检测技术和仪器设备的发展

发布时间:2015-08-04 10:23:58    点击次数:次   

国是世界文明古国,早在两千多年前,勤劳智慧的中国人民就掌握了计量测量技术,并与其他众多发明一同奠定了中华民族古老文明的基础。

历代的计量标准器都依据科学原理精心制作。秦孝公十八年(公元前344年),商鞅监制颁发的铜方升,刻铭以当时的应用数学分数定义十六有五分之一立方 寸的体积为一升的容量。如今实测容积比原设计数大1%。西汉末年,新朝始建国元年(公元9年)制作一批标准器,其中新莽铜嘉量,巧妙地把尺度、容量、重量 三个单位量组合在同一个器物上,器型为龠、合、升、斗、斛五个量,制作中既要形成五个容量单位量的结构,又要满足斛深一尺、斛重二钧的规格。器壁正面有 81字总铭,每个量器上各有分铭、标明尺寸和容积。制造工艺相当复杂,当时采用的圆周率为3.1547。历代数学家、律历学家都以它为标准考校秦汉度量衡 单位的量值。此器历尽沧桑,如今完整无恙地保存在台湾故宫博物院。

 

测量发展



一些高水平的计量测量器具也应需要被发明创造出来。春秋(公元前770~前221年)末期,楚国已使用小型权衡器——天平砝码称量黄金货币,按杠杆原 理制作精巧,较小的砝码只有0.2克,当时称量的金饰件可以精确到四分之一铢,相当于16毫克。新朝制作的新莽铜卡尺,可以测量工件的圆径和孔的深度,这 项重大的发明适应当时手工业成批生产提高测量工效的需要。据考证,我国在公元一世纪的东汉时期已有了杆秤,这是对世界计量技术的重大贡献。三国时魏武帝曹 操(155~220年)的儿子曹冲称象的故事,说明当时已能利用浮力原理解决大秤量的技术问题。唐代制作一批精美的象牙尺,采用浮雕和拨镂工艺,牙尺既是 测量工具又是艺术珍品,朝廷用来赏赐功臣和赠送外国使者,日本遣唐使带回的彩色唐牙尺,至今珍藏在日本古都奈良正仓院,这是中日两国交流度量衡技术和友好 往来的历史见证。北宋初年,发现太府旧权衡器失准,影响朝廷收入,并出现使用权衡器作弊而引起诸多诉讼纠纷。内藏库官员刘承王圭(950~1013年)奉 命重新考定了标准砝码,创制了两种小型精密戥秤,规定了防止舞弊正确使用大型权衡器的操作方法。给内外府和四方大都颁发了新的权衡标准器。经过彻底整改, 不仅使权衡计量纳入公正公平轨道,而且加快推进了唐代以来将衡重的“两、铢、累、黍”非十进制,改为“两、钱、分、厘、毫”十进制的进程。

把长度、容量、重量三个物理量建立起自然物标准,在我国秦汉时期已积累了这方面的知识并实验应用。西汉末年,律历学家刘歆(?~23年)用积累和黄钟 律管互相参校,定出长度、容量、重量的单位标准量。这种利用音频原理和黍的容重特性,使度量衡三个量之间建立起参数关系,在一定条件下是合理的。又如史书 记:“黄金方寸,而重一斤”,“水一升,冬重十三两”这些参数关系都是科学的。古时检定度量衡器具十分强调时令,都选择春分秋分时节进行,因为这时“昼夜 均而寒暑平”气温适中,昼夜温差小,校正度量衡器具不会受温度变化的影响。古人还认识到“悬羽与炭而知燥湿之气”,“煤故炭轻,湿故炭重”测量湿度的知 识。在掌握度量衡技术方面,对自然规律有深入的了解。千百年来,祖先们接连不断地进行计量测试实践活动,积累了丰富的认识自然、改造自然的知识和经验,留下了弥足珍贵的度量衡文物,在中国灿烂的古代科学文明中,谱写下光辉的一页。

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