摘要：通过近半个世纪电学计量的发展情况的介绍，描述了以量子物理为基础的量子基准，以现代计算技术为基础的计算基准，以等效模拟技术为基础的模拟标准，以数字化技术为基础的数字仪表和采样测量技术及虚拟仪表等重要发展成就，并对电学计量的未来发展趋势作了展望。
　　关键词：电学计量；技术综述
　　电测量是电应用中不可或缺的重要环节。由于许多非电量的测量都是转化为对电信号的测量，因此电测量在测量领域具有重要的基础地位。在国防系统的导弹、卫星、飞机、舰船等武器型号的研制中，电测量承担着基础保障作用，其重要地位不言而喻。半个世纪以来，特别是近二十多年，电学基标准有了飞跃性的进展，其中近代物理学的一些重大突破使电学计量基准实现了由实物基准向自然基准转变，技术指标提高2～3个数量级，具有代表性的是以约瑟夫森效应(诺奖项目)实现的电压自然基准和量子化霍尔效应(诺奖项目)实现的电阻
　　自然基准，使电学计量技术步入了当代科技发展的最前沿。除此以外，以现代计算技术为基础的计算基准使交流阻抗的基准水平有了大幅度的提高；绕组匝比技术使电学量值的传递和扩展水平有了质的飞跃；以数字采集技术为基础的交流电量测量技术，摆脱了传统的热电转换方式，在经济性和实用性上取得很好的效果；等效模拟技术解决了实物标准难以达到的量值，在国防计量中突现作用；虚拟仪表技术是当前型号研制中广泛采用的测量方式，是型号研制生产中使用的重要测试手段。以下从几个有代表性的技术进步回顾电学计量的发展历程。
　　一、量子基准技术
　　国际单位制sI的7个基本单位中与电磁量有关的基本单位是(A)，但在实际工作中长期维持高度稳定的电流标准相当不容易，而电压单位和电阻电位则可以用标准电池与标准电阻作为实物标准量值来保存，便于开展工作。另一方面，有了电压单位和电阻单位，就可用实验的方法导出所有电磁学单位，因此世界各国均把电压单位和电阻单位作为保存和复现电磁单位的实际手段。电压单位和电阻单位是电磁学单位中最重要的两个单位，目前这两个电学单位都实现了量子基准。
　　二、现代计算基准
　　1.计算电容
　　上世纪50年代中期，澳大利亚科学家汤普森和兰帕德两人发明了交叉电容器，这是一种四个柱形电极构成的电容器，其电容量仅与电容器的轴向长度有关，但与形状无关。轴向长度可以采用干涉法准确测得，不确定度在10～一10“量级，使交流阻抗的复现水平提高了一大步，是电学计量发展的一个重要的里程碑。
　　2.可计算交直流差的电阻
　　电阻的频率特性是电学测量的瓶颈，对交流电流、交流功率和高频电路有重要影响。在很多实际应用的情况下，电阻器使用于交流和高频状态，由于电阻器件中的寄生电感、电容、引线中的趋肤效应、邻近效应、周围介质的损耗等一系列因素，交流电路中的电阻元件的阻抗实部不等于直流状态下的电阻量值。又由于寄生电感、寄生电容主要与电阻器的导线形状、位置和周围的电磁环境有关，因此对于几何形状规则的电阻器，其中的电磁场可详细计算，就可计算出寄生电感和寄生电容以及各种附加损耗，从而得到电阻在交流状态与直流状态的差别。中国科学家在此方面取得了突出的成就。
　　三、数字化测量技术
　　1.数字化测量仪器
　　数字测量仪表并非模拟仪表原理的简单改造，也不仅只是指数字显示结果，它是通过对被测量进行采样、量化、变换和编码以实现十进数字显示的测量仪表。电压一数字变换是最基本的模数变换，数字电压表是数字仪表的主体和核心。自1952年第一台数字表问世以来，数字测量技术有了快速发展，现已有短期技术指标达到10。量级、八位半显示的高准确度直流数字电压表在测量领域广泛使用。许多物理量都可通过变换器转换成电压，再由电压量转成数字量，实现数字化测量，目前数字化测量已经扩展到几乎电测量仪器的各个领域及非电量测量的许多领域，是对测量影响最大的仪器类别之一。
　　2.数字采集技术的应用
　　数字采集与计算技术是今当测量领域的一个重要发展方向，在交流电量的测量方面得到很好的应用，其基本原理是用高准确度直流电压测量功能，采用高速采样的方式得到足够密度的直流电压量值，通过运算得到被测交流电压的有效值，该方法比传统的热电转换方式在经济性、便携型、低频特性和耐冲击性等方面有诸多的优点，在超低频测量、交流电压测量、功率电能测量等方面取得很好的使用效果。
　　四、等效模拟技术
　　极值量计量是计量领域的难点，国防系统在科研和装备保障中对高阻、小电流、低阻、大电流、大电感、大电容等极值量测量方面有特殊的需求。但传统的计量标准或测量仪器，在理论上难以实现对这些极值量的校准，如绝缘电阻的极限量值一般是10“Q，而目前测量仪表需要校准10”Q量值；一段导线的阻值为10。2 n一10。Q，但型号工程中需要校准的电阻量值为10。0。目前采用微电流源与高压测量仪组合实现的模拟高阻，可完成lO”n的电阻测量装置的校准，采用电流比较仪与标准电阻的组合实现了10。Q的模拟电阻，采用变压器与标准电容的组合可实现模拟大电容，采用变压器与标准电感的组合可实现模拟大电感。总之，采用模拟等效技术回避了极值量标准器
　　五、虚拟仪表技术
　　虚拟仪表，如VXI、PXI板卡仪器是现代测量仪器发展的突出代表，它突破了传统的仪器形式．充分利用了现代计算机技术发展的成就，在测量方式上有了很大的改进，在测量效率方面有了很大的提高。目前型号研制中已大量使用，并为网络化测量提供了前提保障，具有巨大的发展空间。
　　六、对未来发展的展望
　　未来电学计量乃至国际单位的发展趋势是基于光速c、普朗克常数h、电子电荷e三个基本常数的新单位制，因此电学基准的发展方向是进一步利用物理学的新成就，采用新的测量原理和新方法，不断提高测量准确度。其中采用交流约瑟夫森效应实现交流电压自然基准正在进行尝试，采用交流霍尔电阻效应实现交流电阻自然基准的工作正在论证，采用单电子隧道效应实现电流自然基准在一些发达国家已经进入实验阶段，进而可由量子三角形实现i个量子基准的互证。另一方面，测量的数字化将得到更广泛的应用，以此为基础的自动化、智能化和网络化测量是重要的发展方向。
　　七、结束语
　　总结近代电学计量基标准的突出特点和发展趋势可以归纳为两个方面：一是利用现代物理效应实现了自然基准，大幅度的提高了计量基准复现量值的一致性和准确性；二是用数字技术和计算技术实现了计量标准的数字化和自动化，大幅度提高了测量效率。电学测量水平的提高给武器型号的研制提供了很好的基础保障，电学计量将在国防科技的发展中起到越来越重要的作用。