度量- 维基百科,自由的百科全书
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最早公尺的定義是自地球北極到赤道之通過巴黎的子午線,期間距離的千萬分之一,中間經過數次的更改,而在1983年時,國際度量衡大會重新定公義公尺是光在自由空間中1⁄ ...
度量
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提示:此條目的主題不是計量單位或距離函數。
各種量表
度量(英語:measurement),也叫測量,是指對於一個物體或是事件的某個性質給予一個數字,使其可以和其他物體或是事件的相同性質比較[1][2]。
度量可以是對一物理量(如長度、尺寸或容量等)的估計或測定,也可以是其他較抽象的特質。
度量通常以一標準或度量衡表示。
度量以數字加上單位來表示,如距離即以多少英里或多少公里來表示。
度量是大部份自然科學、技術、經濟學(英語:Measurementineconomics)及其他社會科學中定量研究的基礎。
度量的過程為估計一數量的多寡和相同類型(如長度、時間、重量等)一單位的多寡之間的比例。
度量即為此過程的結果,表示為「數字加上一個單位」,其中實數為估計的比例。
如9公尺,其便包含物體長度和長度單位,即公尺之間的比例。
不像計數和整數個數個物體一般地可精確知道,每一個度量都是個存在些許不確定性的估計。
度量包括了測量尺度(包括量值)、計量單位及測量不確定度。
透過度量可以比較不同的量測,並且減少誤會。
有關度量的科學稱為計量學。
一個標準的捲尺,上面有公制及英制的刻度,和二個1美分硬幣作為比較
目次
1廣義上的測量
2方法論
3標準
4單位及系統
4.1英制系統
4.2公制系統
4.3國際單位制
4.4長度
4.5建築交易
4.6測量師的系統
4.7時間
4.8質量
4.9經濟學
5度量的困難點
6定義及理論
6.1古典的定義
6.2資訊理論的定義
6.3量子力學的定義
7相關條目
8參考資料
廣義上的測量[編輯]
在廣義上,測量是應用及其廣泛一種技術,並不局限於某一領域,也不能明確是從哪個行業發展而來的,因為人類自古就會測量。
測量是人類探知自然界的主要手段之一,包括現代科技社會。
科學家錢學森曾指出:「信息技術包括測量技術、計算機技術和通訊技術。
測量技術是關鍵和基礎。
」在當前世界各學科領域中,研究測量的學科是「計量學」。
對測量的定義非常多,許多學科都從自己的角度給與定義,按照計量學的定義,測量是指:以確定量值為目的的一組操作。
目前這一定義在世界範圍內是一致的。
建築測量、產業測量都只是測量的極小分支,或者說是測量在具體行業里的應用[3]。
測量(measurement)是一種行為,它是針對自然界的現象做量的認識,稱為量化,這種過程我們稱其為量測。
應用量測的結果將可以讓我們對自然界的現象能有更正確的認知。
故量測的目標就是要獲得標準值。
方法論[編輯]
一個性質的量測可以依以下幾項來分類:度量類別、數量、計量單位及不確定性。
度量的類別是度量時對不同種類的數據,依據其尺度水平所劃分的類別。
例如二個性質可以用其比例、差值或是其名目值來比較。
度量類別一般不會直接寫出,但在說明度量程序中多半可以看出。
數量是指該性質對應的數值,一般會用適當的測量儀器來取得。
單位是人為設定的一個量,在實務上,類似一個數學上的比例系數,二個性質,不同單位的量測,可以根據單位的關係,轉換為相同的單位再進行比較。
不確定性表示量測程序中的測量誤差(包括隨機誤差及系統誤差)。
誤差可以用重覆進行相同量測來求得,也要考慮測量儀器的準確性與精密性。
標準[編輯]
如果不考慮少部份的量子常數,度量單位基本上可以任意選定。
因此度量單位是約定俗成的,是由人們設定後,然後一社群有共識後開始使用。
自然界在本質上沒有規定一公尺的長度,也沒有規定以英里為距離單位會比公里來的恰當。
不過在人類的歷史上,為了方便及必要性,會演變出一些度量單位的標準,使一個群體有共同的度量基準。
法律中一開始規範度量單位的目的也是為了防止商業詐騙。
今日的度量單位多半是以科學的基礎上訂定,並且受到政府或國際機構的監督。
在1875年17個國家訂定了《米制公約》,並且依公約設立了國際度量衡大會(CGPM)。
最早公尺的定義是自地球北極到赤道之通過巴黎的子午線,期間距離的千萬分之一,中間經過數次的更改,而在1983年時,國際度量衡大會重新定公義公尺是光在自由空間中1⁄299,792,458秒所行進的距離[4],而在1960年時美國、英國、澳洲及南非也定義了國際碼(internationalyard)為0.9144公尺。
在美國的度量單位管理是由美國商務部以下的國家標準技術研究所(NIST)負責。
在英國則是由英國國家物理實驗室(NPL),澳洲主管單位是國家計量研究院(英語:NationalMeasurementInstitute,Australia)[5],在南非是由科學和工業研究理事會(英語:CouncilforScientificandIndustrialResearch)負責,在印度是由印度國家物理實驗室(英語:NationalPhysicalLaboratoryofIndia)管理,在台灣是由經濟部標準檢驗局以下的國家度量衡標準實驗室管理。
單位及系統[編輯]
英制系統[編輯]
主條目:英制單位
英制單位是一種源自英國的單位制,是從羅馬帝國的度量衡衍生而來,曾在英國、大英帝國及美國等國家使用。
原使用英制的國家中,大部份已轉換為國際單位制,英國、加拿大及愛爾蘭等國已立法將單位改為國際單位制,但日常使用仍常用到英制。
而從英制單位演變而來的美制單位(又稱美式英制單位)仍是美國及一些加勒比地區國家使用的單位系統。
上述不同的系統,之前曾依其長度、質量及時間的單位而統稱為「磅-英尺-秒」系統,不過其中有許多單位是不一樣的。
例如英制的英噸、英擔、加侖就和美式英制的單位有些差異。
英國官方已將一些單位改為國際單位制,不過日常使用仍常使用英制,例如道路的標示仍使用英里、碼及英里每小時等單位,以品脫為計算啤酒及牛奶的單位,以英尺及英寸為身高的單位,以英石及磅為體重的單位。
許多大英國協的國家已改用國際單位制,但在許多商業交易中,土地及室內的面積仍以英畝或平方英尺來計算,而汽油也仍以加侖來計算。
公制系統[編輯]
四個使用公制系統的量測設備
公制系統是一個十進制的單位系統,以公尺及公斤為長度及質量的單位。
不過因著其基本單位的不同,也衍生出許多不同的單位系統。
自1960年起,國際單位製成為國際認可的公制系統。
像電學中的電壓、電流等都是用公制來表示。
公制系統會針對一些物理量訂定基本單位,可由基本單位衍生出其他物理量的單位。
除了時間以外的單位,其倍數及小數均以單位的十的乘冪(英語:Powersof10)來表示。
若同一物理量的不同單位互相轉換,只要乘以(或除以)10或100、1000……等係數,換句話說,只要移動小數點位置即可,因此單位相當的簡單。
例如1.234公尺等於1234公釐,也等於0.001234公里。
類似2/5公尺之類的分數使用相當少見。
公制系統雖有不同的單位系統,但任一系統中,長度或距離都是用公尺、公釐(千分之一公尺)或公里(一千公尺)表示,因此不會有類似英制,同一物體量的不同單位轉換時,其轉換系數較複雜不一致的問題。
國際單位制[編輯]
主條目:國際單位制
國際單位制(簡稱SI制)是從公制系統衍生的單位制,也是世界上最廣為日常生活及科技應用接受的單位系統。
國際單位制在1960年設置,參考了米-千克-秒(MKS)系統,而不是有許多變化形的厘米-克-秒制(CGS)系統。
國際單位制在發展中也導入了許多新的,以往未列在公制系統中的物理量單位。
七個原始的國際單位制如下[6]:
基本量
基本單位
符號
目前的SI制定義
新提議的SI制定義[7]
時間
秒
s
銫-133的超精細分裂
和目前SI制相同
長度
公尺
m
真空中的光速c
和目前SI制相同
質量
千克
kg
國際千克原器(IPK)的質量
普朗克常數h
電流
安培
A
真空磁導率,真空電容率
電子的電荷e
溫度
克耳文
K
水的三相點,絕對零度
波茲曼常數k
物質的量
莫耳
mol
碳12的莫耳質量
阿伏伽德羅常數NA
發光強度
燭光
cd
540THz光源的發光效率
和目前SI制相同
國際單位制的單位可分為基本單位及衍生單位。
基本單位是量測時間、長度、質量、溫度、物質數量、電流及發光強度的單位,衍生單位則是由基本單位組合而成的單位。
例如功率的單位瓦特可以用基本單位定義為m2·kg·s−3。
也可依此定義其他物理量的單位,例如物質密度的單位kg/m3。
長度[編輯]
二公尺的木匠尺
尺是用來量測長度或是繪製直線的工具,在幾何、工程製圖、工程等領域會都用到。
不過也有只能量測長度、無法繪製直線的捲尺。
圖中的是二公尺的摺疊尺,摺疊後的長度只有20公分,可以放進口袋內,而長度五公尺的捲尺可以用在小房間的量測。
建築交易[編輯]
澳洲的建築界在1966年導入了公制,用來量測長度的單位為公尺(m)及毫米(mm)。
為了避免混淆,避免使用厘米(cm)的單位。
例如二公尺又五十公分的長度會記錄成2500毫米或是2.5公尺,而不會用不標準的250公分[8]。
測量師的系統[編輯]
美國的測量師使用埃德蒙·岡特(英語:EdmundGunter)在1620年導入,以十進制為基礎的量測系統。
其基礎單位是66英尺的岡特測鏈(英語:Gunter'schain)(1鏈),可以分為4桿,每桿16.5英尺,也可以分為100令(英語:Link(unit)),每令0.66英尺,令的縮寫是lk。
時間[編輯]
主條目:時間
時間是用來描述物體變化程度的抽象單位,時間的單位有小時、天、週、月、年等,更長的時間單位有世紀、千年等。
時間單位也用來量測二個事件之間所經過的時間。
質量[編輯]
主條目:計重秤
質量是所有物質都有的特性,和其抵抗動量變化的程度有關。
另一方面,重量是指一物體在重力場中所受到的向下引力。
英制的質量單位有盎司、磅及英噸,公制的質量單位則是公斤及公克。
量測質量的設備稱為天平,將物質和已知質量的砝碼比較,以確認其重量。
彈簧秤量測物體受的重力,量測的其實是抵抗重量的力,不是質量。
不過天平和彈簧秤都要在重力場下才有效。
這類設備中最準確的是是由荷重計配合數位數字輸出,不過仍需要在重力場下才有效。
經濟學[編輯]
經濟學中的度量包括實際的度量、名義價格(英語:nominalprice)度量及實際價格(英語:realprice)等。
其差異包括所量測的事物,以及刻意排除影響的事物,例如實際價格就是排除通貨膨脹後的價格。
度量的困難點[編輯]
精確的度量是許多領域的基礎,因為所有的度量都需要近似,需要花許多的心力使度量準確。
例如考慮如何量測物體從一公尺高度落下的時間。
根據物理學可以證明,在地球的重力下,若不考慮空氣阻力,落下的時間約只需要0.45秒。
不過這個數字本身就有一些測量不確定度:
此處用的重力加速度為9.8公尺每二次方秒(32英尺每二次方秒),不過此數值只有二位數的精確度。
地球的重力加速度會隨海拔及其他因素有些微的變化。
0.45秒的計算過程會用到平方根,計算過程也會犧牲一些精確度。
此外,也有可能有其他測量誤差:
粗心。
如何確定物體開始落下及碰到地面的精確時間。
高度及時間的度量本身都會有誤差。
空氣阻力。
科學實驗需要非常的小心,設法避免各種錯誤,並且合理的估計其誤差。
定義及理論[編輯]
古典的定義[編輯]
依古典的定義,度量是確定或估算二個數量之間的比例,這也是物理科學的標準[9]。
數量和度量二者互相定義,量化屬性是指那些至少理論上可能被量測的量。
古典理論有關量的概念可以回推到約翰·沃利斯及艾薩克·牛頓,也早在歐幾里得的《幾何原本》中就有相關的敘述[9]。
資訊理論的定義[編輯]
資訊理論認為所有資料在本質上都是不精確的,[來源請求]只有統計上的意義。
因此度量是定義為「對於數值的一組觀察,可減少結果的不確定性。
」[10]定義中也隱含了科學家實際在量測時的作法:在量測時對一個物理量進行多次的量測,得到其平均值及統計特性等資訊。
實務上,一開始可能會根據猜測的方式得到一個數值,後續再利用許多的儀器及方法,設定減少數值中的不確定性。
這種理論和實證主義的表徵理論不同,實證主義認為所有的量測都是不確定的,因此量測的結果不是一個數值,而是一個數值的範圍,這也代表了有關估計和度量有時沒有清楚的界限。
確認量測誤差的程度也是方法論中的一個基本面向,誤差的來源可分為系統性及非系統性。
量子力學的定義[編輯]
在量子力學中,量測是指一個可確定物體的位置、動量及極性(只針對光子)等的行為。
在量測前,物體的波函數可表示其量測結果為不同值的機率,但量測後波函數塌縮,因此結果只有一個值。
量測問題(英語:measurementproblem)在量子力學中的意義是量子力學的基本未解問題之一。
相關條目[編輯]
艾利點(英語:Airypoints)
單位轉換
檢測極限(英語:Detectionlimit)
微分線性(英語:Differentiallinearity)
因次分析
無量綱量
計量經濟學
度量衡
科技史
儀表裝置(英語:Instrumentation)
積分線性(英語:Differentiallinearity)
最小計數(英語:LeastCount)
純量類別
量子測量
測量儀器
全國標準實驗室協會(英語:NCSLInternational)
數感(英語:Numbersense)
數量級
心理統計學
統計
計量單位
不確定性原理
不確定性
虛擬儀器
網站分析
特殊量測單位的列表(英語:Listofunusualunitsofmeasurement)
有趣量測單位的列表(英語:Listofhumorousunitsofmeasurement)
測試方法(英語:Testmethod)
參考資料[編輯]
^Pedhazur,ElazarJ.;Schmelkin,LioraPedhazur.Measurement,Design,andAnalysis:AnIntegratedApproach1st.Hillsdale,NJ:LawrenceErlbaumAssociates.1991:15–29.ISBN 0-8058-1063-3.
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^JJF1001-1998《通用計量術語及定義》
^17thGeneralConferenceonWeightsandMeasures(1983),Resolution1..[2012-09-19].(原始內容存檔於2013-06-23).
^aboutNationalMeasurementInstitute.[2017-01-04].(原始內容存檔於2021-03-22).
^InternationalBureauofWeightsandMeasures,TheInternationalSystemofUnits(SI)(PDF)8th:147,2006,ISBN 92-822-2213-6(英語)
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^Naughtin,Pat.Whatismetrication(PDF).PatNaugthin:4,5.2007[2013-06-13].
^9.09.1Michell,J.(1999).Measurementinpsychology:acriticalhistoryofamethodologicalconcept.NewYork:CambridgeUniversityPress.
^DouglasHubbard:"HowtoMeasureAnything",Wiley(2007),p.21
閱論編度量衡制度公制
國際單位制·
米-千克-秒制·
厘米-克-秒制·
米-噸-秒制·
重力米制
自然單位制
幾何化單位制·
普朗克單位制·
史東納單位制·
洛倫茲-亥維賽單位制·
原子單位制·
量子色動力學單位制
常規單位
天文學單位·
電學常規單位(英語:Conventionalelectricalunit)·
國際實用溫標
日常單位
中國傳統·
常衡·
藥劑師(英語:Apothecaries'system)·
英制·
緬甸·
市制、營造尺庫平制·
康沃爾(英語:OldCornishunitsofmeasurement)·
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最早公尺的定義是自地球北極到赤道之通過巴黎的子午線,期間距離的千萬分之一,中間經過數次的更改,而在1983年時,國際度量衡大會重新定公義公尺是光在自由空間中1⁄ ...