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行分析，希望讓更多的同行業者集思廣益，共同關注這個課題。

溫度誤差；長度計量；影響；分析

長度計量在工業制造、產品生產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；還應對計量儀器的檢定以及具體測量模式進行權衡，最好訂制一套行之有效的測量準則。在對長度計量檢定和校準中，工件尺寸誤差是一個不可或缺參數，由于溫度的改變能引起工件的膨縮現象。因此，溫度對長度計量測量結果的影響尤為顯著，而其它因素如濕度、振動、灰塵、腐蝕性氣體、氣流等對其測量結果的影響則較小。由此可見，溫度誤差會導致長度計量準確性的降低，因此，為了確保長度計量的準確性，應將溫度誤差控制在適宜的范疇內。

1 溫度誤差產生的原由解析

為了滿足量值傳遞統一的要求，在長度計量中要求溫度應盡量滿足國標溫度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，必須對溫度誤差產生的原因進行解析，以便從源頭上控制溫度誤差。調研結果顯示：溫度和長度尺寸間有著以下表達式（1）的關系：

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（1/℃）；t-物件溫度（℃）。

如果被測物件溫度與標準器的溫度偏離20℃，溫度引發的測量誤差用下列表達式（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-被測物件與標準器材料的線膨脹系數（1/℃）；tl、t2-被測物件與標準器的溫度（℃）。

由此可見：當被測物件溫度t1與標準器溫度t2都是20℃時，溫差不存在，即溫度誤差等于零；當被測物件溫度t1與標準器溫度t2偏離國標溫度20℃時，被測物件尺寸大小的改變量伴隨溫差的增大而增大；當被測物件溫度t1恰好是20℃的時候，而標準器溫度t2大于20℃的時候，被側物件尺寸大小伴隨標準器溫度t2與20℃的差值、標準器的線膨脹系數a2增大而減小；當標準器溫度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、標準器的線膨脹系數a2的增加而降低。

表達式（2）能夠演變成表達式（3）：

這時，溫度引起的測量結果誤差能夠由表達式（3）分為兩類誤差：①被測物件與標準器兩者間材質不同致使線膨脹系數不同而引起的測量誤差；②被測物件與標準溫度有偏差致使熱脹冷縮現象，進而引起測量誤差。假如要長度計量中的測量誤差，應在被測物件與標準器的選材上盡量保持一致，讓兩者間的線膨脹系數能夠一致，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境溫度。對被測物件進行測量時，實驗環境溫度的選擇取決于被測物體的實際尺寸、精度等級、材質等方面。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境有所不同，但是必須遵循相關的檢定規程或校準規范的要求，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，那溫度偏差應相應的減小。假如溫度偏差已經超出允許范疇，則說明被測物體尺寸有大幅度改變，測量的準確度一定受到較大影響，此次測量結果無效。因此，在長度計量中應嚴加控制溫度誤差，以保證測量結果的精確度。當標準器和被測物件間的線膨脹系數差異較大時，也減小溫度的允許誤差以保證測量結果的精確度。

2.2 維持環境溫度的穩定性

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，為了保證測量結果的精確度，除確保溫度應在允許誤差范圍內以外，還應保證實驗環境溫度的穩定性。對實驗環境溫度穩定性的需求是：溫度允許有一定的變化量，單不能產生明顯的突發改變，不同物件測量時允許的溫度的變化量應符合相關檢定規程或校準規范中的要求。假如對物件的測量有精準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境溫度的穩定性，一般是通過恒溫設備空調來保持實驗室溫度的穩定性；除此之外，要維持溫度的穩定性，還應控制實驗室室內人員的數量，進入實驗室人員數量一般控制在3人以內，這是因為人的體溫、活動能夠引起室內溫度變化，門的開啟或關閉的次數也應盡可能少，另外，要注意溫度穩定性會遭到空氣流動的干擾，因此，在長度計量中恒溫設備以中央空調為最佳。對于精度較低的被測物件可進行現場測量，現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，對測量結果的影響程度降至最小。

2.3 被測物件與標準器溫度的一致性

對長度計量中，為了使測量結果誤差減小，在測量之前就應將被測物件與標準器在實驗室內恒溫一段時間，使被測物件與標準器溫度盡量保持一致，并且盡可能的接近國標溫度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，達到最佳的等溫效果，保證測量結果的精確度。

3 結束語

科學技術的日新月異，工程機械的不斷進步，對長度計量儀器的要求也更為苛刻，傳統的游標類量具、測微類量具等已經被高精度的測長機、坐標測量機等取代，高精度的測量儀器對環境溫度要求更為苛刻。為了保證檢測數據的可靠性，必須控制好實驗環境溫度，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。

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1004-7344（2016）03-0305-01

2016-1-10