長(zhǎng)度計(jì)量檢定中溫度的影響及對(duì)策

（臺(tái)州市計(jì)量設(shè)備技術(shù)校準(zhǔn)中心，浙江臺(tái)州 318000）

從物理學(xué)角度來(lái)看，氣體、液體以及固體都具有熱脹冷縮的特性，尤其是當(dāng)溫度變化幅度較大時(shí)，這種特性表現(xiàn)尤為突出。所以，在開展長(zhǎng)度計(jì)量檢定時(shí)受溫度因素的影響，極易對(duì)檢定結(jié)果產(chǎn)生影響，使得檢定結(jié)果出現(xiàn)誤差。例如，在基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中，若用手去觸摸原本已經(jīng)調(diào)好的待測(cè)元件，2min后，使用光學(xué)儀器進(jìn)行檢測(cè)，會(huì)發(fā)現(xiàn)元件長(zhǎng)度增加?？梢姡瑴囟仁情L(zhǎng)度計(jì)量檢定中比較大的影響因素之一。因此，國(guó)家對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量檢定作出了詳細(xì)規(guī)范，同時(shí)對(duì)檢定溫度進(jìn)行了明確，通過(guò)這些規(guī)范和要求盡量降低溫度對(duì)長(zhǎng)度檢定結(jié)果的影響，使得結(jié)果更加精確。

1 標(biāo)準(zhǔn)溫度及其含義

元件尺寸測(cè)量常受到溫度的影響，從而導(dǎo)致結(jié)果發(fā)生變化，若忽略溫度的影響而直接進(jìn)行測(cè)量，所測(cè)量的結(jié)果必然存在誤差，從而失去了原有的測(cè)量意義?；诖耍徽撌菄?guó)際社會(huì)還是我國(guó)，都明確提出了計(jì)量檢定中“標(biāo)準(zhǔn)溫度”這一要求。標(biāo)準(zhǔn)溫度主要是指20℃，所以尺寸計(jì)量檢定必須要基于這一溫度條件來(lái)開展，同時(shí)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的表格設(shè)計(jì)及圖示標(biāo)注的尺寸也要依照這一溫度值進(jìn)行設(shè)定。

2 溫度對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量檢定的影響

2.1 溫度與長(zhǎng)度的關(guān)系

計(jì)量檢測(cè)工具尺寸的變化量會(huì)對(duì)檢定結(jié)果造成一定影響，而工件的長(zhǎng)度以及標(biāo)準(zhǔn)溫度的偏差αt也影響檢定結(jié)果，與此同時(shí)，檢定結(jié)果還與工件自身的變化系數(shù)α有關(guān)，這幾者之間的關(guān)系可以通過(guò)一個(gè)等式進(jìn)行表示：

αt=L×α（t-20℃）=L×α×αt[1]

上述等式中：

αt表示的是測(cè)量工具尺寸的變化量；

L表示基于標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃條件下的工具尺寸；

α表示工件的膨脹系數(shù)；

t表示工件自身的溫度。

通常情況下，不同工件材料其α值存在差異，如銅α值為18.5，鋼α值為11.5，鑄鐵α值為10.4，石英α值為0.5。

2.2 溫度對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量檢定結(jié)果的影響

通過(guò)上述式子可以得知，當(dāng)待測(cè)元件及檢定溫度均為20℃時(shí)，測(cè)量尺寸結(jié)果較為精準(zhǔn)，不會(huì)發(fā)生變化，即不存在溫度誤差；當(dāng)待測(cè)元件及檢定溫度相同，但低于或高于20℃時(shí)，待測(cè)元件的尺寸不僅會(huì)受溫度的影響，同時(shí)還會(huì)受到自身材質(zhì)的影響，因不同材質(zhì)的α值不同。若兩者溫度相同，且α值相等，此時(shí)物體尺寸不會(huì)變化，即誤差不存在。如此，就可以推斷出，當(dāng)α值相等時(shí)，待測(cè)元件的尺寸將會(huì)根據(jù)溫度的變化而變化?？梢?，溫度作為長(zhǎng)度計(jì)量中非常重要的一個(gè)影響因素，其中α是極為關(guān)鍵的。所謂線脹系數(shù)就是指固態(tài)物質(zhì)其溫度改變1℃時(shí)，其長(zhǎng)度變化與0℃時(shí)的長(zhǎng)度比，這一值僅與固態(tài)物質(zhì)的材料性質(zhì)相關(guān)，不同材料的α值不同?；谏鲜龇治?，假設(shè)有一個(gè)規(guī)格為100mm的鋼材質(zhì)零件，當(dāng)溫度每變化1℃時(shí)，零件的尺寸將會(huì)改變1μm，而且隨著溫度的增加，尺寸變化量的幅度變大[2]。

由此可見，在實(shí)驗(yàn)室條件下（即處于標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃條件，且符合溫度偏差要求），充分考慮被檢定物體與量具材料的不同α值，就可以確保不發(fā)生溫度誤差。而在室內(nèi)溫度下（即室內(nèi)溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃之間差值較大），即便是待測(cè)物體的溫度與檢定工具的溫度相同，此時(shí)溫度誤差不僅是因溫度而造成，還在于待測(cè)物體尺寸以及α值。當(dāng)待測(cè)物體的尺寸越大，且α差值越大，溫度誤差也會(huì)越大。如果處于溫度平衡狀態(tài)，且α值相同，就可以有效避免出現(xiàn)溫度誤差。

3 長(zhǎng)度計(jì)量檢定過(guò)程中溫度誤差的消除策略

3.1 明確標(biāo)準(zhǔn)溫度的允許偏差

若在開展精準(zhǔn)度較高的計(jì)量檢定工作時(shí)，如量塊檢定，通常情況下可允許的溫度偏差值在20℃±0.5℃；對(duì)于中等精準(zhǔn)度要求的計(jì)量檢定，比如校對(duì)桿的檢定，其可允許的溫度偏差在20℃±2℃；對(duì)于精準(zhǔn)度要求較低的檢定，溫度偏差控制在20℃±5℃范圍，就可以滿足0.02mm的精度測(cè)量要求。但上述溫度偏差規(guī)定僅適用于工廠的一般測(cè)量，在對(duì)不同工件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溫度的允許偏差進(jìn)行設(shè)定時(shí)，應(yīng)考慮以下幾方面問(wèn)題：（1）當(dāng)所測(cè)量的工件尺寸比較大時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)溫度的允許偏差需要適當(dāng)進(jìn)行調(diào)小處理，主要是因?yàn)楫?dāng)溫度誤差越大，工件尺寸越大時(shí)，其變化度也越大，所以會(huì)檢定結(jié)果的影響也會(huì)隨之增加，若想要確保測(cè)量的精準(zhǔn)度，就必須要盡可能縮短溫度偏差。（2）當(dāng)工件和標(biāo)準(zhǔn)器的線膨脹系數(shù)的差值比較大時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)溫度的允許偏差也應(yīng)縮小，以實(shí)現(xiàn)控制溫差的最終目的。所以，因根據(jù)工件材質(zhì)選擇與其α相近的標(biāo)準(zhǔn)器，通過(guò)對(duì)尺寸變化度的降低來(lái)使得檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

3.2 維持環(huán)境溫度的穩(wěn)定性

眾所周知，物體具有熱脹冷縮的物理特性，同一件物體在不同的溫度條件下進(jìn)行計(jì)量檢定，其尺寸測(cè)量結(jié)果都不相同。為了提高檢測(cè)結(jié)果的精確度，不僅要將溫差控制在允許范圍內(nèi)，同時(shí)還要保證計(jì)量檢定實(shí)驗(yàn)室的室內(nèi)溫度保持恒定。針對(duì)溫度相對(duì)比較穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)室而言，允許存在一定溫差，但溫差幅度不宜過(guò)大，而在測(cè)量不同物體時(shí)，必須要根據(jù)檢測(cè)相關(guān)規(guī)定做好溫差控制。若物體的長(zhǎng)度計(jì)量檢定有精確度要求，就必須要測(cè)量出物體的實(shí)際尺寸，若尺寸較大溫度變化應(yīng)控制在0.5℃/h[3]。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，必須要確保實(shí)驗(yàn)室溫度變化幅度不大，一般通過(guò)一些恒溫設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室溫度的恒定。此外，確保溫度的穩(wěn)定性還需要合理控制好室內(nèi)溫度，通常要求實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人員不超過(guò)3人，因人體活動(dòng)和體溫都會(huì)對(duì)溫度造成影響，同時(shí)盡可能降低開關(guān)門的次數(shù)，減少空氣流通，以免破壞室內(nèi)溫度的穩(wěn)定性。

3.3 避免外界溫度對(duì)檢定結(jié)果的影響

除檢測(cè)環(huán)境溫度會(huì)對(duì)物體長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響外，人體溫度也會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果。因此，在開展長(zhǎng)度計(jì)量檢定工作過(guò)程中，通常溫度設(shè)定在15℃～25℃，此時(shí)物體與人體溫度之間的差值較大，所以在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，必須要避免與需要檢定物體的直接接觸，在操作時(shí)可以佩戴手套或是使用隔熱板，盡可能避免因觸碰物體，而導(dǎo)致物體升溫，從而對(duì)長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)果造成影響。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室空調(diào)房?jī)?nèi)開展物體長(zhǎng)度計(jì)量檢定時(shí)，還要注意空調(diào)風(fēng)不能直接對(duì)準(zhǔn)物體，會(huì)造成物體溫度發(fā)生變化，使得測(cè)量結(jié)果發(fā)生誤差[4]。此外，在開展長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)時(shí)，最好選擇不透風(fēng)、不透光的房間，若實(shí)驗(yàn)條件不允許，則可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)安裝窗簾，以此來(lái)遮光遮風(fēng)。

3.4 正確使用并加強(qiáng)計(jì)量?jī)x器的養(yǎng)護(hù)

在確保檢定溫度已經(jīng)符合長(zhǎng)度計(jì)量檢定所要求的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，還需要在條件許可的情況下，盡可能選擇精準(zhǔn)度較高的測(cè)量?jī)x器。在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，不僅要確保外界和自身等因素不會(huì)造成測(cè)量誤差，同時(shí)還需要科學(xué)使用計(jì)量檢測(cè)儀器，嚴(yán)格按照檢測(cè)要求和步驟開展，確保每一個(gè)環(huán)節(jié)無(wú)誤，盡可能避免會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果的事情發(fā)生。同時(shí)，在檢測(cè)結(jié)束后還需要做好儀器養(yǎng)護(hù)工作，做好相關(guān)檢測(cè)儀器的清潔工作，并重視器械的保養(yǎng)，定期對(duì)儀器進(jìn)行檢修、調(diào)試，詳細(xì)記錄儀器的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)情況應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理，不可長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷使用儀器，以免降低儀器使用壽命，使得檢測(cè)誤差越來(lái)越大，從而阻礙后續(xù)工作的有效開展，降低檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著我國(guó)現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，各行各業(yè)都要求長(zhǎng)度計(jì)量必須保持在一個(gè)較高的精確度，因此如何采取舉措來(lái)提高計(jì)量檢定結(jié)果的準(zhǔn)確度成為大眾關(guān)注的焦點(diǎn)。而在長(zhǎng)度檢定過(guò)程中，溫度作為影響結(jié)果的重要因素之一，要想確保物件長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)果更趨于真實(shí)，就必須要做好環(huán)境溫度偏差的控制工作，將溫度偏差盡可能控制在允許范圍內(nèi)，同時(shí)通過(guò)專業(yè)、科學(xué)的計(jì)量檢定得到更加精準(zhǔn)的長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)果。