溫度誤差對長度計量的影響簡析

廖小蘭 盧錦金 吳汶桂

（玉林市計量測試所 廣西玉林 537000）

溫度誤差對長度計量的影響簡析

廖小蘭 盧錦金 吳汶桂

（玉林市計量測試所 廣西玉林 537000）

由于溫度變化能引起物體的熱脹冷縮，因此在長度計量中溫度誤差對測量結(jié)果的影響尤為顯著。在本文中對溫度誤差給長度計量帶來的影響進(jìn)行分析，希望讓更多的同行業(yè)者集思廣益，共同關(guān)注這個課題。

溫度誤差；長度計量；影響；分析

長度計量在工業(yè)制造、產(chǎn)品生產(chǎn)以及平日生活中隨處可見，為保障長度計量的精確性，不但需要保證量值傳遞的精確性；還應(yīng)對計量儀器的檢定以及具體測量模式進(jìn)行權(quán)衡，最好訂制一套行之有效的測量準(zhǔn)則。在對長度計量檢定和校準(zhǔn)中，工件尺寸誤差是一個不可或缺參數(shù)，由于溫度的改變能引起工件的膨縮現(xiàn)象。因此，溫度對長度計量測量結(jié)果的影響尤為顯著，而其它因素如濕度、振動、灰塵、腐蝕性氣體、氣流等對其測量結(jié)果的影響則較小。由此可見，溫度誤差會導(dǎo)致長度計量準(zhǔn)確性的降低，因此，為了確保長度計量的準(zhǔn)確性，應(yīng)將溫度誤差控制在適宜的范疇內(nèi)。

1 溫度誤差產(chǎn)生的原由解析

為了滿足量值傳遞統(tǒng)一的要求，在長度計量中要求溫度應(yīng)盡量滿足國標(biāo)溫度20℃，使溫度偏差在長度計量中的影響降至最低。為減少溫度誤差對長度計量精度的影響，必須對溫度誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行解析，以便從源頭上控制溫度誤差。調(diào)研結(jié)果顯示：溫度和長度尺寸間有著以下表達(dá)式（1）的關(guān)系：

式中：△L-物件尺寸變化量；L-物件尺寸大小；a-物件線膨脹系數(shù)（1/℃）；t-物件溫度（℃）。

如果被測物件溫度與標(biāo)準(zhǔn)器的溫度偏離20℃，溫度引發(fā)的測量誤差用下列表達(dá)式（2）表示：

式中：△L-溫度改變而引出的測量誤差；L-被測物件尺寸大小；al、a2-被測物件與標(biāo)準(zhǔn)器材料的線膨脹系數(shù)（1/℃）；tl、t2-被測物件與標(biāo)準(zhǔn)器的溫度（℃）。

由此可見：當(dāng)被測物件溫度t1與標(biāo)準(zhǔn)器溫度t2都是20℃時，溫差不存在，即溫度誤差等于零；當(dāng)被測物件溫度t1與標(biāo)準(zhǔn)器溫度t2偏離國標(biāo)溫度20℃時，被測物件尺寸大小的改變量伴隨溫差的增大而增大；當(dāng)被測物件溫度t1恰好是20℃的時候，而標(biāo)準(zhǔn)器溫度t2大于20℃的時候，被側(cè)物件尺寸大小伴隨標(biāo)準(zhǔn)器溫度t2與20℃的差值、標(biāo)準(zhǔn)器的線膨脹系數(shù)a2增大而減小；當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)器溫度t2恰好為20℃的時候，被測物件尺寸大小隨被測物體溫度t1與20℃差值、標(biāo)準(zhǔn)器的線膨脹系數(shù)a2的增加而降低。

表達(dá)式（2）能夠演變成表達(dá)式（3）：

這時，溫度引起的測量結(jié)果誤差能夠由表達(dá)式（3）分為兩類誤差：①被測物件與標(biāo)準(zhǔn)器兩者間材質(zhì)不同致使線膨脹系數(shù)不同而引起的測量誤差；②被測物件與標(biāo)準(zhǔn)溫度有偏差致使熱脹冷縮現(xiàn)象，進(jìn)而引起測量誤差。假如要長度計量中的測量誤差，應(yīng)在被測物件與標(biāo)準(zhǔn)器的選材上盡量保持一致，讓兩者間的線膨脹系數(shù)能夠一致，保障溫度一致，盡可能使溫度誤差對長度計量測量結(jié)果的影響降至最低。

2 溫度誤差在長度測量中的管控

如果要控制或者清除長度計量中的溫度誤差，在測量之前就必須選擇適宜的實驗環(huán)境溫度。對被測物件進(jìn)行測量時，實驗環(huán)境溫度的選擇取決于被測物體的實際尺寸、精度等級、材質(zhì)等方面。在長度計量中溫度條件如下為宜：

2.1 明確測量溫度的允許誤差

在長度測量中對不同被測物件要求的溫度環(huán)境有所不同，但是必須遵循相關(guān)的檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范的要求，不得超出溫度允許誤差范圍。同時，測量時必須重視的是：假如被測物件的工作尺寸偏大，那溫度偏差應(yīng)相應(yīng)的減小。假如溫度偏差已經(jīng)超出允許范疇，則說明被測物體尺寸有大幅度改變，測量的準(zhǔn)確度一定受到較大影響，此次測量結(jié)果無效。因此，在長度計量中應(yīng)嚴(yán)加控制溫度誤差，以保證測量結(jié)果的精確度。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)器和被測物件間的線膨脹系數(shù)差異較大時，也減小溫度的允許誤差以保證測量結(jié)果的精確度。

2.2 維持環(huán)境溫度的穩(wěn)定性

由于物體有熱脹冷縮的特性，所以同一物體在不同的溫度下所測得的尺寸也有所不同，為了保證測量結(jié)果的精確度，除確保溫度應(yīng)在允許誤差范圍內(nèi)以外，還應(yīng)保證實驗環(huán)境溫度的穩(wěn)定性。對實驗環(huán)境溫度穩(wěn)定性的需求是：溫度允許有一定的變化量，單不能產(chǎn)生明顯的突發(fā)改變，不同物件測量時允許的溫度的變化量應(yīng)符合相關(guān)檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范中的要求。假如對物件的測量有精準(zhǔn)度方面的需求抑或被測物件尺寸較大時，溫度的改變量要控制在0.5℃/h。

在測量中要盡可能維持實驗環(huán)境溫度的穩(wěn)定性，一般是通過恒溫設(shè)備空調(diào)來保持實驗室溫度的穩(wěn)定性；除此之外，要維持溫度的穩(wěn)定性，還應(yīng)控制實驗室室內(nèi)人員的數(shù)量，進(jìn)入實驗室人員數(shù)量一般控制在3人以內(nèi)，這是因為人的體溫、活動能夠引起室內(nèi)溫度變化，門的開啟或關(guān)閉的次數(shù)也應(yīng)盡可能少，另外，要注意溫度穩(wěn)定性會遭到空氣流動的干擾，因此，在長度計量中恒溫設(shè)備以中央空調(diào)為最佳。對于精度較低的被測物件可進(jìn)行現(xiàn)場測量，現(xiàn)場測量時由于條件的約束，對測量人員的要求只是盡可能少觸碰被測物件，將人體本身的溫度影響降到最低限度，對測量結(jié)果的影響程度降至最小。

2.3 被測物件與標(biāo)準(zhǔn)器溫度的一致性

對長度計量中，為了使測量結(jié)果誤差減小，在測量之前就應(yīng)將被測物件與標(biāo)準(zhǔn)器在實驗室內(nèi)恒溫一段時間，使被測物件與標(biāo)準(zhǔn)器溫度盡量保持一致，并且盡可能的接近國標(biāo)溫度20℃。不同精度的被測物件要求恒溫的時間各有差異，精度越高要求時間越長，達(dá)到最佳的等溫效果，保證測量結(jié)果的精確度。

3 結(jié)束語

科學(xué)技術(shù)的日新月異，工程機(jī)械的不斷進(jìn)步，對長度計量儀器的要求也更為苛刻，傳統(tǒng)的游標(biāo)類量具、測微類量具等已經(jīng)被高精度的測長機(jī)、坐標(biāo)測量機(jī)等取代，高精度的測量儀器對環(huán)境溫度要求更為苛刻。為了保證檢測數(shù)據(jù)的可靠性，必須控制好實驗環(huán)境溫度，而怎樣減小溫度誤差對長度計量的影響，是未來一段時間的主要課題。

[1]張克.溫度計量實驗室能力建設(shè)參考——標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計檢定裝置[J].中國計量，2012（5）：53～54.

[2]張佳佳，孟憲羅，蔣濤，等.氣象計量自動化溫度檢定系統(tǒng)中的圖像預(yù)處理研究[J].圖學(xué)學(xué)報，2015（3）：352～355.

[3]張務(wù)鐸，趙玉敏.加強(qiáng)熱能表過程質(zhì)量控制提高產(chǎn)品全計量性能合格率[J].中國計量，2012（1）：96～97.

[4]焦永剛，夏國棟，周明正，等.基于“平面前鋒”啟動模型的計量用鈉熱管啟動特性[J].化工學(xué)報，2012，63（3）：781～787.

TB921

A

1004-7344（2016）03-0305-01

2016-1-10