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全国真正统一度量衡是在秦始皇统一全国后（前221年），当时秦始皇颁布“一法度衡石丈尺”的诏令，使长度、容积、重量都有了统一的标准。统一后，秦朝的度制以寸、尺、丈、引为单位，以十为进位制度；量制方面以龠、合、升、斗、桶（斛）为单位，也是十进制；衡制方面以铢、两、斤、钧、石为单位，进位是二十四铢为一两，一十六两为一斤，三十斤为一钧，四钧为一石。由于度量衡在使用中受到磨损，产生偏差，秦还明令规定：“仲秋之月，一度量，平权衡，正钧石，齐斗桶”，即每年都要对度量衡进行检验，校正。
中国古代历史文献中最早的“同律度量衡”记载在《尚书·虞书·舜典》中，据传虞舜“巡游天下，封禅於泰山”，经由“协齐月日”，得以“颁示历法，同律度量衡”。当然，舜的“同律度量衡”与秦始皇的“同律度量衡”是不同的。
在交通不便、缺乏可靠的“律准”制作技术的虞舜时代，期望部落首领大范围的颁发固态形式的“律准”，显然缺乏其现实性。但是，国家是可能找到一种“非固态形式”的“律法标准”，以便荒远地区的人民，都能极为方便地找到、并且制作出属于自己的、但却符合统一标准的各种“量具”。这个“量具”就是黄钟标准音。因此，舜的“同律度量衡”，是指在全国范围内统一用乐律标准音来规范度量衡制度。
古琴第一弦（黄钟宫）丝数为9的乘方（81），而竹管黄钟的长度则是9寸（径三分），因此以黄钟定度量衡之法是：
度：黄钟之管长九寸，分作九十段，每段为一分，十分为寸，十寸为尺，十尺为丈，十丈为引。
量：黄钟之管长九寸，径三分，内空可容黍一千二百粒，名曰一龠，十龠为合，十合为升，十升为斗，十斗为斛。
秦始皇和二世诏一斤铜权，重250克
秦铁石权，权身镶嵌铜诏版，重32500克
衡：一黄钟管所容黍（一千二百粒）之重为十二铢（即一百粒黍之重为一铢），二黄钟管所容黍之重（二十四铢）为一两，十六两为斤，三十斤为钧，四钧为石。
度量衡是商品交换的必须工具，又与国家赋税收入有着直接的关系。虽然秦朝统一度量衡的目的在于保证政府的赋税收入，但它对消除各地割据势力的影响，以及促进经济发展、文化交流也起了重要作用。
紫檀乾隆六年工部营造尺
秦代形成的统一的度量衡制度，在西汉得到继承和发展。而三国、两晋，以及南北朝时期，度量衡单位量值又开始经历激烈的变化。之后近1300年时间里，度量衡的修订和管理，在单位量制基本统一的基础上稳步发展，度量衡器具技术进步，种类增多，单位名称和进位关系进一步理顺。到清末光绪二十九年规定以尺、升、两为度量衡的基本单位，终于形成了中国独特的、统一的、科学的度量衡单位制体系。宣统元年（1909），国际权度局制造了营造尺和库平两铂铱合金原器各一件，开始用国际先进计量科学技术对中国古代度量衡进行改造。历经数千年的变革，中国计量不断发展，如今已趋于国际化。