＋走進計量大院
1962年，我從武漢大學(xué)化學(xué)系畢業(yè)后與同校的謝聲洛及仇乃榮赴國家計量局報到。到北京站后直奔中關(guān)村，到處打聽也沒有人知道從事計量科研的部門(有人甚至要我們?nèi)フ壹Z食部門——計算糧食)。第二天通過國家科委才得知在小黃莊。記得人事處張鳳山同我們談話時說:“有兩項工作要干，一個是pH值，另一個是制造用作基準的標(biāo)準電池，你們看誰干哪一個？”我倆大眼瞪小眼，心想這兩種儀器都很不起眼，還要我們兩個大學(xué)畢業(yè)生干什么？張見我們都不作聲，就“亂點鴛鴦譜”了，指著我說:“那你做標(biāo)準電池，謝聲洛搞pH值吧!”就這樣，讓我與標(biāo)準電池結(jié)下了40多年的不解之緣!
到國家計量局時正值我國經(jīng)濟困難時期，條件很艱苦，但是在黨的領(lǐng)導(dǎo)下，領(lǐng)導(dǎo)和群眾同甘共苦、心情舒暢、干勁很足。有一次，實驗室主任羅振之給我一張半個巴掌大的油印小票，讓我去人民大會堂聽周恩來總理關(guān)于國內(nèi)外形勢的報告，使我有幸親眼目睹周總理的風(fēng)采，總理不用稿子講了一下午，令我終生難忘!想不到30多年后的2001年我又邁進人民大會堂，參加國家科技獎勵大會，不僅坐在前排，還走上主席臺從黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人手中接過國家技術(shù)發(fā)明獎獎狀。以下通過我制造標(biāo)準電池獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎來看我國計量科技艱難發(fā)展的奮斗歷程。
＋進入標(biāo)準電池的研制領(lǐng)域
我到電磁處(現(xiàn)為中國計量科學(xué)研究院電學(xué)量子所，編者注)后，接過何錫蘅同志從蘇聯(lián)學(xué)習(xí)帶回的有關(guān)標(biāo)準電池記錄的筆記本，并請北京師范大學(xué)化學(xué)系王璉教授作顧問。當(dāng)時學(xué)術(shù)氛圍十分民主，領(lǐng)導(dǎo)放手讓你干，并強調(diào)“理論聯(lián)系實際”，我從書本及生產(chǎn)實際兩方面著手開始研制工作。在武漢大學(xué)學(xué)習(xí)時，我的導(dǎo)師是中國科學(xué)院院士查全性教授(因文革后一次會議上第一個向鄧小平同志提出要盡快恢復(fù)高考而聞名全國)。有一次我們師生同時參加一個學(xué)術(shù)會議時，我開玩笑說:“查先生，您教我的‘電極過程動力學(xué)’我只用了點皮毛，可您教我的科研方法及如何查資料、如何入手，我可正發(fā)揚光大呢!”他笑著說:“那就夠了，這才是重要的。”我從《美國化學(xué)文摘》(C.A.)入手，從韋斯頓(Weston)1892年發(fā)明標(biāo)準電池開始查閱，1年、5年、10年，主題、作者等索引開始查閱，一直查閱到20世紀60年代世界上近70年來已發(fā)表的300多篇有關(guān)論文，再一一做簡介、摘要并整理成冊，還以文章作者、主題、文種、年代等作索引分類匯編。由于我在大學(xué)時學(xué)俄語，而今大部分資料是英文的，日文、德文及法文資料也不少，我只好硬著頭皮自學(xué)外語，除英文外，連日、德文也拿著字典慢慢地可看明白文章的大致內(nèi)容，對重要的工藝過程、操作方法一定要弄清楚，就采用一邊請情報室同志口譯，我一邊筆錄的方式。憑這本文摘(以后又不斷補充直到退休)我較好地掌握了國外標(biāo)準電池的發(fā)展和最新情況。領(lǐng)導(dǎo)還派我(還有樊文敏及搞電阻的崔廣英、楊家桂等同志)去上海電工儀器廠實習(xí)，學(xué)會了除電池封口外的全部制造工藝。此時我既有了理論基礎(chǔ)，又有了實踐經(jīng)驗，并掌握了國外90%以上的文獻資料，遇到什么問題，查查國外是怎樣克服的？如沒有現(xiàn)成的方法，也有啟示作用，真正做到了知己知彼。大干一場的條件也已具備了。
不巧的是“文革”開始了，我因家庭問題受到嚴重沖擊，但只要有機會，我仍去圖書館補充索引。記得曾向當(dāng)時的電磁處領(lǐng)導(dǎo)申德洙提出過:美國正在研究采用約瑟夫森效應(yīng)保存電壓單位的信息，并建議電磁處組織力量研究。“文革”期間，標(biāo)準電池制造工作時斷時續(xù)，時任電磁處處長張啟超讓我參加有關(guān)標(biāo)準電池制造的討論會，在會上我提出要增加用電解法制造的電池，因當(dāng)時制造廠為了批量生產(chǎn)低檔標(biāo)準電池，采用化學(xué)沉淀法。張啟超處長小結(jié)時決定兩種方法都各制造一批，現(xiàn)今采用電解法制備的標(biāo)準電池已占絕對優(yōu)勢就證明當(dāng)時的決定是正確的。以我當(dāng)時在“文革”中的處境，居然不僅讓我參加會議還采納我的建議，可見當(dāng)時計量院學(xué)術(shù)氛圍十分民主，沒有“學(xué)霸”，大家都在努力工作，誰有道理就聽誰的!
＋集體協(xié)作攻難關(guān)
十年“文革”后，我從河南確山五七干?；氐接嬃吭汗ぷ?，此時人已步入中年，很有緊迫感，舉目看看國外的發(fā)展，下決心奮起直追。情報室袁先富研究員建議我在收集了那么多國外資料的基礎(chǔ)上寫個綜述，于是我寫了幾萬字的綜述，總結(jié)了當(dāng)時已收集到的所有國外資料中的精華內(nèi)容，并詳細摘錄一萬余字刊登在1978年第一期的《國外計量》雜志上，文中最后提出的電壓單位保存方式的五個發(fā)展方向直到20多年后我退休時仍有現(xiàn)實意義。此時，我還通過《化學(xué)通報》看到揚州師范學(xué)院諸詢治教授發(fā)表的一篇有關(guān)標(biāo)準電池的很好的論文。經(jīng)多方打聽找到諸教授，我到現(xiàn)場一看，深感揚州師院比制造廠更適合研制基準電池。當(dāng)時大學(xué)的教學(xué)任務(wù)并不重，揚州師院領(lǐng)導(dǎo)也很支持，并讓諸教授的兩位學(xué)生(已留校的穆紹林等)參與此項工作。1976年唐山地震時，我們住抗震棚也未間斷電池制造工作，全部電池均采用我一直堅持的電解法制備的方法制造。據(jù)當(dāng)時國家計量局物資處的張曉惠同志講，揚州師院生產(chǎn)的標(biāo)準電池產(chǎn)值與全局下屬所有計量實驗工廠的總產(chǎn)值相當(dāng)了。與此同時，上海電工儀器廠、上海計量局附屬工廠、天水長城電工儀器廠等電池制造廠也與我們協(xié)作以研制更好的標(biāo)準電池。于是，我們組織全國標(biāo)準電池生產(chǎn)廠及計量部門下屬廠共計八個單位開展標(biāo)準電池電動勢-溫度系數(shù)測試工作，晝夜不停歷時半年多，測得數(shù)以萬計的數(shù)據(jù)，采用算盤及手搖計算機處理，所得到的結(jié)果比同期進行此類工作并被認為是世界上最好的美國國家標(biāo)準局(NBS)和西德聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB)的還要好，所寫的論文在我國最高學(xué)術(shù)刊物《中國科學(xué)》上發(fā)表，并獲1978年全國科技大會獎，這大大地增強了我們的信心。
剛進國家計量局時曾聽老同志介紹世界上最好的計量天平不是發(fā)達國家大公司制造的，而是奧地利一家世襲的家庭作坊生產(chǎn)的，當(dāng)時我深受鼓舞，決心把標(biāo)準電池做到世界先進水平!此時通過多年大量測試考察近千只新制造的標(biāo)準電池，發(fā)現(xiàn)其電動勢值一直普遍升高，這是有違電化學(xué)原理的。我懷疑作為其測試標(biāo)準的、從蘇聯(lián)進口的國家基準電池組的數(shù)值正在逐年下降，應(yīng)作整體淘汰并更換補充新電池。但是，由于新電池需經(jīng)過幾年考核才能區(qū)分出優(yōu)劣，于是，我總結(jié)出新的篩選方法，新電池經(jīng)人為老化后，短期(3個月)即可判定其優(yōu)劣，這大大地縮短了實驗周期，新電池的生產(chǎn)改進速度大大加快，各制造廠都制造了一大批優(yōu)良標(biāo)準電池，進入我國標(biāo)準電池生產(chǎn)的繁榮期。全國都使用國產(chǎn)標(biāo)準電池作為電壓標(biāo)準，日后出口及送國際計量局(BIPM)及PTB等的基準電池也都是我從此期間生產(chǎn)的標(biāo)準電池中經(jīng)長期考察、測試后擇優(yōu)挑選出來的。
＋錯失出口良機
我國的優(yōu)良標(biāo)準電池生產(chǎn)后立即被外商盯上了。加拿大高聯(lián)公司以幾美元一只的低價從我國購置一大批“赤膊”電池，當(dāng)時我們還非常高興，認為國產(chǎn)標(biāo)準電池出口賺外匯了。后據(jù)當(dāng)時的水電部電氣科學(xué)研究院的張叔涵研究員講，他去高聯(lián)公司參觀過，該公司是個三無企業(yè)(無固定人員、無設(shè)備、無場地)。他們事先印刷十分精美的銅版紙廣告、說明書寄世界各國有關(guān)部門，訂單回來后根據(jù)數(shù)量從我國購買核心部分(幾美元一只的“赤膊”標(biāo)準電池)，然后找人設(shè)計控溫電池線路，其外形十分漂亮(用拉簾式硬木做)，便于放在飛機座位下，內(nèi)裝4、6、10及12只標(biāo)準電池，零部件外加工，再租場地組裝成形，按訂貨單發(fā)貨后人員解散。經(jīng)組裝后每臺均賣幾千甚至于幾萬美元，據(jù)說他們賺了幾百萬美元。然而他們沒時間也不會篩選標(biāo)準電池，不分優(yōu)劣地賣給一些國家計量院。我去過的幾個國家，看到他們都購買了多臺高聯(lián)公司的控溫電池。也有買到不好的，其中像新加坡有一組控溫電池中的一只電池不行了，我到新加坡比對標(biāo)準電池時同他們一起打開該控溫箱，一看才知是我國生產(chǎn)的標(biāo)準電池。
在我們身上發(fā)洋財?shù)牟恢垢呗?lián)公司一家，英國Tinsley公司也發(fā)財了。有次朝鮮來我院送檢控溫標(biāo)準電池(4只裝)，我一看外形就說:“是中國出產(chǎn)的，這種低檔標(biāo)準電池在中國只能作二等標(biāo)準(省級計量部門都不能用)，一千多元人民幣就可買到，我國比這好的電池多得很”。朝方則說:“銘牌明明是英文寫的Tinsley公司制造的，怎么會是中國的呢？而且花了兩萬美金從英國進口的，是我本人親自去香港提貨的。”我笑著拿出一臺北京計量儀器廠送檢的中文銘牌電池對他講:“您看看!除銘牌是中文的外，連每個螺釘都一模一樣。”此英文銘牌在制造廠時我親眼看工人做的，英文說明書還經(jīng)我審校過(英文翻譯不懂計量專業(yè))。當(dāng)時我真有一種被人賣了還幫別人數(shù)錢的感覺。這家公司只將這組控溫電池從我國內(nèi)地提到香港地區(qū)(都沒有進入英國國界)就賺了十多萬元人民幣。
類似實例還真不少。在國際電學(xué)咨詢委員會會議上，因瑞典保存電壓單位的基準電池不行了，其一位代表問:“何處可買到好的標(biāo)準電池？”國際計量局局長指著我國代表說:“China”，于是我國參會代表在會議上作了介紹。他回國一個多月后看到我才想起此事，連忙告訴我地址，我趕快寫信給瑞典代表，其回信稱:“很高興知道優(yōu)良標(biāo)準電池來源于中國，但我們已從東德買到基準電池，謝謝!”原來在會議上，東德代表團因當(dāng)時東、西德合并，東德基準電池不需要了，一散會馬上找到瑞典代表成交了，我們拖了近2個月而錯失了良機。
更可惜的事是:BIPM專門從事電壓單位研究的D.Reymann先生多次測量我們的標(biāo)準電池后評價很高，1982年9月8日專門給我來信問:“幾個國家電學(xué)實驗室的同行們對這些標(biāo)準電池取得的結(jié)果非常感興趣，并希望能為他們的實驗室購買這些標(biāo)準電池。如果可能的話請通知我在什么條件下可以供給標(biāo)準電池”。結(jié)果由于我國體制方面的原因，亦未辦成而錯失良機。
＋首次國際交往
1980年組織上派我第一次出國是我的事業(yè)登上高峰的主要原因之一。當(dāng)時電磁處決定派人參加在德國舉行的國際精密電磁計量大會(CPEM)，提交論文的作者有十多人，除我外都學(xué)過英語，政審特別嚴格，我在“文革”中又受過沖擊，故不想去參加外語考試。經(jīng)馬達處長批評我才去參加考試。他認為PTB制造的標(biāo)準電池水平很高，連BIPM都用他們的標(biāo)準電池作基準，讓我去制造現(xiàn)場參觀學(xué)習(xí)機會十分難得，而且我的論文與PTB及日本兩位專家的觀點不同，這兩位專家都是大會主席團及技術(shù)委員會的領(lǐng)導(dǎo)成員，萬一提出要同作者相互交流，我們派出的都是學(xué)電測量的，不懂化學(xué)，找人代宣讀論文不好，馬達處長堅持由我本人去參加CPEM會議。
由于研制的低溫度系數(shù)標(biāo)準電池是創(chuàng)新產(chǎn)品，會后我宣讀的論文不僅入選IEEE雜志還全文刊登，蘇聯(lián)方面也很感興趣，譯為俄文在蘇聯(lián)發(fā)表。除幾個發(fā)達國家科學(xué)家感興趣外，芬蘭、捷克、波蘭、阿根廷等國家的計量專家也來信索取該論文(當(dāng)時復(fù)印技術(shù)還不普及)。幾年后我赴巴基斯坦參加國際展覽會時了解到，上述國家計量部門專家就是通過該論文得知我國標(biāo)準電池制造水平很高，還通過我國駐巴使館提出與我們合作，在巴研制標(biāo)準電池以向阿拉伯世界及中東出口。墨西哥計量部門就是通過BIPM的介紹得知我國標(biāo)準電池很好而向我們購買的。
在西德開會期間，經(jīng)請示團長同意后我還主動向PTB提出兩院互換標(biāo)準電池進行研究，并與F.Melchert教授達成協(xié)議。1年后，PTB代表團來我國訪問時還帶了一組PTB制造的控溫電池來華，這張交接電池的相片刊登在當(dāng)年P(guān)TB的年報首頁上，成為中德雙方計量部門友好合作的象征。
＋攀上基準電池研制的高峰
從1980年到1994年，我們曾先后5次贈送基準電池給BIPM及PTB。由于1982年互換的電池經(jīng)多年測試性能良好，PTB對我國制造的電池評價很高。1989年P(guān)TB希望我們提供一組年變化小于1μV的控溫電池以用作PTB的電能標(biāo)準。為了回報PTB無償援建我院電能實驗室，計量院領(lǐng)導(dǎo)決定將其作為禮品回贈PTB并將任務(wù)交給我。我于1990年年初將標(biāo)準電池組建后又經(jīng)一年測試考查，發(fā)現(xiàn)其每年平均升高0.11μV。于是PTB派有關(guān)專家來我國提貨，驗收后對該組控溫電池十分滿意，這位專家回國前親筆寫了封感謝信并附上交響樂名曲的錄音帶作禮品交陸祖良研究員轉(zhuǎn)給我，以表感謝之情?；豍TB后用他們的基準裝置及設(shè)備測量，該組控溫電池的電動勢值一年平均升高0.09μV，與我們在國內(nèi)測得的0.11μV值十分接近，遠小于1μV的指標(biāo)要求，并從側(cè)面證明我們的測試手段及基準變化與PTB十分接近。1994年7月26日，PTB電學(xué)處處長H.Bochmair教授來信稱:“對潘必卿院長訪德時贈送的可倒置標(biāo)準電池新產(chǎn)品很感興趣，愿在全歐EUROMET會議上向與會代表推薦。”
1982年8月4日，BIPM局長賈科莫(P.Gicomo)來信稱:“你們的電池組很好，漂移很小，在我們知道的電池中，你們的電池屬于最好之列，這證明研究工作水平非常高?！碑?dāng)計量院王江院長決定贈送6只基準電池給BIPM時，該局P.Gicomo局長于1982年12月22日回信表示:“以我個人的名義和BIPM名義對貴院的慷慨大方及對我們工作的關(guān)懷表示感謝”，“貴院制造的電池是第一流的，這組電池將補充BIPM的基準電池組。當(dāng)前面臨著各國計量院缺少如此高質(zhì)量電池之際，您所給予的禮物無疑是對BIPM的珍貴幫助”。從事標(biāo)準電池測試工作幾十年的BIPM電學(xué)室專家G.Lelerc先生及后來接班的D.Reymann先生多次來信稱贊我國標(biāo)準電池是“第一流的”、“質(zhì)量非常高”、“噪聲很小”、“電動勢復(fù)現(xiàn)性很好”。
在與這些國際知名科學(xué)家打交道的過程中，他們實事求是的精神給我留下深刻印象。1985年7月10日，D.Reymann先生提供我們贈送的6只電池測試數(shù)據(jù)后，我發(fā)現(xiàn)其中一只標(biāo)準電池測試值有點反常，與我們的測試結(jié)果相差較大，于是去信請求對方寄原始記錄以便進行研究。1985年9月19日收對方復(fù)信稱:“8月25日上午收到來信后，經(jīng)重新測量證明7月份提供的5號電池電動勢值是錯誤的”，并重新提供一組數(shù)據(jù)，還表示要把其中4只標(biāo)準電池放入他本人設(shè)計的26℃控溫箱內(nèi)，此箱的圖紙及電路圖等全部資料均寄我參考。后經(jīng)我分析，證明不是BIPM檢測錯誤，而是我們把電池送去巴黎的路途中，可能不小心將標(biāo)準電池的正、負極碰了一下，暫時短路造成電池電動勢值下降，故BIPM在7月份的測試值較低，經(jīng)近兩個月慢慢恢復(fù)，到9月份測得的電動勢值與我們測得的值又十分接近。此后我與他成了朋友，幾年后他們來我國比對約瑟夫森電壓標(biāo)準時，他指名要見我?；貒鴷r我院送一組可倒置標(biāo)準電池給BIPM，舉行交接儀式時我臨時得到通知，白大褂實驗服都來不及脫下就把標(biāo)準電池送到會議室，D.Reymann先生拉住我，讓我與他共同攜手拿著標(biāo)準電池與領(lǐng)導(dǎo)一起照相(見下圖，左二為作者)。
BIPM電學(xué)室負責(zé)人Thomas.J.Witt先生是國際知名的電學(xué)計量專家，我于1987年9月寫信給BIPM局長P.Gicomo，希望早點知道我國送去比對的標(biāo)準電池數(shù)據(jù)，以便為改值作參考。信轉(zhuǎn)到他手中后他有點不高興，給我回信稱:“要知道標(biāo)準電池經(jīng)過運輸后通常需要幾個月才能達到其平衡狀態(tài)”，意思是標(biāo)準電池還未穩(wěn)定，也太著急了吧!我于10月9日回信給他說:“我本人曾參與這組標(biāo)準電池的制造研究工作，由于在制造過程中采取了一些措施，據(jù)我對這組電池的觀察，證明該組標(biāo)準電池的電動勢滯后效應(yīng)較小，經(jīng)過運輸后估計要不了1個月(其實1周時間就可以了，我有意留點余地)即可達到平衡狀態(tài)，當(dāng)然也許你們測量水平比較高，能測量出我們觀察不出來的微小變化……”10月14日，Thomas. J. Witt先生收到我的信后立即測量，給我回信稱:“測試結(jié)果看來支持您的判斷，那就是這些電池要達到平衡狀態(tài)只需要很短時間?！彼麑⒋诵胚B同9月8日D.Reymann先生的信在寄給我的同時，復(fù)印一份交參加國際計量大會(CGPM)的中國政府代表團轉(zhuǎn)交我。在信中他最后寫道:“您的電池質(zhì)量極佳，我們對此留下了非常深刻的印象，這些電池很可能是我們測量過的最好的電池?！?987年11月13日，D.Reymann先生也在信中稱贊:“在我們已經(jīng)測量過的所有傳遞標(biāo)準中，你們的電池性能最好?！苯?jīng)BIPM多年考查表明，每年平均變化為+0.05μV(5×10-8)，與PTB測得的控溫電池年平均變化+0.09μV(9×10-8)十分接近。
此外，我國還以上萬美元一組的價格向法國、巴基斯坦及墨西哥國家計量部門出口基準電池，美國、澳大利亞、伊朗、新加坡、馬來西亞等國家計量部門都與我們聯(lián)系過購買事宜。以上事實證明，我國標(biāo)準電池的研制已達到國際領(lǐng)先水平，這已是不爭的事實。
＋結(jié)束語
回顧這幾十年研制標(biāo)準電池的經(jīng)歷，也從側(cè)面反映了我國計量科技艱難發(fā)展的歷程。在黨及政府的領(lǐng)導(dǎo)下，經(jīng)過幾代人不斷努力奮斗、自力更生，我們幾乎是從無到有、一步一步攀登上基準電池研制的高峰的，得到了世界各國有關(guān)專家的一致好評，為祖國爭得了榮譽。王大珩院士曾經(jīng)講過:“改造和發(fā)明儀器的人是真正的大師，而花大價錢買儀器，只為重復(fù)別人的實驗，那是有錢的傻子也會干的事?！毕Ｍ懈嗟暮髞碚卟戎覀兊募绨蚶^續(xù)努力往上攀登，創(chuàng)造出更多、更好的科研成果，為國爭光!
本文刊發(fā)于《中國計量》雜志2014年第2期
作者：中國計量科學(xué)研究院 胡衍瑞
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