要建立被计量物体与给定单位之间的数量关系，就必须将计量标准与被计量物体加以比较。对于这种比较本身，古人也做过讨论，其中以《墨经》的论述最为出色。《经》：“异类不吡，说在量。”《说》：“异：木与夜孰长？智与粟孰多？爵、亲、行、贾，四者孰贵？……”“吡”，同比。《墨经》意思是说，在测量中，不同性质的事物，不能相互比较。《说》举例解释说：木材与夜晚谁长？智慧与粟米谁多？爵位高低、宗族亲疏、品行优劣、物价贵贱，这四种事物究竟谁更高贵？显然，墨家的意思是说，这些东西是无法比较的，因为它们的性质不同。在墨家举的这些例子中，有些因素本身就是不可计量的。例如智慧、宗亲、品行等，就是难以量化的。不能量化，当然也就不可计量。儒家这里意在强调，计量是一种比较过程，这种比较只有对可量化的事物才能进行，而且必须在同类物之间进行。墨家能专门指出这一点，也是很可贵的。
即使是对事物能被量化的性质进行计量，也还存在一个可测量范围问题。中国古医书《灵枢·经水》篇说：“天至高，不可度；地至广，不可量……非人力之所能度量而至也。”《灵枢》举的例子，限于测量者所不能达到的地方。这一思想，在《淮南子》中得到了升华。《淮南子·泰族训》从理论角度对测量范围做了概括：“凡可度者，小也；可数者，少也；至大非度之所能及也，至众非数之所能领也。”即是说，测量只能对有限量进行，无限的东西，不能用数去表达(至众非数之所能领也)，也就不能去进行测量(至大非度之所能及也)。这里提出的无穷不能用具体数表示出来的思想，也标志着古人对无穷大理论认识的深化。这段话，是无穷理论与计量学说成功的结合。
计量的特征在于它的客观性和准确性。要做到这一点，就必须摒除测量者主观意识的影响。对此，古人有清醒的认识。在中国历史上，商鞅首次以国家力量强行推进统一的度量衡制度，他即曾说过：“先王县(悬)权衡、立尺寸，而至今法之，其分明也。夫释权衡而断轻重，废尺寸而意长短，虽察，商贾不用，为其不必也。”(《商君书·修权》)这段话大意是说：过去那些贤明的帝王建立了尺度、权衡，直到现在人们都还效法使用，原因在于它所给出的结果是客观的、清楚的。如果放弃了权衡而去判断物体的轻重、废除了尺度而去猜测物体的长短，虽然也能给出很具体的数值，但商人们并不采用这种方法，因为它所给出的结果不具备必然性，不能令人信服地反映被测物体的量值。
北宋着名诗人苏轼，对于如何保证计量的客观性和准确性，也做过十分透彻的分析，他说：“人之所信者，手足耳目也。目识多寡，手知重轻，然人未有以手量而目计者，必付之于度量与权衡，岂不自信而信物？盖以为无意无我，然后得万物之情。”(《苏东坡全集》前集卷二十《徐州莲花漏铭》)此意即：人所相信的，是自己的手、足、耳、目这些感官。眼睛能够识别东西的多少，手能够掂量物体的轻重，但人从来不用手掂作为称重的依据、用眼估作为计量的标准，而是一定要用权衡尺度这些度量器具，这样做是不是有点不相信自己而倒相信起没有感觉的器物来了呢？不是这样的。因为只有排除了主观意识的干扰，才能获得对万事万物真正的了解。
苏轼的这段话，对于古代计量理论而言，有重要意义。诚如苏轼所指出的，人有认识事物的能力，可以凭借感官感知事物，但人凭借感官直接感知事物，容易掺杂主观意识在内，必须摒弃这种主观性，才能获得对事物的客观认识。就计量而言，要做到这一点，“必付之于度量与权衡”，即借助于仪器进行测量。苏轼这段话论述了测量仪器对于保证计量结果客观准确所具有的重要意义，他的认识是很深刻的。
总的说来，在古代中国，人们并未将计量学科作为一个整体对之展开系统的理论探讨，他们是在讨论其他论题时涉及到这一问题的，因而显得不够系统。即使如此，古人还是相当广泛地涉及到了这一问题，而且发表了许多卓越的见解，其中有些见解直到今天还闪烁着真理的光芒。
长度计量的多样化
在各种计量活动中，长度计量是最基本的。对于长度计量，古人一般是先建立基准，然后用选定的标准和被测物直接加以比较而实现的。古人把这形象地叫做“度高以高，度长以长”。即是说，长度计量的基本方式是直接的比较测量。
通过直接比较测定物体长度，过程直观，结果富有说服力，因而深得古人信服。但是，这种计量方式适用范围毕竟有限，为此，古人又发明了多种多样的长度计量方式。
例如，对于远距离路程的测量，有时限于人力、物力等多种因素作用，要组织实地测量非常困难，对此，古人便利用速度、时间、路程三者之关系加以测算。方法是根据经验确定所行速度，再以速度乘以所用时间，就可以得知所要估测的距离的远近。早在先秦时期，《管子·乘马》就提到了这种方法：“天下乘马服牛，而任之轻重有制、有一宿之行(原注：一宿有定准，则百宿可知也)，道之远近有数也。是知诸侯之地、千乘之国者，所以知地之小大也。”这段话意思是说：天下乘驾马车牛车的人，如果让马或牛的负重量一定，知道了一天之中所行的路程，就可以知道距离的远近。这是测量诸侯国地域大小的一种方法。
《管子》提到的这种方法，就是根据速度、路程、时间三者的关系实现对长度的测量。文中提到“有一宿之行”，就是指的速度。此法的实质是用对时间的测量代替了对长度的实测，通过简单的计算转化为对长度的计量。因为对较大单位的时间的粗略测量易于实现(例如，以日为单位)，因此这种方法的长处在于它的简便性。特别是《管子》书中还提到要“任之轻重有制”，使马或牛的负重量一定，这可以保证速度的实际值与经验值相接近，避免出现过大误差。显然，古人对这种测算方法的各要素是经过认真思考了的。他们把它用到了对诸侯国地域的测算中去，就充分表明了这一点。正因为如此，在古代其他书籍中，也多处涉及此种测算方法。如《九章算术》卷六就有这样一道题：“今有程传委输，空车日行七十里，重车日行五十里。今载太仓粟输上林，五日三返，问太仓去上林几何？”所谓“程传委输”，“程传”指驿站，“委输”即是运输，合在一起，指定点运输，在引文中即为由太仓到上林的定点运输。这道算题分别给出了轻、重车的行驶速度及行驶时间，求解两地之间的距离。我们知道，数学在某种程度上是社会生活的反映，而这类算题在古代甚为常见，证明它是古人常用的粗略测算距离的方法。
利用速度、路程、时间三者之关系测算距离，是长度计量发展过程中对物理方法的应用。此外，古人还利用机械方法实现对长度的计量，那就是记里鼓车的研制和应用。所谓记里鼓车，是一种专门设计的车辆。它的车轮与一套减速齿轮系相配合，使得车轮走满1里时，有1个齿轮刚好转1圈，并拨动车上的木人击鼓1次，从而起到自动报告里程的作用。唐代以后，记里鼓车的报告里程装置出现了双层设计：行满1里，下层木人敲鼓1次；行满10里，上层木人敲鼓1次。通过记录上、下层木人敲鼓的次数，就可以知道所行里程。这与今天的汽车里程表所起的作用，在表现形式上是类似的。
记里鼓车的具体发明时间很难断定。战国时期的着作《孙子算经》卷三有一道算题可能与记里鼓车有关。该题为：“今有长安、洛阳相去九百里，车轮一匝一丈八尺。欲自洛阳至长安，问轮匝几何？”意思是说：已知从长安到洛阳相距900里，车轮转一周走1丈8尺，问从洛阳到长安，车轮共转多少周。从数学运算角度来看，这道题并不深奥，但它注意到了里程与车轮旋转周数的关系，由此出发，加上齿轮系的应用，记里鼓车就能应运而生。
据报道，汉代已经出现了齿轮，而西汉刘歆所作的《西京杂记》卷五也已提到：“记道车，驾四，中道。”记道车就是记里鼓车，它要用四匹马拉着，在道路中间行驶。由此可见，西汉已经有了记里鼓车。不过，也有人说《西京杂记》的真正作者是西晋的葛洪，所以，这一条多少还有点疑问。
在正史中明确记载到记里鼓车的是《晋书·舆服志》。自晋以降，研制记里鼓车者代不乏人，史书多有记载，而记载最为详尽的，则首推《宋史·舆服志》，该书详细记述了记里鼓车的结构、规范。已故的历史学家王振铎曾据此复原了宋代卢道隆、吴德仁的记里鼓车；王振铎先生的复原至今还陈列在中国历史博物馆中，为世人展示着中国古人在利用机械技术实现长度计量自动化方面所取得的辉煌成就。
除了物理方法、机械手段以外，古人在长度计量方面最值得一提的还是数学方法的应用。因为数学方法的应用，可以扩大测量范围。例如对于面积、体积的测算，只能通过长度计量来进行，如果没有找到长度与面积、体积之间的数学关系，这种测算就没有办法进行。即使仅仅对于长度而言，也同样如此。众所周知，对于圆周长的测量，一般是先测圆的直径，再乘以圆周率而得以实现的。倘若圆周率粗疏，不管对圆的直径的测量如何精确，最后结果都是不精确的。所以，追求愈来愈精确的圆周率值，是古人为提高计量精度所采取的一种有力措施。在古代中国，精确圆周率值(例如祖率3.1415926)的取得是一项很重要的数学成就，而这一成就的取得却是出于计量需要这一潜在动力的推动。
另外，运用数学工具，还可以使得一些原本无法进行测量的问题转化为可以测量。在这方面，古人所依据的数学原理主要是勾股定理和相似三角形对应边成比例的性质。例如古书《周髀算经》对于天高日远的讨论即是如此。《周髀算经》开篇伊始假设了周公跟商高的一段问答，其中周公问商高说：“夫天不可阶而升，地不可将尺寸而度，请问数从安出？”意思是说，天没有台阶，人们不可能登上去，地体广大，也不可能拿尺寸一点一点将其测量出来，那么涉及到它们的那些数字是从哪里得。来的呢？商高说：得之于三角形中勾和股的关系。利用矩构造三角形，根据三角形勾、股、弦三者之间的关系，即可确定被测物之“数”。商高还列举了利用矩进行测量的基本方式。他说：“平矩以正绳，偃矩以望高，覆矩以测深，卧矩以知远，环矩以为圆，合矩以为方。夫矩之于数，其裁制万物唯所为耳。”这里列举了平、偃、覆、卧、环、合六种用矩方法，其中第一种用于准正，后两种用于构形，现侧重介绍中间三种。
刘徽所给出的两个公式的意义在于：它表明，当时人们已经实现了通过对近距离因素的测量，运用数学工具，获知远距离不可直接测量的量的大小。这种方法在数学上是严格的，但在对日的高远的实际测量中则会出错，原因在于刘徽方法蕴含着大地是平的这样一个假设，而地实际上是个球。所以他用这种方法测量日高天远，得到的结果就出现了错误。虽然如此，在一般情况下，这种方法还是富于实用价值的。非但如此，刘徽还进一步发展了这种间接测算方法。他曾着有《海岛算经》一书，就是专门讨论在各种不能直接测量情况下，如何运用数学方法将其转化为可测量量的。非但刘徽如此，别的数学家也都为此付出了不懈的努力，并取得了巨大成就。中国传统数学的一个重要特点是以解决实际问题为主，应用性很强，这是许多科学史家的共识。而在古代数学家所关注的实际问题中，计量占据相当重要的地位。
误差学说
为了确保计量结果的客观性和准确性，古人对误差现象也做了探讨，并在此基础上形成了自己的误差学说。
在总结大量测量实践的基础上，古人认识到，尽管测量可以做到非常精确，但不管是什么测量，总会有一定的误差存在。对此，《淮南子·说林训》有精彩的论述：“水虽平，必有波；衡虽正，必有差；尺寸虽齐，必有诡。非规矩不能定方圆，非准绳不能正曲直，用规矩准绳者，亦有规矩准绳焉。”意思是说：水面即使平静，也有波纹存在；天平虽然平正，结果也会有偏差；尺寸即使已经对齐，读数也会有谬误。没有仪器不能进行测量，使用仪器必须遵守相应的操作规则。这段话形象地表明了古人在误差理论上获得的一个重要认识：在测量中，误差不可避免。同时，它也强调了遵守操作规则的重要性。
实际上，比《淮南子》的时代更早，古人已经有了类似的认识。例如秦始皇统一度量衡后，不但建立了严格的检定制度，秦朝法律还十分详细地规定了度量衡器具在使用中的允许误差范围，这表明古人在实践中已经意识到误差不可避免，《淮南子》的贡献在于它明确说明了这一点。
当然，并非所有种类的误差都不可避免。例如不遵守操作规则而导致的过失误差就是可以避免的。荀子就曾列举过过失误差的例子。他说：在天平没有调平衡的情况下，把重物悬挂在仰着的一侧，人们会觉得它轻；把轻东西悬挂在垂着的一侧，人们会觉得它重。这种情况下得到的结果，就是不正确的。荀子所指出的这种误差，在实践中当然应该予以避免。
在测量中，误差虽然不可避免，但却可以尽量降低。要做到这一点，测量仪器的选择十分重要。不同的测具，有不同的精度，适用于不同的范围，如果选择不当，就会使测量精度下降，甚者使测量无法进行。《慎子》曾经举例说明过选择测具的重要性。该书说，如果用钧、石这样大的砝码去称量只有锱、铢那样重的物体，即使让像大禹那样的圣人去操作，也将茫然不识。这是由于测具不当，单位过大，使得测量无法进行的缘故。
