長度計量檢定中溫度的影響及對策

（臺州市計量設備技術校準中心，浙江臺州 318000）

從物理學角度來看，氣體、液體以及固體都具有熱脹冷縮的特性，尤其是當溫度變化幅度較大時，這種特性表現尤為突出。所以，在開展長度計量檢定時受溫度因素的影響，極易對檢定結果產生影響，使得檢定結果出現誤差。例如，在基礎物理實驗中，若用手去觸摸原本已經調好的待測元件，2min后，使用光學儀器進行檢測，會發現元件長度增加。可見，溫度是長度計量檢定中比較大的影響因素之一。因此，國家對長度計量檢定作出了詳細規范，同時對檢定溫度進行了明確，通過這些規范和要求盡量降低溫度對長度檢定結果的影響，使得結果更加精確。

1 標準溫度及其含義

元件尺寸測量常受到溫度的影響，從而導致結果發生變化，若忽略溫度的影響而直接進行測量，所測量的結果必然存在誤差，從而失去了原有的測量意義。基于此，不論是國際社會還是我國，都明確提出了計量檢定中“標準溫度”這一要求。標準溫度主要是指20℃，所以尺寸計量檢定必須要基于這一溫度條件來開展，同時規定標準的表格設計及圖示標注的尺寸也要依照這一溫度值進行設定。

2 溫度對長度計量檢定的影響

2.1 溫度與長度的關系

計量檢測工具尺寸的變化量會對檢定結果造成一定影響，而工件的長度以及標準溫度的偏差αt也影響檢定結果，與此同時，檢定結果還與工件自身的變化系數α有關，這幾者之間的關系可以通過一個等式進行表示：

αt=L×α（t-20℃）=L×α×αt[1]

上述等式中：

αt表示的是測量工具尺寸的變化量；

L表示基于標準溫度20℃條件下的工具尺寸；

α表示工件的膨脹系數；

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 溫度對長度計量檢定結果的影響

通過上述式子可以得知，當待測元件及檢定溫度均為20℃時，測量尺寸結果較為精準，不會發生變化，即不存在溫度誤差；當待測元件及檢定溫度相同，但低于或高于20℃時，待測元件的尺寸不僅會受溫度的影響，同時還會受到自身材質的影響，因不同材質的α值不同。若兩者溫度相同，且α值相等，此時物體尺寸不會變化，即誤差不存在。如此，就可以推斷出，當α值相等時，待測元件的尺寸將會根據溫度的變化而變化。可見，溫度作為長度計量中非常重要的一個影響因素，其中α是極為關鍵的。所謂線脹系數就是指固態物質其溫度改變1℃時，其長度變化與0℃時的長度比，這一值僅與固態物質的材料性質相關，不同材料的α值不同。基于上述分析，假設有一個規格為100mm的鋼材質零件，當溫度每變化1℃時，零件的尺寸將會改變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，在實驗室條件下（即處于標準溫度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，就可以確保不發生溫度誤差。而在室內溫度下（即室內溫度與標準溫度20℃之間差值較大），即便是待測物體的溫度與檢定工具的溫度相同，此時溫度誤差不僅是因溫度而造成，還在于待測物體尺寸以及α值。當待測物體的尺寸越大，且α差值越大，溫度誤差也會越大。如果處于溫度平衡狀態，且α值相同，就可以有效避免出現溫度誤差。

3 長度計量檢定過程中溫度誤差的消除策略

3.1 明確標準溫度的允許偏差

若在開展精準度較高的計量檢定工作時，如量塊檢定，通常情況下可允許的溫度偏差值在20℃±0.5℃；對于中等精準度要求的計量檢定，比如校對桿的檢定，其可允許的溫度偏差在20℃±2℃；對于精準度要求較低的檢定，溫度偏差控制在20℃±5℃范圍，就可以滿足0.02mm的精度測量要求。但上述溫度偏差規定僅適用于工廠的一般測量，在對不同工件進行測量時，在對標準溫度的允許偏差進行設定時，應考慮以下幾方面問題：（1）當所測量的工件尺寸比較大時，標準溫度的允許偏差需要適當進行調小處理，主要是因為當溫度誤差越大，工件尺寸越大時，其變化度也越大，所以會檢定結果的影響也會隨之增加，若想要確保測量的精準度，就必須要盡可能縮短溫度偏差。（2）當工件和標準器的線膨脹系數的差值比較大時，標準溫度的允許偏差也應縮小，以實現控制溫差的最終目的。所以，因根據工件材質選擇與其α相近的標準器，通過對尺寸變化度的降低來使得檢測結果更加準確。

3.2 維持環境溫度的穩定性

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行計量檢定，其尺寸測量結果都不相同。為了提高檢測結果的精確度，不僅要將溫差控制在允許范圍內，同時還要保證計量檢定實驗室的室內溫度保持恒定。針對溫度相對比較穩定的實驗室而言，允許存在一定溫差，但溫差幅度不宜過大，而在測量不同物體時，必須要根據檢測相關規定做好溫差控制。若物體的長度計量檢定有精確度要求，就必須要測量出物體的實際尺寸，若尺寸較大溫度變化應控制在0.5℃/h[3]。在進行測量時，必須要確保實驗室溫度變化幅度不大，一般通過一些恒溫設備就可以實現實驗室溫度的恒定。此外，確保溫度的穩定性還需要合理控制好室內溫度，通常要求實驗室內人員不超過3人，因人體活動和體溫都會對溫度造成影響，同時盡可能降低開關門的次數，減少空氣流通，以免破壞室內溫度的穩定性。

3.3 避免外界溫度對檢定結果的影響

除檢測環境溫度會對物體長度計量檢測結果產生影響外，人體溫度也會影響檢測結果。因此，在開展長度計量檢定工作過程中，通常溫度設定在15℃～25℃，此時物體與人體溫度之間的差值較大，所以在實際測量過程中，必須要避免與需要檢定物體的直接接觸，在操作時可以佩戴手套或是使用隔熱板，盡可能避免因觸碰物體，而導致物體升溫，從而對長度測量結果造成影響。同時，在實驗室空調房內開展物體長度計量檢定時，還要注意空調風不能直接對準物體，會造成物體溫度發生變化，使得測量結果發生誤差[4]。此外，在開展長度計量檢測時，最好選擇不透風、不透光的房間，若實驗條件不允許，則可以在實驗室內安裝窗簾，以此來遮光遮風。

3.4 正確使用并加強計量儀器的養護

在確保檢定溫度已經符合長度計量檢定所要求的標準時，還需要在條件許可的情況下，盡可能選擇精準度較高的測量儀器。在整個測量過程中，不僅要確保外界和自身等因素不會造成測量誤差，同時還需要科學使用計量檢測儀器，嚴格按照檢測要求和步驟開展，確保每一個環節無誤，盡可能避免會影響檢測結果的事情發生。同時，在檢測結束后還需要做好儀器養護工作，做好相關檢測儀器的清潔工作，并重視器械的保養，定期對儀器進行檢修、調試，詳細記錄儀器的各項數據，一旦發現情況應及時進行處理，不可長時間超負荷使用儀器，以免降低儀器使用壽命，使得檢測誤差越來越大，從而阻礙后續工作的有效開展，降低檢測結果的精準度。

4 結語

總而言之，隨著我國現代科技的不斷發展，各行各業都要求長度計量必須保持在一個較高的精確度，因此如何采取舉措來提高計量檢定結果的準確度成為大眾關注的焦點。而在長度檢定過程中，溫度作為影響結果的重要因素之一，要想確保物件長度測量結果更趨于真實，就必須要做好環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，同時通過專業、科學的計量檢定得到更加精準的長度測量結果。