长度计量检定中温度的影响及对策

（台州市计量设备技术校准中心，浙江台州 318000）

从物理学角度来看，气体、液体以及固体都具有热胀冷缩的特性，尤其是当温度变化幅度较大时，这种特性表现尤为突出。所以，在开展长度计量检定时受温度因素的影响，极易对检定结果产生影响，使得检定结果出现误差。例如，在基础物理实验中，若用手去触摸原本已经调好的待测元件，2min后，使用光学仪器进行检测，会发现元件长度增加。可见，温度是长度计量检定中比较大的影响因素之一。因此，国家对长度计量检定作出了详细规范，同时对检定温度进行了明确，通过这些规范和要求尽量降低温度对长度检定结果的影响，使得结果更加精确。

1 标准温度及其含义

元件尺寸测量常受到温度的影响，从而导致结果发生变化，若忽略温度的影响而直接进行测量，所测量的结果必然存在误差，从而失去了原有的测量意义。基于此，不论是国际社会还是我国，都明确提出了计量检定中“标准温度”这一要求。标准温度主要是指20℃，所以尺寸计量检定必须要基于这一温度条件来开展，同时规定标准的表格设计及图示标注的尺寸也要依照这一温度值进行设定。

2 温度对长度计量检定的影响

2.1 温度与长度的关系

计量检测工具尺寸的变化量会对检定结果造成一定影响，而工件的长度以及标准温度的偏差αt也影响检定结果，与此同时，检定结果还与工件自身的变化系数α有关，这几者之间的关系可以通过一个等式进行表示：

αt=L×α（t-20℃）=L×α×αt[1]

上述等式中：

αt表示的是测量工具尺寸的变化量；

L表示基于标准温度20℃条件下的工具尺寸；

α表示工件的膨胀系数；

t表示工件自身的温度。

通常情况下，不同工件材料其α值存在差异，如铜α值为18.5，钢α值为11.5，铸铁α值为10.4，石英α值为0.5。

2.2 温度对长度计量检定结果的影响

通过上述式子可以得知，当待测元件及检定温度均为20℃时，测量尺寸结果较为精准，不会发生变化，即不存在温度误差；当待测元件及检定温度相同，但低于或高于20℃时，待测元件的尺寸不仅会受温度的影响，同时还会受到自身材质的影响，因不同材质的α值不同。若两者温度相同，且α值相等，此时物体尺寸不会变化，即误差不存在。如此，就可以推断出，当α值相等时，待测元件的尺寸将会根据温度的变化而变化。可见，温度作为长度计量中非常重要的一个影响因素，其中α是极为关键的。所谓线胀系数就是指固态物质其温度改变1℃时，其长度变化与0℃时的长度比，这一值仅与固态物质的材料性质相关，不同材料的α值不同。基于上述分析，假设有一个规格为100mm的钢材质零件，当温度每变化1℃时，零件的尺寸将会改变1μm，而且随着温度的增加，尺寸变化量的幅度变大[2]。

由此可见，在实验室条件下（即处于标准温度20℃条件，且符合温度偏差要求），充分考虑被检定物体与量具材料的不同α值，就可以确保不发生温度误差。而在室内温度下（即室内温度与标准温度20℃之间差值较大），即便是待测物体的温度与检定工具的温度相同，此时温度误差不仅是因温度而造成，还在于待测物体尺寸以及α值。当待测物体的尺寸越大，且α差值越大，温度误差也会越大。如果处于温度平衡状态，且α值相同，就可以有效避免出现温度误差。

3 长度计量检定过程中温度误差的消除策略

3.1 明确标准温度的允许偏差

若在开展精准度较高的计量检定工作时，如量块检定，通常情况下可允许的温度偏差值在20℃±0.5℃；对于中等精准度要求的计量检定，比如校对杆的检定，其可允许的温度偏差在20℃±2℃；对于精准度要求较低的检定，温度偏差控制在20℃±5℃范围，就可以满足0.02mm的精度测量要求。但上述温度偏差规定仅适用于工厂的一般测量，在对不同工件进行测量时，在对标准温度的允许偏差进行设定时，应考虑以下几方面问题：（1）当所测量的工件尺寸比较大时，标准温度的允许偏差需要适当进行调小处理，主要是因为当温度误差越大，工件尺寸越大时，其变化度也越大，所以会检定结果的影响也会随之增加，若想要确保测量的精准度，就必须要尽可能缩短温度偏差。（2）当工件和标准器的线膨胀系数的差值比较大时，标准温度的允许偏差也应缩小，以实现控制温差的最终目的。所以，因根据工件材质选择与其α相近的标准器，通过对尺寸变化度的降低来使得检测结果更加准确。

3.2 维持环境温度的稳定性

众所周知，物体具有热胀冷缩的物理特性，同一件物体在不同的温度条件下进行计量检定，其尺寸测量结果都不相同。为了提高检测结果的精确度，不仅要将温差控制在允许范围内，同时还要保证计量检定实验室的室内温度保持恒定。针对温度相对比较稳定的实验室而言，允许存在一定温差，但温差幅度不宜过大，而在测量不同物体时，必须要根据检测相关规定做好温差控制。若物体的长度计量检定有精确度要求，就必须要测量出物体的实际尺寸，若尺寸较大温度变化应控制在0.5℃/h[3]。在进行测量时，必须要确保实验室温度变化幅度不大，一般通过一些恒温设备就可以实现实验室温度的恒定。此外，确保温度的稳定性还需要合理控制好室内温度，通常要求实验室内人员不超过3人，因人体活动和体温都会对温度造成影响，同时尽可能降低开关门的次数，减少空气流通，以免破坏室内温度的稳定性。

3.3 避免外界温度对检定结果的影响

除检测环境温度会对物体长度计量检测结果产生影响外，人体温度也会影响检测结果。因此，在开展长度计量检定工作过程中，通常温度设定在15℃～25℃，此时物体与人体温度之间的差值较大，所以在实际测量过程中，必须要避免与需要检定物体的直接接触，在操作时可以佩戴手套或是使用隔热板，尽可能避免因触碰物体，而导致物体升温，从而对长度测量结果造成影响。同时，在实验室空调房内开展物体长度计量检定时，还要注意空调风不能直接对准物体，会造成物体温度发生变化，使得测量结果发生误差[4]。此外，在开展长度计量检测时，最好选择不透风、不透光的房间，若实验条件不允许，则可以在实验室内安装窗帘，以此来遮光遮风。

3.4 正确使用并加强计量仪器的养护

在确保检定温度已经符合长度计量检定所要求的标准时，还需要在条件许可的情况下，尽可能选择精准度较高的测量仪器。在整个测量过程中，不仅要确保外界和自身等因素不会造成测量误差，同时还需要科学使用计量检测仪器，严格按照检测要求和步骤开展，确保每一个环节无误，尽可能避免会影响检测结果的事情发生。同时，在检测结束后还需要做好仪器养护工作，做好相关检测仪器的清洁工作，并重视器械的保养，定期对仪器进行检修、调试，详细记录仪器的各项数据，一旦发现情况应及时进行处理，不可长时间超负荷使用仪器，以免降低仪器使用寿命，使得检测误差越来越大，从而阻碍后续工作的有效开展，降低检测结果的精准度。

4 结语

总而言之，随着我国现代科技的不断发展，各行各业都要求长度计量必须保持在一个较高的精确度，因此如何采取举措来提高计量检定结果的准确度成为大众关注的焦点。而在长度检定过程中，温度作为影响结果的重要因素之一，要想确保物件长度测量结果更趋于真实，就必须要做好环境温度偏差的控制工作，将温度偏差尽可能控制在允许范围内，同时通过专业、科学的计量检定得到更加精准的长度测量结果。