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测量与测试（120326）
精选
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测量与测试（120326）
闵应骅
早在2009年，本人在学问社区网上发布了博文“微电子计量和测试（090611），不知何故，现在读不出来了。 那时，我还没有到科学网来。最近几件事使我觉得，不仅应该谈微电子计量和测试，而应该从更广泛的角度谈谈测量和测试。
科学规律需要数量的表示，所有概念都需要定量，而定量就离不开测量。而测试一般是回答”YES“或”NO“的问题。譬如产品测试就是要检测产品合格不合格，能不能出厂。当然，记得一位名人指出：测试可以告诉你产品有故障，或者是没有某些故障，却不能告诉你没有故障。而回答故障在哪里的问题则属于故障诊断。
1.测量和测试是一个科学问题
对于一个概念，必须有科学的定义才能测量；对于一个产品，必须有科学的规格(Specification)描述才能测试。最近，大家都在热议地沟油的问题。大家都讨厌用地沟油做菜吃。但是，地沟油没有精确的定义。所以，据说好几家测试单位，对于拿来的地沟油和正品油，无法分辨。因为你不能说地沟里挎出来的油就是地沟油。一个恶作剧者把一瓶正品油倒到地沟里，你说那是正品油，还是地沟油？所以，对于测量和测试对象必须有科学的定义。其次是可测性。一个集合是不是可测、一个概念是不是可测、一个电路是不是可测，都是需要研究的。我们可以找到不可测集合，不可测概念，也有不可测电路，等等。而在测量和测试科学里面的科学问题就更多了。譬如，测量结果必然有误差，误差的理论也就成为测量理论的一部分。
2.测量和测试是高精尖技术
测量和测试离不开仪器仪表，而仪器仪表是真正的高精尖技术。试想一下，譬如要测量100M正弦波信号的幅度、频率、失真度，没有1G的信号发生器怎么可能做到。所以，仪器仪表的精度至少要比被测对象高一个数量级才行。这不就是高精尖技术吗？近年来，仪器仪表都要用计算机，软件又成为其有机组成部分。所以，测量测试技术是所有近代设备的关键工程任务和基础专业技术。在航空、航天、交通、通讯，尤其是在国防和防灾减灾方面，有时生命攸关，有时差之毫厘，失之千里。就说雷达定位，其精确度最终就决定于测量的精度。1998年中国发生大水灾，死亡4150人，直接经济损失2551亿元人民币。当时的中央领导希望随时知道大水涨到什么地方了，要求测量精确到1米。这个遥测的计量精度要求就很高。卫星定位系统（GPS）的定位精度可以说是一个国家国防实力的体现。这还不是高精尖技术吗？
3.测量和测试技术必须有标准
你在这家医院测得体温是37度，而另一家医院测出来是38度，那行吗？肯定不行。而这些标准可能不但需要全国通用，可能还要国际通用。最近，空气环境监测得到公众重视。所谓PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。2012年2月，国务院同意发布新修订的《环境空气质量标准》增加了PM2.5监测指标。过去我们用可吸入颗粒物又称为PM10，即直径大于2.5微米、等于或小于10微米，可以进入人的呼吸系统的颗粒物。
这事受到公众关注还得从美国驻华大使馆说起。美国驻华大使馆每小时发布一次PM2.5的监测数据，数据显示，2011年12月4日下午19时，美国驻华使馆监测到北京的PM2.5浓度为522。而后北京许多其他地点测出来的都是几十。世界卫生组织(WHO)认为，PM2.5小于10是安全值，而中国的这些地区全部高于50接近80。测出来的数据为什么差别如此之大？这就与测试仪器、测试方法有关。给个大致的印象吧：在小车内，车内未抽烟时PM2.5浓度为26微克/立方米，低于车外的33微克/立方米。关上车门，实验者刚呼第一口烟，车内的测试仪器浓度值立刻升到740微克/立方米。10秒钟后，数值升到1003微克/立方米，这个数值持续停留两分钟。经过五分钟后测量，抽一支烟车内PM2.5平均浓度为680微克/立方米。
那么，标准是多少呢？美国PM2.5日均浓度上限为35微克/立方米，年均浓度上限为15微克/立方米。我国《标准》中PM2.5年和24小时平均浓度限值分别定为0.035毫克/立方米和0.075毫克/立方米。这里牵涉到平均值应该怎么算。今天最高气温17摄氏度，最低气温4摄氏度，于是，广播电台说今日平均气温是(17+4)/2=10.5。其实，这是不对的，它可以说是一个中值，但不是平均值。只有当函数是线性的，中值才等于平均值。试看下面的图，当函数更多时间接近最大值时，其平均值显然要大于中值，而大部分时间接近最小值时，其平均值显然要小于中值。这类问题，我相信在经济领域更多，以致造成误导。严格来说，平均值应该应该是函数的积分除以区间长度，如果要考虑地域甚至高山，还应该计算二重或三重积分。
科学发展观就应该讲究科学。测量和测试无论在理论上、技术上、标准方面都有大量高峰等待攀登，而与我们的生活紧密相关。
https://wap.sciencenet.cn/blog-290937-551902.html
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闵应骅
早在2009年，本人在学问社区网上发布了博文“微电子计量和测试（090611），不知何故，现在读不出来了。 那时，我还没有到科学网来。最近几件事使我觉得，不仅应该谈微电子计量和测试，而应该从更广泛的角度谈谈测量和测试。
科学规律需要数量的表示，所有概念都需要定量，而定量就离不开测量。而测试一般是回答”YES“或”NO“的问题。譬如产品测试就是要检测产品合格不合格，能不能出厂。当然，记得一位名人指出：测试可以告诉你产品有故障，或者是没有某些故障，却不能告诉你没有故障。而回答故障在哪里的问题则属于故障诊断。
1.测量和测试是一个科学问题
对于一个概念，必须有科学的定义才能测量；对于一个产品，必须有科学的规格(Specification)描述才能测试。最近，大家都在热议地沟油的问题。大家都讨厌用地沟油做菜吃。但是，地沟油没有精确的定义。所以，据说好几家测试单位，对于拿来的地沟油和正品油，无法分辨。因为你不能说地沟里挎出来的油就是地沟油。一个恶作剧者把一瓶正品油倒到地沟里，你说那是正品油，还是地沟油？所以，对于测量和测试对象必须有科学的定义。其次是可测性。一个集合是不是可测、一个概念是不是可测、一个电路是不是可测，都是需要研究的。我们可以找到不可测集合，不可测概念，也有不可测电路，等等。而在测量和测试科学里面的科学问题就更多了。譬如，测量结果必然有误差，误差的理论也就成为测量理论的一部分。
2.测量和测试是高精尖技术
测量和测试离不开仪器仪表，而仪器仪表是真正的高精尖技术。试想一下，譬如要测量100M正弦波信号的幅度、频率、失真度，没有1G的信号发生器怎么可能做到。所以，仪器仪表的精度至少要比被测对象高一个数量级才行。这不就是高精尖技术吗？近年来，仪器仪表都要用计算机，软件又成为其有机组成部分。所以，测量测试技术是所有近代设备的关键工程任务和基础专业技术。在航空、航天、交通、通讯，尤其是在国防和防灾减灾方面，有时生命攸关，有时差之毫厘，失之千里。就说雷达定位，其精确度最终就决定于测量的精度。1998年中国发生大水灾，死亡4150人，直接经济损失2551亿元人民币。当时的中央领导希望随时知道大水涨到什么地方了，要求测量精确到1米。这个遥测的计量精度要求就很高。卫星定位系统（GPS）的定位精度可以说是一个国家国防实力的体现。这还不是高精尖技术吗？
3.测量和测试技术必须有标准
你在这家医院测得体温是37度，而另一家医院测出来是38度，那行吗？肯定不行。而这些标准可能不但需要全国通用，可能还要国际通用。最近，空气环境监测得到公众重视。所谓PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。2012年2月，国务院同意发布新修订的《环境空气质量标准》增加了PM2.5监测指标。过去我们用可吸入颗粒物又称为PM10，即直径大于2.5微米、等于或小于10微米，可以进入人的呼吸系统的颗粒物。
这事受到公众关注还得从美国驻华大使馆说起。美国驻华大使馆每小时发布一次PM2.5的监测数据，数据显示，2011年12月4日下午19时，美国驻华使馆监测到北京的PM2.5浓度为522。而后北京许多其他地点测出来的都是几十。世界卫生组织(WHO)认为，PM2.5小于10是安全值，而中国的这些地区全部高于50接近80。测出来的数据为什么差别如此之大？这就与测试仪器、测试方法有关。给个大致的印象吧：在小车内，车内未抽烟时PM2.5浓度为26微克/立方米，低于车外的33微克/立方米。关上车门，实验者刚呼第一口烟，车内的测试仪器浓度值立刻升到740微克/立方米。10秒钟后，数值升到1003微克/立方米，这个数值持续停留两分钟。经过五分钟后测量，抽一支烟车内PM2.5平均浓度为680微克/立方米。
那么，标准是多少呢？美国PM2.5日均浓度上限为35微克/立方米，年均浓度上限为15微克/立方米。我国《标准》中PM2.5年和24小时平均浓度限值分别定为0.035毫克/立方米和0.075毫克/立方米。这里牵涉到平均值应该怎么算。今天最高气温17摄氏度，最低气温4摄氏度，于是，广播电台说今日平均气温是(17+4)/2=10.5。其实，这是不对的，它可以说是一个中值，但不是平均值。只有当函数是线性的，中值才等于平均值。试看下面的图，当函数更多时间接近最大值时，其平均值显然要大于中值，而大部分时间接近最小值时，其平均值显然要小于中值。这类问题，我相信在经济领域更多，以致造成误导。严格来说，平均值应该应该是函数的积分除以区间长度，如果要考虑地域甚至高山，还应该计算二重或三重积分。
科学发展观就应该讲究科学。测量和测试无论在理论上、技术上、标准方面都有大量高峰等待攀登，而与我们的生活紧密相关。
中值与平均值
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