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科学 / metre-convention

米制公约

米制公约是1875年签订的条约,确立了计量标准领域的长期国际合作及管理国际单位制的机构。

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《米制公约》是十七个国家的代表于1875年5月20日在巴黎签署的国际条约。公约设立了国际计量局(BIPM),并建立了各国政府在计量学(即测量的科学)领域开展合作的长期机制。这一机制最初主要关注长度和质量标准,后来成为国际单位制(SI)的制度基础。公约于1921年修订,扩大了国际计量局的职责范围。(bipm.org)

宗旨与最初安排

公约的核心宗旨是为国际计量标准提供共同的制度基础。公约最初的条款规定,国际计量局负责比对和检定各国的米原器与千克原器,保存国际原器,并开展相关的科学测量。各缔约国政府承诺共同承担国际计量局的运行费用。(bipm.org)

国际原器为各国计量标准的比对提供了共同参照。在1889年举行的第一届国际计量大会上,国际米原器和国际千克原器获得正式批准。两者均由含10%铱的铂铱合金制成。米原器体现冰融化温度下的长度单位,千克原器则体现质量单位。各国原器在与国际标准比对后,也获得了批准。(bipm.org)

这些安排将有关单位的共识与实验工作联系起来:制造计量标准、测定其特性、比对各国的复制品,以及规定比对有效所需的条件。1889年的宣言明确记录了各国原器与国际原器之间实测所得的差异,而非将所有复制品视为在物理上完全相同。(bipm.org)

机构体系

公约建立了一个由政府决策、科学监督和常设实验室工作构成的分层体系。

国际计量大会

国际计量大会(CGPM,缩写源自法语 Conférence générale des poids et mesures)由各缔约国政府的代表组成。大会审议发展计量体系的措施,批准基础性计量测定成果,并选举国际计量委员会的委员。根据公约所附的规章,表决以国家为单位,每个缔约国享有一票。(bipm.org)

国际计量委员会

国际计量委员会(CIPM,缩写源自法语 Comité international des poids et mesures)在国际计量大会授权下指导和监督国际计量局。委员会由十八名不同国籍的委员组成,其工作包括拟订建议和决议草案、协调参与国共同开展的科学活动,以及报告国际计量局的行政和财务状况。各专业咨询委员会为其科学工作提供支持。(bipm.org)

国际计量局

国际计量局是公约设立的常设科学机构。这些机构的区别在于职能:国际计量大会提供政府层面的授权,国际计量委员会负责持续监督和科学协调,国际计量局则承担所赋予的日常工作。公约第三条确立了这一关系。(bipm.org)

修订与范围扩展

1921年10月6日,一项修订公约在塞夫勒签署。它修订了原条约及其所附规章的若干条款,扩大了国际计量局的工作范围和职责,使其不再局限于最初重点关注的长度和质量。(bipm.org)

由此形成的计量体系逐步涵盖了更多科学领域。国际计量局的历史记述列出了几次扩展:1927年扩展至电学计量标准,1937年扩展至光度学,1960年扩展至电离辐射,1988年扩展至时间尺度。因此,条约的名称反映的是其起源,而非此后在其框架下开展的全部活动。(bipm.org)

与国际单位制的关系

公约与国际单位制并非同一概念。公约是确立合作机构与机制的条约;国际单位制则是通过这些机构建立和维护的单位体系。国际单位制于1960年由第十一届国际计量大会正式确立,而非由1875年的原始条约直接建立。(bipm.org)

这一框架使单位定义能够随着测量方法的改进而调整。1960年,米的定义不再以国际米原器为基准,而改为氪-86辐射的某一指定数目的波长。1983年,米被重新定义为光在真空中于规定时间间隔内传播的距离。后一项定义将长度与光速和秒联系起来,而不再依赖某个独一无二的实物。(bipm.org)

一项范围更广的修订于2019年5月20日生效。国际单位制改为通过七个定义常数的固定数值来定义,其中包括普朗克常数、元电荷、玻尔兹曼常数和阿伏伽德罗常数。此次修订保留了人们熟悉的单位,但改变了其定义基础。其中,千克不再以国际千克原器作为定义基准。(bipm.org)

参与与互认

正式成员资格以国家加入公约为基础。1999年设立了另一类别,即国际计量大会附属成员国和经济体,以便将非正式成员的参与方纳入国际计量体系。附属成员以无表决权的观察员身份参加国际计量大会,并可参与认可各国计量能力的相关安排。设立这一类别的决议明确指出,较小国家可能难以承担成为正式成员所需的费用。(bipm.org)

同样于1999年推出的国际计量委员会互认安排(CIPM MRA),为证明各国计量标准以及参与安排的国家计量院所出具的校准与测量证书在国际上的等效性提供了技术框架。经该安排认可的校准和测量能力公布于国际计量局的关键比对数据库中。这一安排支持计量溯源性,并促进用于科学、制造业和国际贸易的计量服务之间的可比性。(tsapps.nist.gov)

适用范围与局限

仅仅在国际上就单位定义达成一致,并不能保证各实验室得到完全相同的测量结果。等效性必须通过实验加以证明,并须考虑测量方法、参考值和测量不确定度。在国际计量委员会互认安排下,可比性关注的是各项计量标准与参考值之间、以及彼此之间的一致程度,并不意味着所有报告中的数值结果都相等。(tsapps.nist.gov)

加入公约也应与国内推行米制区分开来。美国是1875年的最初签署国之一,但其采纳和使用米制单位的过程,有着由本国立法和各行业实践构成的另一段历史。因此,是否加入国际计量体系,并不能衡量米制单位在日常使用中取代其他单位的程度。(nist.gov)

参考来源

  1. Founding documents and explanatory texts: The Metre Conventionbipm.org
  2. Metre Convention and Annexed Regulationsbipm.org
  3. Declaration of the 1st CGPM (1889): Sanction of the international prototypes of the metre and the kilogrambipm.org
  4. International Committee for Weights and Measures (CIPM)bipm.org
  5. The BIPM and the Convention du Mètrebipm.org
  6. Decisions of the CGPM and the CIPM: Establishment of the SIbipm.org
  7. Historical perspective: Unit of length, metrebipm.org
  8. The International System of Units (SI)bipm.org
  9. Resolution 3 of the 21st CGPM (1999): Associates of the Conférence Générale des Poids et Mesuresbipm.org
  10. CIPM Mutual Recognition Arrangement (CIPM MRA)bipm.org
  11. Application of the CIPM MRA to radionuclide metrologytsapps.nist.gov
  12. Busting Myths about the Metric Systemnist.gov