溫度對長度計量檢定的影響研究

李振宇

（忻州市綜合檢驗檢測中心，山西 忻州 034000）

0 引言

隨著社會的發展和行業的進步，長度計量工作逐漸得到更多重視和廣泛應用，長度測量精度對于后續工作質量、開展情況等有著直接影響，甚至是關乎工作成功與否的決定性因素。而溫度則是影響長度計量準確程度的重要因素，在熱脹冷縮的影響之下，長度計量檢定精度控制難度較高。因此，為保障長度計量檢定的準確性，加強對于溫度影響以及控制措施的研究是十分有必要的。

1 長度計量檢定

1.1 計量工具

長度計量工具種類較多，對于不同的測量對象，需要使用的長度工具也各不相同。如在測量直線物體長度的情況下，會選擇直尺、量塊；在測量物體表面平整度時，通常會使用靠尺、塞尺等，此外，長度計量工具還包括卷尺、游標卡尺、千分尺等。

1.2 誤差要求

在實際展開長度計量檢測的過程中，由于溫度會對計量結果產生影響，因此，對檢測環境溫度有著明確的要求，應使被測工件在測量環境下停留足夠長的時間，被測工件、儀器和其周圍空氣溫度達到均勻一致，并維持穩定[1]。以三等金屬線紋尺檢定工作為例，在檢定過程中，相關檢定條件以及誤差允許值如表1 所示。

表1 檢定條件及誤差允許范圍

2 溫度與長度計量關系的理論分析

溫度對于物體的長度影響主要體現為熱脹冷縮，因此溫度的改變會導致物體長度發生變化。溫度與長度計量的關系如式（1）所示。

式中：ΔL——物體長度變化量；L——20℃下的工件尺寸；K——工件膨脹系數；t——環境溫度；20——標準環境溫度20℃。

由式（1）可知，長度計量結果不僅會受到環境溫度的影響，還會受到工件種類的影響，不同工件的膨脹系數各不相同，如銅的膨脹系數為18.5×10-6/℃，鋼的膨脹系數為11.5×10-6/℃。

3 長度計量檢定過程中溫度誤差形成的原因及影響分析

3.1 溫度誤差形成原因

根據式（1），在實際進行長度計量的過程中，若實際溫度與標準溫度之間存在偏差，就會出現測量誤差。造成溫度誤差的主要原因包括以下兩種。

（1）被檢工件與檢定工具存在溫差。不僅環境溫度不符合標準溫度要求可能會造成測量誤差，若被檢工件與檢定工具存在溫度差，也會引起測量偏差。由式（1）可知，當被檢工件溫度與檢定工具存在溫差時，被檢工件的長度檢定結果會產生大的偏差，同理，當檢定工具溫度與標準溫度存在溫差時，檢定工具自身長度也會變化。

（2）工件與計量器具膨脹系數差異。在高精度、形狀簡單的長度計量檢定的過程中，難以保障檢定工具與被測工件的材質完全相同，這就會使得二者膨脹系數不同，在二者均發生長度變化的情況下，實際計量檢定結果的偏差將會更大。根據式（1）可得到測量偏差，如式（2）所示。

式中：ΔL——測量結果長度變化量；L——20℃下的工件尺寸；K1——被檢工件膨脹系數；t1——工件溫度；K2——檢定工具膨脹系數；t2——檢定工具溫度。

3.2 溫度對長度計量檢定的影響

根據上述分析可知，溫度對長度計量檢定的影響主要包括以下6 種情況。

（1）當被檢工件與檢定工具溫度均為20℃時，溫度差為0，由溫度產生的誤差也為0。

（2）當被檢工件與檢定工具溫度相同，但是不等于20℃時，影響溫度誤差的主要因素為兩種材料膨脹系數之差，即膨脹系數差異越大，那么測量結果溫度偏差越大。

（3）當被檢工件與檢定工具溫度相同，膨脹系數相同時，所產生的溫度誤差為0[2]。

（4）當被檢工件與檢定工具膨脹系數相同時，溫度不同時，則溫度誤差主要受到兩種材料溫度差的影響，被檢工件與檢定工具之間的溫度差越大，所產生的溫度誤差越大。

（5）當檢定工具溫度為20℃，且與被檢工件溫度不相等時，則溫度誤差主要受被檢工件的溫度和膨脹系數影響，膨脹系數越大、被檢工件與檢定工具差越大，則溫度誤差越大。

（6）當被檢工件溫度為20℃，且與檢定工具溫度不相等時，則溫度誤差主要受檢定工具溫度和膨脹系數影響，二者與溫度誤差呈正相關。

4 減小溫度對長度計量檢定影響的建議

4.1 確定標準溫度允許偏差

為減少溫度對于長度計量檢定的影響，需要結合實際計量要求，確定標準溫度影響偏差，以此將溫度誤差控制在可接受范圍之內。通常工廠測量時，不同精度要求，溫度允許偏差不同，詳細要求如表2 所示。

表2 不同測量精度下溫度允許偏差

除此之外，在實際進行長度計量檢定的過程中，還應加強對于以下要點的重視，強化溫度允許偏差控制。①對于尺寸較大的被檢工件，溫度對于工件尺寸變化量的影響較大，因此，在測量時應適當減小溫度允許偏差。②若被檢工件與檢定工具之間膨脹系數差異較大，應適當減少溫度允許偏差，以此減小溫度誤差，此外，在條件允許的情況下，為縮小溫度誤差，應盡量選擇與被檢工件膨脹系數接近的檢定工具，以此保障測量結果的準確性。

4.2 加強環境溫度誤差控制

4.2.1 加強測量溫度控制

由式（1）和式（2）可知，環境溫度對長度計量檢定有著重要的影響，因此，為保障測量結果的精確度，應加強對于測量溫度的控制，盡量使其與標準溫度保持一致。與此同時，還應確保測量過程中，環境溫度的穩定性，避免溫度發生突然變化，尤其是在高精度測量活動當中，環境溫度變化應控制在0.5℃以內。對此，可通過在環境當中使用恒溫裝置實現溫度控制，并定時測量室內溫度。除此之外，需要盡量減少開關門次數，以免由于空氣流動影響環境溫度。

4.2.2 降低空調接觸影響

在實際展開長度計量檢定的過程中，為保持室內溫度恒定，通常會使用變頻空調維持溫度，以此保障測量結果的準確度。變頻空調的使用較為方便，能夠將室內溫度維持在20℃，而且對于環境溫度的變化控制效果也較好，可滿足實際測量需求。但是值得注意的是，在空調運作的過程中，為保持室內溫度恒定，空調吹出的溫度通常會與室內溫度之間存在差異。因此，在使用空調的過程中，應避免空調風與被檢工件或者檢定工具直接接觸。此外，值得注意的是，為節約用電，空調在平常處于關閉狀態，只有在進行計量檢定時才會打開，這就需要一段時間才能夠將室內溫度調整到符合檢測要求的溫度，因此，需要為室內溫度的調控預留充足的時間，在變頻空調運行3～4h，室內溫度符合測量要求，并達到穩定狀態后，方可開始進行長度計量。

4.2.3 規避自然因素影響

自然因素主要指的是陽光和空氣流動，眾所周知，陽光和空氣流動都會影響環境溫度，導致測量溫度升高或者下降，增加溫度誤差。因此，在長度計量檢定的過程中，應選擇不通風、不透光的房間，或者拉上窗簾、密閉門窗，以免陽光、流動的空氣等直接與被檢工件和檢定工具接觸，增加長度變量[3]。

4.3 控制工具與待測物溫度

由式（2）以及溫度對長度的影響分析結果可知，被檢工件與檢定工具的溫度也是影響溫度誤差的關鍵原因之一，被檢工件與檢定工具的溫度差越小，越接近標準溫度，所產生的溫度誤差越小，測量結果精度越高。因此，在實際檢測過程中，應加強對于被檢工件以及檢定工具溫度的控制。

一方面，應盡量保障被檢工件與檢定工具溫度一致。對此，應結合被檢工件自身尺寸大小，合理制定相應溫度控制策略，若工件尺寸較大，應盡量縮短各部分溫度偏差，以免增加溫度誤差，并經過等溫處理后，方可展開測量。在對工件和檢定工具放置在平板上恒溫處理的過程中，可參考如下數據：①對于長度不足1m的被檢工件，恒溫處理時間可在1.5h 左右。②對于長度在1～3m 的被檢工件，恒溫處理時間應在2.5h 左右。③對于長度在3m 以上的被檢工件，恒溫處理時間應在3.5h 左右。④對于體積較大的被檢工件，恒溫處理時間應在24h 左右，以此保障恒溫處理效果，避免工件內部與表面存在過大溫度差，影響長度計量結果的準確性[4]。

另一方面，減少操作過程中人體溫度對于被檢工件與檢定工具溫度的影響。人體溫度多處于36℃狀態下，相較于標準溫度的20℃，人體溫度較高，在測量的過程中，若直接用手觸碰工件或者器具，將會影響測量結果，造成較大的溫度誤差。因此，在實際測量過程中，應佩戴手套或者使用隔熱板進行操作，以免直接觸碰工件和計量器具。

4.4 正確使用長度計量儀器

為保障長度計量檢定的準確性，在實際測量的過程中，應正確使用計量儀器，同時做好儀器養護工作。

（1）在測量過程中，應避免人體與計量器具直接接觸，同時嚴格按照使用說明書進行操作，最大程度上減少溫度變化對于計量器具的影響。

（2）加強計量器具的養護管理，避免器具由于保管、養護不當計量精度下降，影響計量結果的準確性。對此，在實際養護的過程中，應使用長纖維脫脂棉、白細布等材質較為柔軟的布料擦拭。對于長時間不適用的長度計量器具，應涂抹防銹油，避免生銹影響使用。同時，還應做好器具的保存工作，避免由于外界因素使得器具遭受損壞影響，如磕碰、摔落等。

4.5 選擇精度高的計量工具

計量器具本身的精度也是影響測量結果準確性的因素之一，由于溫度對于計量器具的精準度影響較大，因此，為縮小溫度誤差，應選用精度較高的長度計量工具，不僅能夠有效提高測量工作的準確度，同時還可以實現對于溫度誤差的有效控制，保障工作成效[5]。

5 結語

溫度是影響長度計量檢定精準程度的主要因素，環境溫度、待測工件溫度、計量器具溫度，以及工件和器具的膨脹系數等都會影響計量結果，產生溫度誤差。在實際進行長度計量檢定的過程中，應先確定標準溫度允許偏差，控制好環境溫度、待測工件溫度以及計量器具溫度，減少由于陽光、空氣流動、空調以及人體溫度等引起的溫度變化問題，嚴格按照計量器具使用說明書進行操作，同時還應選擇精度較高、保養得當的計量工具，全面加強對于溫度誤差的控制。