测量工具的发展史

测量发展史的小故事~

我国是世界文明古国，由于生活和生产的需要，测量工作开始得很早。春秋战国时编制了四分历，一年为365.25日，与罗马人采用的儒略历相同，但比其早四、五百年。南北朝时祖冲之所测的朔望月为29．530588日，与现今采用的数值只差0．3秒。宋代杨忠辅编制的《统天历》，一年为365．2425日，与现代值相比，只有26秒误差。之所以能取得这样准确数据，在于公元前四世纪就已创制了浑天仪，用它来测定天体的坐标入宿度和去极度(相当于现代赤道坐标系统的赤经差和90。——赤纬)。汉代张衡改进了浑天仪，并著有《浑天仪图注》。元代郭守敬改进浑天仪为简仪。用于天文观测的仪器还有圭、表和复矩。用以计时的仪器有漏壶和日晷等。在地图测绘方面，由于行军作战的需要，历代帝皇都很重视。目前见于记载最早的古地图是西周初年的洛邑城址附近的地形图。周代地图使用很普遍，管理地图的官员分工很细。现在能见到的最早的古地图是长沙马王堆三号墓出土的公元前168年陪葬的占长沙国地图和驻军团，图上有山脉、河流、居民地、道路和军事要素。西晋时裴秀编制了《禹贡地域图》和《方丈图》，并创立了地图编制理论——《制图六体》。此后历代都编制过多种地图，其中比较著名的有：南北朝时谢庄创制的《木方丈图》；唐代贾耽编制的《关中陇右及山南九州等固》及《海内华夷图》；北宋时的《淳化天下固》；南宋时石刻的《华夷图》和《禹迹图》(现保存在西安碑林)；元代朱思本绘制的《舆地图》；明代罗洪先绘制的《广舆图》(相当于现代分幅绘制的地图集)；明代郑和下西洋绘制的《郑和航海图》；清代康熙年间绘制的《皇舆全览图》；1934年，上海申报馆出版的《中华民国新地图》等。我国历代能绘制出较高水平的地图，是与测量技术的发展有关连的。我国古代测量长度的工具有丈杆、测绳(常见的有地笆、云笆、和均高)、步车和记里鼓车；测量高程的仪器工具有矩和水平(水准仪)；测量方向的仪器有望筒和指南针(战国时期利用天然磁石制成指南工具——司南，宋代出现人工磁铁制成的指南针)。测量技术的发展与数理知识紧密关连。公元前问世的《周髀算经》和《九章算术》都有利用相似三角形进行测量的记载。三国时魏人刘微所著的《海岛算经》，介绍利用丈杆进行两次、三次甚至四次测量(称重差术)，求解山高、河宽的实例，大大促进了测量技术的发展。我国古代的测绘成就，除编制历法和测绘地图外，还有：唐代在僧一行的主持下，实量了从河南白马，经过浚仪、扶沟到上蔡的距离和北极高度，得出于午线一度的弧长为132．31KM，为人类正确认识地球作出了贡献。北宋时沈括在《梦溪笔谈》中记载了磁偏角的发现。元代郭守敬在测绘黄河流域地形图时，“以海面较京师至汀梁地形高下之差”，是历史上最早使用“海拔”观念的人。清代为统一尺度，规定二百里合地球上经线1。的弧长，即每尺合经线上百分之一秒，一尺等于0．317M。
中华人民共和国成立后，我国测绘事业有了很大的发展。建立和统一了全国坐标系统和高程系统；建立了遍及全国的大地控制网、国家水准网、基本重力网和卫星多普勒网；完成了国家大地网和水准网的整体平差；完成了国家基本图的测绘工作；完成了珠穆朗玛峰和南极长城站的地理位置和高程的测量；配合国民经济建设进行了大量的测绘工作，例如进行了南京长江大桥、宝山钢铁厂、北京正负电子对撞机等工程的精确放样和设备安装测量。出版发行了地图1600多种，发行量超过11亿册。在测绘仪器制造方面，从无到有，现在不仅能生产系列的光学测量仪器，还研制成功各种测程的光电测距仪、卫星激光测距仪和解析测图仪等先进仪器。测绘人才培养方面，已培养出各类测绘技术人员数万名，大大提高了我国测绘科技水平。特别是近年来，我国测绘科技发展更快，例如GPS全球定位系统已得到广泛应用，全国GPS大地网即将完成；地理信息系统方面，我国第一套实用电于地图系统(全称为国务院国情地理信息系统)已在国务院常务会议室建成并投入使用；这说明我国目前的测绘科技水平，虽与国际先进水平相比，还有一定的差距，但只要发愤图强，励精图治，是能迅速赶上和超过国际测绘科技水平的。百度地图

古代西安城的“晨钟暮鼓”，解放前上海外滩的“落球报时”，这些古老的授时方式，因自身的局限性已成为久远的历史。随着科学技术的发展，进入20世纪后，人们开始通过无线电波向外传送标准时间信号。为了使发射的时间信号便于覆盖全国，国家授时中心授时部选择了位于我国版图几何中心位置的陕西省蒲城县境内，成为我国惟一的授时机构。目前授时部通过专用长波、短波、低频时码三个无线电授时台连续不停地发播我国的标准时间、标准频率信号。国家各个部门、各领域的广大用户只要通过接收机或其他定时终端，就可接收到国家授时中心授时部发出的标准时间。

随着人类对太空的探索不断取得进展，卫星授时系统也在发展。国家授时中心对于卫星授时技术的研究和仿真也取得了长足进展，相信不久的将来，我国自主的卫星授时系统也会进入国家授时体系。同时，网络授时、电话授时等方便、廉价的授时方式也已经对公众开通服务。

时间长河中 人生只有一秒

纵览中国计时发展的过程，就是一部社会科技进步的历史。从4000多年前尧帝时期的“土圭测景”开始，计时器具历经了日晷、漏刻、香篆钟、沙漏、机械水钟、机械钟、天文钟、石英钟、分子钟、原子钟……人类计时的精度已经达到3000万年不差一秒。现在，还在为更高的精度孜孜追求……

有人总结人的一生只有一秒。如果我们将已有45亿年历史的地球年龄设定为365天，那么，人的一生只有0.8秒。
日晷

是我国古代利用日影测得时刻的又一种计时仪器。通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”， 石制的圆盘叫做“晷面”。使用时，观察日影投在盘上的位置，就能分辨出不同的时间。日晷的计时精度能准确到刻（15分钟）。

漏壶（漏刻）

即用一个在壶底或靠近底部凿有小孔的盛水工具，利用孔口流水使铜壶的水位变化来计算时间。 我国发明的铜壶滴漏比外国制作的滴水计时器要早的多，应用也普遍，成为历代计时的重要工具。


圭表

是一种既简单又重要的测天仪器，它由垂直的表（一般高八尺）和水平的圭组成。它利用了立竿见影的道理来测量日影长度。主要功能是测定冬至日所在，并进而确定回归年长度。此外，通过观测表影的变化可确定方向和节气。


火计时

烛光计时

最早在机械制造中使用的是一些机械式测量工具，例如角尺、卡钳等。16世纪，在火炮制造中已开始使用光滑量规。1772年和1805年，英国的J.瓦特和H.莫兹利等先后制造出利用螺纹副原理测长的瓦特千分尺和校准用测长机。19世纪中叶以后，先后出现了类似于现代机械式外径千分尺和游标卡尺的测量工具。19世纪末期，出现了成套量块。继机械测量工具出现的是一批光学测量工具。19世纪末，出现立式测长仪，20世纪初，出现测长机。到20年代，已经在机械制造中应用投影仪、工具显微镜、光学测微仪等进行测量。1928年出现气动量仪，它是一种适合在大批量生产中使用的测量工具。电学测量工具是30年代出现的。最初出现的是利用电感式长度传感器制成的界限量规和轮廓仪。50年代后期出现了以数字显示测量结果的坐标测量机。60年代中期，在机械制造中已应用带有电子计算机辅助测量的坐标测量机。至70年代初，又出现计算机数字控制的齿轮量仪，至此，测量工具进入应用电子计算机的阶段。
温度测量工具
1．气体温度计：多用氢气或氦气作测温物质，因为氢气和氦气的液化温度很低，接近于绝对零度，故它的测温范围很广。这种温度计精确度很高，多用于精密测量。
2．电阻温度计：分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计，都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的；半导体温度计主要用碳、锗等。电阻温度计使用方便可靠，已广泛应用。它的测量范围为-260℃至600℃左右。

由于生活和生产的需要，测量工作开始得很早。春秋战国时编制了四分历，一年为365.25日，与罗马人采用的儒略历相同，但比其早四、五百年。南北朝时祖冲之所测的朔望月为29．530588日，与现今采用的数值只差0．3秒。宋代杨忠辅编制的《统天历》，一年为365．2425日，与现代值相比，只有26秒误差。之所以能取得这样准确数据，在于公元前四世纪就已创制了浑天仪，用它来测定天体的坐标入宿度和去极度(相当于现代赤道坐标系统的赤经差和90。——赤纬)。汉代张衡改进了浑天仪，并著有《浑天仪图注》。元代郭守敬改进浑天仪为简仪。用于天文观测的仪器还有圭、表和复矩。用以计时的仪器有漏壶和日晷等。在地图测绘方面，由于行军作战的需要，历代帝皇都很重视。目前见于记载最早的古地图是西周初年的洛邑城址附近的地形图。周代地图使用很普遍，管理地图的官员分工很细。现在能见到的最早的古地图是长沙马王堆三号墓出土的公元前168年陪葬的占长沙国地图和驻军团，图上有山脉、河流、居民地、道路和军事要素。西晋时裴秀编制了《禹贡地域图》和《方丈图》，并创立了地图编制理论——《制图六体》。此后历代都编制过多种地图，其中比较著名的有：南北朝时谢庄创制的《木方丈图》；唐代贾耽编制的《关中陇右及山南九州等固》及《海内华夷图》；北宋时的《淳化天下固》；南宋时石刻的《华夷图》和《禹迹图》(现保存在西安碑林)；元代朱思本绘制的《舆地图》；明代罗洪先绘制的《广舆图》(相当于现代分幅绘制的地图集)；明代郑和下西洋绘制的《郑和航海图》；清代康熙年间绘制的《皇舆全览图》；1934年，上海申报馆出版的《中华民国新地图》等。我国历代能绘制出较高水平的地图，是与测量技术的发展有关连的。我国古代测量长度的工具有丈杆、测绳(常见的有地笆、云笆、和均高)、步车和记里鼓车；测量高程的仪器工具有矩和水平(水准仪)；测量方向的仪器有望筒和指南针(战国时期利用天然磁石制成指南工具——司南，宋代出现人工磁铁制成的指南针)。测量技术的发展与数理知识紧密关连。公元前问世的《周髀算经》和《九章算术》都有利用相似三角形进行测量的记载。三国时魏人刘微所著的《海岛算经》，介绍利用丈杆进行两次、三次甚至四次测量(称重差术)，求解山高、河宽的实例，大大促进了测量技术的发展。我国古代的测绘成就，除编制历法和测绘地图外，还有：唐代在僧一行的主持下，实量了从河南白马，经过浚仪、扶沟到上蔡的距离和北极高度，得出于午线一度的弧长为132．31KM，为人类正确认识地球作出了贡献。北宋时沈括在《梦溪笔谈》中记载了磁偏角的发现。元代郭守敬在测绘黄河流域地形图时，“以海面较京师至汀梁地形高下之差”，是历史上最早使用“海拔”观念的人。清代为统一尺度，规定二百里合地球上经线1。的弧长，即每尺合经线上百分之一秒，一尺等于0．317M

长度测量工具发展

工具简介

将被测长度与已知长度比较，从而得出测量结果的工具，简称测量工具。长度测量工具包括量规、量具和量仪。习惯上常把不能指示量值的测量工具称为量规；把能指示量值，拿在手中使用的测量工具称为量具；把能指示量值的座式和上置式等测量工具称为量仪。

智 能 之 前

工具简史

最早在机械制造中使用的是一些机械式测量工具，例如角尺、卡钳等。

角尺 卡钳

16世纪，在火炮制造中已开始使用光滑量规。1772年和1805年，英国的J.瓦特和H.莫兹利等先后制造出利用螺纹副原理测长的瓦特千分尺和校准用测长机。

瓦特千分尺 新型测长机

19世纪中叶以后，先后出现了类似于现代机械式外径千分尺和游标卡尺的测量工具。19世纪末期，出现了成套量块。

112块成套量块

继机械测量工具出现的是一批光学测量工具。19世纪末，出现立式测长仪，20世纪初，出现测长机。

新式测长仪 测长机

到20年代，已经在机械制造中应用投影仪、工具显微镜、光学测微仪等进行测量。1928年出现气动量仪，它是一种适合在大批量生产中使用的测量工具。

浮标式气动量仪

电学测量工具是30年代出现的。最初出现的是利用电感式长度感应器制成的界限量规和轮廓仪。

界限量规 轮廓仪

50年代后期出现了以数字显示测量结果的坐标测量机。60年代中期，在机械制造中已应用带有电子计算机辅助测量的坐标测量机。


三坐标测量机

至70年代初，又出现计算机数字控制的齿轮量仪，至此，测量工具进入应用电子计算机的阶。

计算机数字控制的齿轮量仪



工具分类

测量工具通常按用途分为通用测量工具、专类测量工具和专用测量工具3类。 测量工具还可按工作原理分为机械、光学、气动、电动和光电等类型。这种分类方法是由测量工具的发展历史形成的。但一些现代测量工具已经发展成为同时采用精密机械、光、电等原理并与电子计算机技术相结合的测量工具，因此，这种分类方法仅适用于工作原理单一的测量工具。

首先，我们见到的最古老的测量仪器是最早发明的一部分经纬仪，水准仪。其实关于测绘的发展可以说是历史悠久，甚至是可以开始说最初的尺规也是属于测绘学仪器的，直到17世纪，伟大的意大利科学家伽利略发明了望远镜，测绘学的发展开始迈入一个全新的领域，各种根据望远镜发明的光学测绘仪器开始问世，这里我们看到了最初的水准仪，经过初步的观察我们开始分析水准仪的工作原理，在分析水准仪的工作原理之初，我们首先要先分析水准仪的工作目的，一切的仪器都是从自己的所需要的工作目的出发进行设计的，仪器的结构也必须要符合他所要达到的实验目的。

我们通过对水准仪的观察和了解我们知道了水准仪的工作目的是测量地面两点之间高差的仪器。这里我们观察到了最初发明的水准仪，是17世纪制作的。可以说是望远镜带了变革中诞生的伟大的仪器。最初的水准仪是望远镜与水准器的结合。通过对两点之间的高程的观测从而能够确定两点之间的高差。因为望远镜的光路是一条直线，所以通过望远镜能够达到与观测点之间形成一条直线，这样能够方便的进行观测。由此我们分析最初的水准仪的工作原理应该是这样的：借助于微倾螺旋获得水平视线的一种常用水准仪。作业时先用圆水准器略整平，每次读数前再借助微倾螺旋，使符合水准器在竖直面内俯仰，直到符合水准气泡精确居中，使视线水平。微倾的精密水准仪同普通水准仪比较，前者管水准器的分划值小、灵敏度高，望远镜的放大倍率大，明亮度强，仪器结构坚固，特别是望远镜与管水准器之间的联接牢固,装有光学测微器，并配有精密水准标尺，以提高读数精度。由此我们可以发现最初的水准仪器是不是很精确的，而影响水准仪器观测的主要仪器的整平，可以说仪器的整平直接影响到了水准仪的观测。我们可以知道望远镜的观测主要是因为光线的直线传播，可是如果没有将水准仪整平，也就是水准仪的望远镜部位就是倾斜的，内么所观测的到的高程也必定是有误差的。所以我们后来发明了自动整平的水准仪。这个从一定的条件上解决了水准仪的精度问题。这个就是水准仪的一场变革，在制出内调焦望远镜和符合水准器的基础上生产出微倾水准仪大体出现在20世纪初，可以说这个是一项将水准仪的精度提升的巨大举措，直到进入50年代之时，出现了自动安平水准仪1。后来随着激光技术的发明与完善，测绘学在60年代将激光技术引入测绘仪器的制作之中，由此测绘仪器也有光学仪器成功进入了激光仪器的时代，对光学仪器的一系

由于生产工艺的发展，青铜在古代中国人的生活中也变得越来越重要。从大约公元前1200年开始，钟的生产蓬勃发展，尤其是在中国南部，不断满足军事音乐的发送和信号的稳定需求。计量工具的形状是标准化的，而工匠们一直在努力提高它们的音质。

在周代，一种真正的中国文化出现了：语言发展到了很高的水平，铸铁的使用非常普遍，孔子，老子和孟子等伟大的思想家传授了丰富的知识。政策和实施开始标准化，包括特殊的音乐表演和和谐音乐系统的构想。大约在公元前800年，钟开始进入宫廷宗教音乐，并成为一种越来越重要的演奏音乐的乐器。官员，神灵，祭祀等宗教日历经常挂在仪式上，以显示王朝的权威，仪式音乐逐渐使用精致而昂贵的一个或一组铜铃作为主要乐器。宫廷音乐家开始研究常见的3、4或6个时钟，充分展现了音乐的可能性。在大约公元前400年通过第12条定律后，由于通过数学算法可以轻松确定12个音符，并且一组经过调音的音调可以向下属和宾客表明声音是完美的，因此音调的重要性得到了进一步提高。

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