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前言： 相信每一位工程师都梦想自己能设计出风靡世界的卓越产品，安捷伦的工程师也一样。 在历史上，从 70 多年前的 HP 诞生，到后来的安捷伦时代，工程师们创造出来众多改变世界的产品，包括世界上第一台铯钟，至今仍作为国际时间标准； 世界上第一台数字示波器；世界上第一台逻辑分析仪等等。 惠普 / 安捷伦历史上最杰出的产品之一，就是诞生在 1991 年的惠普年代， 但至今仍然销量排名业界第一、 而且是公认的工业标准 34401A 6 位半数字万用表。在诞生后的 20 多年中， 34401A 在全球销售了近 50 万台！ 成为 HP 和安捷伦历史上销售数量稳居第一的仪器型号！   该产品的产品策划和设计师是 Scott Stever 先生， 他是安捷伦通用仪器的顶级工程师之一，目前还工作在安捷伦公司的系统产品事业部，领导着一只团队致力于新一代的产品定义和开发。在和他交往的 10 多年中， Scott 给我讲了不少关于他定义和开发 34401A 的故事， 也和他一起经历了新一代产品的市场调查和研究。 他曾多次来到中国，接触过众多的年轻工程师， 这些年轻工程师勤奋好学的精神，也给他留下了深刻的印象。有一次，我提出希望能在他退休之前，给中国年轻的工程师分享一下他的经验， 他很爽快地同意了。这也是我知道的第一次，安捷伦的顶级工程师来分享一些关于自己、以及他们终身引以自豪的世界级产品背后的故事。他自己写了一篇很长的故事，由我来做翻译。 由于篇幅原因，我将用连载的方式分享个大家。 今天是第一部分。   第一篇：数字万用表的前世今生 您曾想过 每天都在使用的测试仪器的历史吗？例如万用表， 这 几乎是每一个与电打交道的工程师每天都在使用的工具。估计很少人会 思考这个问题， 但毋庸置疑，万用表是在所有电子测量仪器中， 使用最广泛的一个。   人类认识电的开始， 大约是公元前 600 年， 古希腊 哲学家塞利斯记载了的木头摩擦琥珀能吸引草屑， 这是最早 关于 " 静电 " 的描述。 近 2200 年后， 17 世纪的实验物理学家在开始系统化地研究电力起源和它难以捉摸的各种现象及影响。在 20 世纪初，电学和电磁学的基础定律纷纷被定义和验证， 建立在安培、 奥斯特和库仑早期实验基础上， 并在之后得到大幅改进和提升， 诞生了第一台电测量仪器：一个罗盘状的，带有磁针的指示器，外面环绕着金属丝的电流线圈。这就是 20 世纪初期的被称为 moving-coil galvanometers ， 或电压表的原型 。        1901 年， 古列尔莫 . 马可尼第一次成功地讲微弱的高频信号跨过大西洋， 从英格兰到纽芬兰省， 展示了无线通信的理论和实践的可能性， 这证实了麦克斯韦的理论及赫兹和特斯拉的实验预言。 这就是被我们当今工程师们所熟知的 " 电台 " 。 它在 1925 年才被广泛认知， 因为那年 美国科学家李 · 德福雷斯特 发明了带有 " 阀门 " 的真空三极管。他在早期真空“二极管”中加入了控制栅极。这个三极管可以利用栅极，控制真空管内电流的流动，成为了第一个电子意义上的信号放大器。      General Radio   (GR) 公司，当时世界上最大的仪器公司， 立即认识这种三极管技术可以用来改善当时的仪器。在几年之内， GR 就推出了几种新的 " 电子 " 仪器，包括 第一个 可调谐的低频振荡器、 手控的 LC 测量电桥， 以及 第一个真空管的交流电压表 (VTVM) 。这些都巩固了 GR 作为当时 世界第一电子仪器公司 的地位 。       20世纪20年代的GR公司        19 世纪的 40 年代，是电子行业的高速增长期。最初推动力就是电话和无线电设备的商业需求，之后就是第二次世界大战期间对军事无线电通信贪婪的需求、 导航和信号干扰设备，最后是微波雷达设备， 这种利用无线电远距离探测和测距的新型技术。就在二战期间， 出现了所谓 " 通用 " 的模拟仪表，就是有多种测量范围、测量量程，以及多个输入端口的仪表，包括直流电压、 电流和电阻测量。典型的就是 Simpson Electric 260 系列电压和电阻计， 在战争期间成为了成千上万的军事技术人员简单的现场故障排除和维修仪表。       HP 公司是诞生于 1938 年，与 GR 公司相比，无疑是电子仪器行业的后来者。 在 1946 年， HP 推出第二代的 410A 高频真空管电压表（ VTVM ）。这是 HP 公司的创始人之一， Dave Packard 在 400A 交流电压表的基础上加以改进，设计增加了高达 1000V 直流电压测量，电阻测量也高达 500MΩ ， 并且，将峰值 AC 电压测量的带宽延伸到了接近 700 MHz 。由于它的高精度、 宽量程、多功能和灵活性， 410A 成为了 HP 的早期产品家族最受欢迎的经典仪器之一。       在二次世界大战后， 年轻的电子行业伴随着新的发现和发明继续迅速增长。 1945 年诞生了由 18,000 个电子管电路组成的第一台电子计算机。 1947 年在贝尔实验室发明了晶体管，为各种小型的、功能更强大的电子产品设计提供了新的可能。 1959 年，基于硅材料的集成电路概念被授予了专利。 这些新发明最终推动了电子行业超过半个世纪的增长。 然而， 美国电子行业的最初增长是依靠二十世纪 50 年代的新兴电视技术。遍布全美国的视频及音频发射站及演播室， 对大功率的 VHF 发射机需求如雨后春笋。消费者对家庭电视接收器的需求呈现爆炸性的增长。 但就在此时，很多公司经历了技术熟练的工程师和技术人员的短缺， 无法按照计划要求设计和制造他们的产品。     这个时代的测量仪器是测量速度缓慢， 结构复杂，而且使用起来也容易出错。许多仪表依靠模拟表针度数，而且也很容易搞混测量范围。 执行单个测量经常需要用户手动调整多个的控制，以补偿和平衡仪器，最终将这些仪器的设定及度数计入测量结果。 甚至是一个基本的测量， 也需要高技能和有经验的操作员。很多公司要求更为简单的、自动化程度更高的仪器，即使不是博士学位的人员也能操作，也可以提供更快更准确的测量结果。   稍候，请看下一篇： 数字时代的开始    

I just finished reading Robert Crease's "World in the Balance: The Historic Quest for an Absolute System of Measurement". It's a history of measurement systems and metrology, especially metric. What a pleasure to slow down, lie back, and read about those challenges, and how we got to where we are now. I suspect most people will not be interested in such historical material, but we should: how do we know that the 5½ digit DVM reading is correct? What does "correct" even mean? What about those femtosecond readings, or even the long-baseline time bases for experiments? We need primary standards, of course, and we need a way to describe them (such as the metric system). Given how casually we now measure with extraordinary accuracy, precision, and repeatability—well, it hasn't been an easy path. Even if you are not interested in the historical aspects, you'll find the last part of the book very interesting, as it details on the quest for a reproducible mass standard. As most of you know, the kilogram is the only primary standard which is still represented by a tangible physical artifact rather than a reproducible standard. And apparently, the primary kg is losing weight, for various possible reasons—or maybe the "copies" are gaining? For mass, they are looking for a standard which has accuracy and reproducibility in the range of 1 part in 10 8 . The techniques being investigated, but have so far fallen short, are an ultrapure mass of silicon measured via a relationship to Avogadro's number; and a watt force-balance electromechanical scheme. Both are very, very good, but not good enough—all sorts of 2 nd and 3 rd -order sources of error to worry about at these levels of performance. The book also discusses the types of meetings and concerns that the international societies have, to decide and plan next steps—it's a real subculture, of course. And at these levels of precision, some of the questions and issues are the equivalent of "how many angels can dance on the head of a pin?", so to speak—they are in the philosophical "what does this really mean, anyway?" realm, as well as "just" scientific. There's also a great quote in the book from an MIT science dean, c. 1940: "No single tool has contributed more to the progress of modern physics than the diffraction grating"—and the book explains the critical role of the grating in metrology standards development. BTW, this book is much, much better in my opinion than "Longitude" by Dava Sobel (about the quest for the highly accurate clock in the 1700s, needed for sea-faring navigation) which received much praise but I did not like at all: Sobel used 1000+ words of description when a single figure or drawing would have been much better—that's what I call the "New Yorker" school of writing!