2025年11月11日，在湖南衡阳举行的第二届计量仪器装备展上，中国计量行业的最新“利器”悄然亮相。在中国计量科学研究院的展台，铯原子喷泉钟是第一件展品。依据科学定义，一秒=铯原子振动 9,192,631,770 次，而这台原子钟通过精准测量铯原子的振幅，实现了“一亿年误差不超过1秒”。

这不仅是一台仪器，更是国家实力的象征。2014年，这款原子钟曾为中国争取到“时间话语权”。

中国拥有了第一台为国际时频界作出贡献的基准钟，成为全球第七个参与驾驭国际原子时的国家。2024年推出的新一代NIM6铯原子喷泉钟，更是将中国时间的精度送入世界第一梯队。

除了难得一见的“大国重器”，也有人乘势向公众补上一堂“计量课”。一众高精尖的仪器之间，重庆前卫表业的展台摆着一台透明燃气表，这是一件科普道具。

这源于2024年4月的一场舆论风波。当时，重庆燃气因市民质疑多计费问题成为焦点，这让燃气表主要供应商前卫表业发现：大家对计量了解得太少了。

他们做了一款全透明的燃气计量表，用来直观展示燃气计费的原理，“燃气表计费是完全无法人工干预的，一旦干预气表就会破坏”。

回忆起当时身处舆论漩涡时的感受，前卫表业副总梁睿说：“我们当时信心满满，不会有任何问题。”最终结论是，人工抄表过程中出现了纰漏，而不是计量设备本身。

作为曾率先引进德国计量技术、一度领跑国内的燃气表公司，前卫表业在风波后组织了多轮科普。梁睿感慨，许多人之所以会对水、电、燃气表产生质疑，或许是忽视了一个行业常识：

“本质上，我们都是‘卖秤的’。秤，只有越准，才卖得越好。”

展馆里最热闹的，当数川渝展馆。一走近，就能闻到空气里氤氲的酒香。四川泸州的白酒产业国家计量测试中心展台上，泸州老窖、国窖 1573、郎酒整齐排开，酒杯前还贴心地摆着两盘花生米。

“欢迎品尝。”国家白酒产业测量中心的研究员一边给观众斟酒，一边讲解测试中心在酿酒工艺里又研发了哪些新的计量技术，这样特别的体验吸引大量观众驻足。

国家产业计量测试中心堪称本次展会的主力军。它是国家市场监督管理总局批准设立的、服务某个特定产业的国家级机构，负责该产业的测量方法研发、标准制定，是这个产业计量的“国家队”。从2013 年开始启动建设以来，全国总共批准筹建了69家测试中心，其中有44 家参加了这次展会。

中国计量研究院的展台里都是国之重器，而展台中心均是一些填补历史空白的新式计量仪器。

中国计量研究院的展台里都是国之重器，而展台中心均是一些填补历史空白的新式计量仪器。

"卡脖子”带来的机遇

在中国计量科学研究院——中国计量行业的“国家队”展台，陈列的几乎都是“大国重器”。门口摆放着一块唱片大小的晶圆片，号称世界上最精确的温度计，“这一片的价格能到一百多万元。”讲解员说。

这台“有线RTD测温晶圆”专用于测量晶圆本身的温度，其误差可以精确到小数点后第三位。

在芯片生产过程中，晶圆会因温度变化而“热胀冷缩”，一旦温度控制出现丝毫误差，便会导致光刻位置错位，直接影响芯片性能。

现场讲解员解释道：“这款晶圆上集成了大量的温度测量点，使其能精密构建出材料在特定温度下的热膨胀系数模型。”

温度控制的优劣，直接关系到芯片生产的良品率。“例如，一批次本可达80%的良品率，若温控不佳，可能骤降至60%甚至50%。” 更重要的是，该技术此前长期被美国垄断，而这是国内首台完全自主研发的高精度有线RTD测温晶圆。

中国计量科学研究院的展台中心，集中展示了一系列攻克“卡脖子”难题的尖端设备。其中，一台外形酷似“大号打印机”的超声波显微镜，同样应用于芯片生产。

“这款设备已经售出了十几台。”中国计量科学研究院研究员钱飞明介绍，团队目前“烦恼”的是，产能已满足不了旺盛的市场需求。

这台设备被业内称为“工业B超”。其原理与医用B超一脉相承，都是依靠超声波“看见”肉眼不可及的微观世界，只不过它的“诊疗”对象，是芯片内部的微小结构。

空洞、气泡、裂纹、杂质等，这些微小缺陷都可能致命地影响芯片性能。“人体B超是看器官，这台设备就是看芯片的‘健康’。”钱飞明解释。

它的核心技术难度在于探头。医用B超的频率通常在千赫兹（kHz）级别，而这台工业B超则需达到百兆赫（MHz）级别，是数个量级的飞跃。

“机械波不像光波，频率越高越难做。100兆赫的压电片，厚度可能仅有十几到二十微米。”钱飞明指出，这种高频探头过去几乎完全被日、德、美企业垄断。

垄断的成因很现实：市场需求过小。国内一年能出货百万个低频探头（30MHz以内），但高频探头（100MHz以上）的市场年出货量仅有“十几个到二十个”。

“为这十几二十个的量，谁愿意投入研发？以前大家就直接买国外的。”钱飞明坦言。然而，当国外近几年停售此类高频探头时，局势逆转了。

钱飞明说，外部的封锁“倒逼”团队必须自主研发。“半导体行业已达瓶颈，要提升性能就必须改进工艺，而改进工艺的前提，就是精确检测。测量是工业的眼睛和神经。你看不见，就做不出来”，下一步他们的目标就是改进工艺，提高超声波显微镜的产能。

走进展会现场，类似超声波显微镜这样“首台套”随处可见，所谓“首台套”指的是国家第一台或者第一套测量仪器，往往意味着填补了计量领域的某个历史空白。

“首台天然气能量计量色谱仪”“首台基因测序仪”，中国鲜有行业像计量这样，在今天仍存在如此多可以填补的空白。

“这是历史发展的必然。”中国测试技术研究院首席科学家杨杰斌告诉南方周末记者，“我们正在经历从制造大国向制造强国转变，以前只是注重量，现在是更偏质，这样对计量的要求也更高了。当然客观上讲，美国欧洲对我们的技术封锁，也逼着我们要去做一些突破。”

中国计量协会是这次展会的主办方，协会秘书长王晓冬告诉南方周末记者，明显感觉到计量越来越受重视了。

一直以来，核心基础零部件（元器件）、关键基础材料和先进基础工艺，称为“工业三基”。在《中国制造2025》中，首次加入“‌产业技术基础”，就有了“工业四基”的说法，而计量，就是产业技术基础的重要组成。

“我们计量产业在世界上正处于从并跑到领跑的历史阶段。”王晓冬说。

中国计量科学研究院的超声波显微镜受到很多人关注。诸多展品当中，这台价值上百万元的专门用于芯片检测的显微镜目前供不应求。

技术输入地“改命”

过去，这些高精度装备长期被老牌工业国家所垄断。美国、德国、日本的一些企业在某些计量细分领域的统治甚至已延续一个世纪。

以衡器——也就是“秤”为例，梅特勒-托利多至今仍是无可撼动的王者；量具——“尺”的世界属于日本三丰；而体积测量领域，则被瑞典海克斯康与德国蔡司牢牢占据，高端压力计则被美国福禄克等品牌占据。

这与中国工业发展历史密不可分，过去中国是国外技术输入地，制糖业就是一个例子。广州爱宕的销售负责人林寿挺这次和白糖国家产业中心联合来参展，他所在的爱宕就是最早进入中国制糖业的仪表外企。

中国制糖工业起步阶段，几乎所有的大型糖厂都由外资主导——工艺来自德国，设备从欧洲整套引进，连测量工具也按照德方参数执行。

“早年广西的糖厂很多是外资糖厂，引进的工艺和探头都是德国的。”林寿挺回忆。真正意义上的国产仪器还未出现，糖厂的标准体系也沿着德国路线搭建。

爱宕来自日本，已有八十年历史，是全球折光仪最知名的品牌之一，主要用来测糖度，当年也是随着这些德国工艺进入中国的糖厂。

但是近几年林寿挺也感受到了危机，“未来国产替代是必然趋势，如果我们不保持投入和升级，就真的要准备失业了”。

“过去，国内企业太追求利润转化，很难像日本那样三代人做一个产品，这个东西其实没有太高的技术门槛，主要是看舍不舍得投入。”他说，最近国内企业正在加大研发投入，导致国外品牌也开始放下身段，“之前售价高达10万元级别的奥地利品牌，也不得不降价以维持市场份额。”

近年来，针对中国高端产业链的打压，给国内民营企业撕开了一道口子。“以前一些高精度的设备他们是卖的，但现在限制了。”陕西创威科技销售经理高星向南方周末记者表示，这种封锁导致国内军工单位和高校无法获得国外的标准器，只能转向寻求国产替代。

陕西创威科技成立已20年，在国内活塞压力计领域已属头部。但销售经理高星坦言，与福禄克（Fluke）这样的国外巨头相比，双方根本不在同一个数量级，“这些巨头是参天大树，我们是在树荫下长出的小草”。

这首先体现在市场规模上。巨头面向全球，庞大的出货量足以支撑高额研发；而国内企业主要服务内需，且设备使用周期长达数年，复购率极低，“这是个特慢的市场”。

在这种生态下，作为国内头部的创威，年出货量也仅在1500台左右，企业规模停留在千万级。“而国外（巨头）一台高端设备的价格，就可能要上千万元。”

同等精度的设备，国外价格往往是国产的三倍以上。这导致了不同的生存策略：国外巨头“卷”研发，而国内企业主要就是卷价格。

创威此次带来的一款绝压气体活塞压力计，研发周期长达七年。高星坦言，过去企业根本不敢投入研发这种“全国每年就需要几台”的尖端设备，而是聚焦于使用范围更广的低精度压力计。

像这种精度已能达到0.005级精度设备，价格要上百万元，而精度是0.5级的只要几万元，精度差了一个数量级可能价格差了十倍不止。

对这些国外巨头而言，中国仍旧是它们最重要的市场。“我们这几年在中国的增长非常快。”蔡司工业质量解决方案事业部市场经理侯海璐介绍，“因为中国制造业的升级速度，是全球独一无二的。”

可能大多数普通人都认为，蔡司是一家高端镜片品牌，但这家光学科技巨头收入排名第一的其实是半导体业务，它为光刻机生产高精度镜头。排名第二的是医疗业务，各种高端医疗设备都是蔡司生产的。而工业检验检测是排名第三的业务，人们最熟悉的高端眼镜镜片实际上业务量是最小的。

中国是蔡司极为重要的市场，从三坐标测量仪到工业CT，从显微镜到蓝光扫描，蔡司的核心检测设备几乎都服务于中国正在扩张的行业：新能源汽车、电池、消费电子、航空航天、精密模具、机器人。

“只要中国制造往高精度走，计量就一定是刚需。”侯海璐说。“过去十年时间，中国很多行业就从粗放制造变成高精度制造。”他举例说，手机这样的消费电子越做越薄、越做越满，导致“一毫米误差”可能意味着整机无法装配。

新能源汽车爆发也带来了电池检验的刚需，十年前中国电池厂“甚至不知道该怎么做检测”，从0到1，很多中国电池大厂都是找蔡司一起探索。侯海璐说，事实上“全球能看到爆发式需求的地方，也就中国了”。

陕西创威科技公司经理正在介绍它们最新一代压力计，价格上百万元，而它旁边的旧款只有几万元。

计量到底能做什么？

中国计量协会秘书长王晓冬相信，随着中国从制造业大国向制造业强国转型，计量未来会越来越重要，它不仅是科研的起点，也影响产业链上几乎所有环节，“只有测得出，你才能造得出；只有测得准，你才能造得精”。

他总结道，如果一个国家没有计量，就无法谈工业能力；如果计量不强，工业就不可能强。“这是底层的支撑，也是工业强国的前提。”

磁性材料的计量技术发展，就是产业推着走的。中国稀土占据了全世界80%以上的市场，电机当中用到的磁性材料就是稀土主要的产品之一。磁性材料市场份额里，中国占据全世界的80%，而浙江占全国的60%，宁波又占浙江的60%。

过去磁材多用于中低端场景，企业通常只做抽检；而随着稀土永磁材料进入高端电机、车规级零部件、风电驱动和消费电子，“一片不良就可能造成整机故障”。行业因此从抽检转向全检，“以前做几块标样抽查一下，现在客户要求每一片、每一批都要测准”。

那么，这些检验材料磁性性能的仪器本身准不准就需要进行校验，也是这样的情况下，宁波的磁性材料国家产业计量测试中心“研制了一套标准样品”。

国家磁性材料产业计量测试中心高级工程师陈杭武告诉南方周末记者，展会上这些麻将大小的小磁铁，就是整个磁性材料行业的“基座”。

磁性材料出厂时，需要用检测仪器对零部件进行性能检测，这些小方块就是用来校准检测仪器的，确保仪器本身是准确的，最终保证检测结果是准确的，可以说是“标准的标准”。

这些小家伙曾经拯救过一家企业。他印象很深刻，有一年台风天，江苏无锡有家风力发电企业因磁材部件检测“不合格”，整条产线被迫停工，但用自己工厂里的仪器检测又是合格的，企业找不到问题到底出在哪儿。

宁波测试中心的工程师到了现场，用新研制的标样对企业设备校准，最终发现问题：设备线圈常数标定错误，导致测试值普遍偏低，“如果没有标样，他们可能要一直停工，那损失是巨大的”。

“测不准，产业链就没有安全感；测得准，你才知道自己做的东西是不是真的好。”陈杭武说，“我以前遇到好几家企业，出口不达标被退货了，就是因为自己的仪器不准，没有经过我们这种机构去校准。”

玄武岩国家产业计量测试中心仍在等待主管部门批准。北京航空航天大学化学学院副教授杨中甲是这家中心的主任，他带来一件特殊的展品——一面由玄武岩制成的国旗。

2024年6月，嫦娥六号登月时，携带的正是这样一面国旗。月球上没有大气层防护，需要防紫外线，而且材质还要能抵抗高温、刚性好，而玄武岩正好能满足这一要求，这种材质原本就大量存在于月球表面，“不出意外，可以保证一万年不变”。

玄武岩是地球上最普通的一种岩石，当玄武岩加热到1500℃，拉成比头发丝还细几十倍的纤维，织成布，可以制成风电叶片、轻量化管道、海洋平台。

杨中甲已经专注于这种材料近二十年，他最关心的不是这些“应用故事”，而是另一个问题：玄武岩产业想从小众材料走进主结构材料时代，靠的不是玄武岩本身，而是计量标准。

玄武岩纤维的性能毋庸置疑。杨中甲介绍，其强度可达3000兆帕，是普通钢材的10倍，密度却仅为钢的1/3 。更重要的是，它是一种完全绿色的材料，原料是火山喷发后的岩浆岩，生产过程无工业排放，能耗远低于碳纤维。

但在过去二十多年里，这一材料的应用一直受限，问题的源头是其不稳定性。“天然矿石的成分是波动的，如果不加控制，做出来的纤维离散系数会超过10%甚至15%。”杨中甲指出，对于工业结构材料而言，离散系数不能超过10%，军用甚至要求低于6%。由于缺乏统一的计量标准和质量控制体系，第一代玄武岩纤维质量参差不齐，只能被切短了混在沥青混凝土里修路，无法作为主结构材料进入高端领域。

“这就好比钢材有Q235的牌号，无论哪个钢厂生产的都一样。但玄武岩纤维以前没有‘牌号’，大家不敢用。”杨中甲说。

这正是玄武岩国家产业计量测试中心要做的事：用计量标准把一块石头变成一个可靠的工业材料体系。“虽然天然矿石在变，但我们的配方必须稳”。杨中甲团队研发了第二代技术，通过物理和化学手段将矿石粉末化、均化，制定出标准化的配方，这使得原本只有不到1%能直接拉丝的天然玄武岩，利用率提高到了90%以上。

“我们要做的是，无论用哪里的矿石，无论哪个企业生产，只要标了这个牌号，性能就是稳定重现的。”杨中甲强调，计量的高级形态不是“越高越好”，而是“稳定”。

杨中甲每年都会在北京航空航天大学给大三的学生开设材料学的课程，而他每年都会布置一个“新月基地计划”的作业，构想未来在月球和火星就地取材建设人类基地。在杨中甲的视角里，玄武岩未来会成为“人类移民月球、火星的首选结构材料”，未来要把地球的材料运送到月球，不如就地取材，因为玄武岩大量分布在宇宙中。

但这一切的基础仍然是计量标准化，“只要玄武岩纤维的性能不能重现，谁也不敢把它写进工程设计手册，更别提月球基地。”杨中甲说。