探究温度误差对长度计量的影响

陈炼

东华计量测试研究院 江西南昌 330029

我国各行各业发展迅速，对于基础工作精度要求越来越高。而在长度测量过程中很多情况都需要将测量精确控制到毫米乃至微米范围。温度对于长度计量精度影响非常大，排除人为过失造成精度误差，温度可以说是对长度测量结果影响最大的因素[1]。由于温度会造成物体热胀冷缩，所以两个温度差异很大地区进行长度测量，结果往往较大差异，为了保证各地区长度测量的准确性，势必要采用一些解决温度影响的有效措施。

1 温度误差对长度计量的影响

1.1 温度误差影响分析

长度测量需要对标准温度数值有一个明确概念，如果在测量过程中标准温度数值出现误差，对于测量结果会有较大影响，降低检测长度数值的准确性。另外被测物体表面温度测量精确性也十分重要，其数值大小也会对长度测量结果造成影响。在进行被测物体温度测量过程中，需要使用到特定测温设备，如果检测部门对被测物体及周围环境温度测量没有起到重视，测出的温度数值以及长度数值就会有较大偏差。所以对于被测物体周围环境温度的测量以及规范使用测温设备十分关键，及时了解被测物体周围温度变化原因能够对长度测量精确度有很大帮助[2]。

1.2 温度和长度的关系

在进行物体长度测量时需要用到公式△t=L×α（t-20℃）=L×α×△t。其中△t表示被测温度长度变化，从公式中我们可以看出，对长度测量精度的影响因素有被测物体长度L、与标准温度之间的偏差、被测物体膨胀系数α。一般膨胀系数以10-6/℃为单位。目前常见的被测长度物体有铜、钢、玻璃、铁、石英等。它们的膨胀系数为18.5、11.5、6~9、10.4、0.5。根据这些数据就可以计算出温度对于被测物体长度的影响。

1.3 温度对长度计量结果的影响

一般我们所指的长度数据都是针对标准温度，但是实际测量中由于环境温度会与标准温度有些不同，所以需要考虑温度偏差对长度数值的影响。实际测量中造成温度偏差的主要原因有以下几种：1.长度计量设备与被测物体之间存在温度偏差。2.长度计量设备与被测物体存在线膨胀系数差异。物体长度测量温度误差公式△t=L[α2(t2-20℃)-α1(t1-20℃)]。△t代表温度造成的长度误差；L代表被测物体在标准温度20℃下的长度；α1代表长度测量设备线膨胀系数；α2代表被测物体线膨胀系数；t1、t2代表长度测量设备与被测物体的温度。不过这个公式适用于对于长度测量有高精度要求的测试，如果测量人员对于测量结果精度要求并不高，可以将公式△t=L[α2(t2-20℃)-α1(t1-20℃)]进行简化，比如可以假设长度测量设备与被测物体的温度相同，线膨胀系数相同，那么△t就等于零。根据对公式简化我们可以得出，如果长度测量设备与被测物体温度都为20℃，那么得出的长度数值就是真是数值；如果长度测量设备与被测物体温度相同但不是20℃，那么长度测量值偏差与长度测量设备与标准温度偏差、被测

物体与长度测量设备线膨胀系数之差成正比关系；如果长度测量设备与被测物体温度与线膨胀系数都一样，那么长度测量值与真实值一样；如果长度测量设备与被测物体先膨胀系数一样，那么温度造成的长度数值偏差与长度测量设备线膨胀系数、被测物体与长度测量设备之间温度差成正比关系；如果长度测量设备温度和标准温度一样，但是被测物体温度低于标准温度[3]，那么温度造成的长度误差与被测物体线膨胀系数、被测物体与标准温度差值成正比关系；如果被测物体温度为标准温度，当长度测量设备温度低于标准温度时，温度造成的长度误差与长度测量设备线膨胀系数、长度测量设备与标准温度的差值成正比关系[4]。下面我们以测量铝材质长度为例，由于测量物品材质为铝，那么α1=24×10-6，当选用钢制长度测量设备时，那么α2=11.5×10-6，如果铝材料真实长度为100mm、长度测量设备温度为18℃，被测物体温度为21℃，那么温度所带来的长度测量误差△t=100mm×[24×10-6-6×(21℃ -20℃)-11.5×10-6(18℃-20℃)]=4.7um。

2 降低温度对长度测量影响常用措施

一般工厂在进行长度测量时，如果长度测量结果要求精度较高，那么测量温度允许的差值为0.5℃，如果长度测量结果要求精度不高，那么一般测量温度允许的差值为2℃。在标准温度允许偏差确定过程中需要考虑以下问题：（1）如果被测物体尺寸较大，那么不需要对标准温度偏差有过高要求。（2）如果被测物体与长度测量设备之间的线膨胀系数具有较大差值，那么对于标准温度偏差要求应该适当减小。另外企业在进行长度测量时，尽量保证被测物体与长度测量设备温度偏差不会太大，如果长度测量结果要求较高，可以选择尽可能将被测物体与长度测量设备温度控制在标准温度，这样温度造成的长度误差就会很小[5]。

3 结语

综上所述，随着我国科技不断发展，对于基础数据精准度的要求越来越严，因此提高物体长度测量数据结果的精确度是很多研究人员所关心的问题，在影响因素中，降低温度对测量结果的影响非常关键，所以测量人员在进行长度测量过程中需要采取有效途径控制测量环境温度误差以提高长度测量精度。