〈工業技術資訊月刊〉精準計量 為產業升級添柴加薪

※來源:工研院
圖片:工業技術資訊月刊
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度量衡制度正在掀起一場無聲革命,國際度量衡大會決議,自 2019 年 5 月 20 日起,國際單位制 7 個基本單位中的質量、電流、物質量及溫度將不再以實物或自然現象作為計量標準,而是改以更精準的基礎常數來定義。

因應國際單位制飛躍性的變革,工研院自 2017 年便開始積極更新設備與實驗測試計量方式,在今年 5 月 20 日世界計量日,也與國際同步更新度量衡制度,為產業的未來做好準備。
因應國際單位制飛躍性的變革,工研院自 2017 年便開始積極更新設備與實驗測試計量方式,在今年 5 月 20 日世界計量日,也與國際同步更新度量衡制度,為產業的未來做好準備。

古人是如何計算長度呢?在古代,世界各國度量衡並未統一,1 吋可以是英國人第一節大姆指的長度,也可以是 3 粒麥子連結起來的總長,而 1 碼則是英國國王亨利一世的鼻尖到左手伸直的指尖。 

如此充滿不確定性的計量方式,嚴重影響世界貿易的進行,以及工業技術的發展。直到 1875 年 5 月 20 日,法國為首等 16 個國家率先簽署「米制公約」,確立計量制度及監督體系,並陸續定義包括質量、電流、物質量、長度、時間、燭光、溫度 7 個國際單位制(Système International d'Unités;SI)的計量方式。 

最初 SI 的計量方式,多以實體人造物或自然現象計量比較,易因外界變因而產生不準確的現象,在陸續改為基礎常數定義後,例如:以光速來定義長度,僅剩質量、電流、物質量及溫度尚未改制。 

國際單位 從實物改制為基礎常數

1889 年,世界上唯一一座以鉑銥合金製作的國際公斤原器(International Prototype of the Kilogram;IPK)誕生後,國際定義其重量為 1 公斤,並保存於法國巴黎國際度量衡局,凡是簽署米制公約的國家,都要定期將複製於公斤原器的複製品送回巴黎校正,以確保世界上所有的「1 公斤」都是一樣的。 

但即便經過層層嚴密的控管,隨著時間流逝,IPK 的重量仍有些微變化,因此國際度量衡大會決議以更加精確穩定的普朗克常數(Planck Constant)重新定義公斤,以保障全球貿易的公平基準。 

與 IPK 定義公斤所面臨的問題相同,溫度、電流、物質量也在追求計量的精準與穩定考量下,由國際度量衡大會重新訂出物理常數計算值,於 2018 年底表決通過,2019 年 5 月 20 日起實施新定義:質量單位「公斤(kg)」、溫度單位「克耳文(k)」、電流單位「安培(A)」與物質量單位「莫耳(mol)」的定義,分別改為更穩定的普朗克常數、波茲曼常數、基本電荷與亞佛加厥常數。 

與世界同步 更新測量設備與技術

台灣在 2002 年起加入國際度量衡委員會,並與 105 個國家及組織簽定「國家量測標準與校正╱測試報告相互認可協議」(CIPM-MRA)。為使國內產業接軌全球貿易體系,滿足台灣民生、安全、貿易的需求,經濟部標準檢驗局及工研院建置「國家度量衡標準實驗室」,由工研院建立符合國際單位制的計量標準,提供我國各式量測儀器的校正與認證。也因這個相互認可協議,國家度量衡標準實驗室所出具的校正報告才能獲得其他國家的承認,國內廠商製造的產品可外銷至全世界。 

因應國際單位制飛躍性的變革,在經濟部標準檢驗局支持下,工研院自 2017 年便開始積極更新設備與投入研發。也因為台灣具有足夠的量測能力,工研院成為世界各國首批取得高純度矽晶球的國家,透過計算矽原子數量的方式實現以普朗克常數定義公斤。在物質量、溫度、電流方面,工研院也更新儀器設備與技術,如購置聲學氣體溫度計、絕對輻射溫度計,並更新相關計量標準。 

5 月 20 日當天,經濟部標準檢驗局舉辦「2019 年世界計量日-國際計量發展趨勢論壇」,工研院董事長李世光在會中指出,SI 單位改制對精準計量的影響層面相當廣泛,包括半導體、能源、航空、醫療等精密產業,都與計量息息相關,尤其高科技產業不乏因計量誤差導致的錯誤。如哈勃太空望遠鏡因鏡片 2.2 微米(約頭髮厚度五十分之一)的誤差,致數 10 億元的儀器幾乎報銷。新 SI 上路,切不可忽視高科技的潛在影響與創新應用的挑戰。 

經濟部標準檢驗局局長連錦漳表示,歷經 2 年籌畫與組裝測試,工研院得以在今年與國際同步實施新的 SI,「是值得慶祝的歷史一刻!」隨著 SI 單位計量定義的更新,未來不論是 5+2 產業創新計畫、物聯網及大數據等嶄新科技的發展,皆有更準確與穩定的計量標準作為強力後盾,為台灣產業的轉型升級添柴加薪。

 

工研院成為世界首批具有資格取得「高純度矽晶球」購置權的國家單位,透過計算矽原子數量的方式計算普朗克常數,以新定義計量公斤。
工研院成為世界首批具有資格取得「高純度矽晶球」購置權的國家單位,透過計算矽原子數量的方式計算普朗克常數,以新定義計量公斤。

轉載自《工業技術與資訊》月刊第 330 期 2019 年 06 月號,未經授權不得轉載。


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《工業技術與資訊》月刊,現為工研院發行之全院性對外出版品,刊物發行於1991年,目前每期發行數量約為6,000份;對象含括全國具研發單位的中小企業、立法委員、政府官員、媒體等。

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