温度对长度计量检定的影响研究

李振宇

（忻州市综合检验检测中心，山西 忻州 034000）

0 引言

随着社会的发展和行业的进步，长度计量工作逐渐得到更多重视和广泛应用，长度测量精度对于后续工作质量、开展情况等有着直接影响，甚至是关乎工作成功与否的决定性因素。而温度则是影响长度计量准确程度的重要因素，在热胀冷缩的影响之下，长度计量检定精度控制难度较高。因此，为保障长度计量检定的准确性，加强对于温度影响以及控制措施的研究是十分有必要的。

1 长度计量检定

1.1 计量工具

长度计量工具种类较多，对于不同的测量对象，需要使用的长度工具也各不相同。如在测量直线物体长度的情况下，会选择直尺、量块；在测量物体表面平整度时，通常会使用靠尺、塞尺等，此外，长度计量工具还包括卷尺、游标卡尺、千分尺等。

1.2 误差要求

在实际展开长度计量检测的过程中，由于温度会对计量结果产生影响，因此，对检测环境温度有着明确的要求，应使被测工件在测量环境下停留足够长的时间，被测工件、仪器和其周围空气温度达到均匀一致，并维持稳定[1]。以三等金属线纹尺检定工作为例，在检定过程中，相关检定条件以及误差允许值如表1 所示。

表1 检定条件及误差允许范围

2 温度与长度计量关系的理论分析

温度对于物体的长度影响主要体现为热胀冷缩，因此温度的改变会导致物体长度发生变化。温度与长度计量的关系如式（1）所示。

式中：ΔL——物体长度变化量；L——20℃下的工件尺寸；K——工件膨胀系数；t——环境温度；20——标准环境温度20℃。

由式（1）可知，长度计量结果不仅会受到环境温度的影响，还会受到工件种类的影响，不同工件的膨胀系数各不相同，如铜的膨胀系数为18.5×10-6/℃，钢的膨胀系数为11.5×10-6/℃。

3 长度计量检定过程中温度误差形成的原因及影响分析

3.1 温度误差形成原因

根据式（1），在实际进行长度计量的过程中，若实际温度与标准温度之间存在偏差，就会出现测量误差。造成温度误差的主要原因包括以下两种。

（1）被检工件与检定工具存在温差。不仅环境温度不符合标准温度要求可能会造成测量误差，若被检工件与检定工具存在温度差，也会引起测量偏差。由式（1）可知，当被检工件温度与检定工具存在温差时，被检工件的长度检定结果会产生大的偏差，同理，当检定工具温度与标准温度存在温差时，检定工具自身长度也会变化。

（2）工件与计量器具膨胀系数差异。在高精度、形状简单的长度计量检定的过程中，难以保障检定工具与被测工件的材质完全相同，这就会使得二者膨胀系数不同，在二者均发生长度变化的情况下，实际计量检定结果的偏差将会更大。根据式（1）可得到测量偏差，如式（2）所示。

式中：ΔL——测量结果长度变化量；L——20℃下的工件尺寸；K1——被检工件膨胀系数；t1——工件温度；K2——检定工具膨胀系数；t2——检定工具温度。

3.2 温度对长度计量检定的影响

根据上述分析可知，温度对长度计量检定的影响主要包括以下6 种情况。

（1）当被检工件与检定工具温度均为20℃时，温度差为0，由温度产生的误差也为0。

（2）当被检工件与检定工具温度相同，但是不等于20℃时，影响温度误差的主要因素为两种材料膨胀系数之差，即膨胀系数差异越大，那么测量结果温度偏差越大。

（3）当被检工件与检定工具温度相同，膨胀系数相同时，所产生的温度误差为0[2]。

（4）当被检工件与检定工具膨胀系数相同时，温度不同时，则温度误差主要受到两种材料温度差的影响，被检工件与检定工具之间的温度差越大，所产生的温度误差越大。

（5）当检定工具温度为20℃，且与被检工件温度不相等时，则温度误差主要受被检工件的温度和膨胀系数影响，膨胀系数越大、被检工件与检定工具差越大，则温度误差越大。

（6）当被检工件温度为20℃，且与检定工具温度不相等时，则温度误差主要受检定工具温度和膨胀系数影响，二者与温度误差呈正相关。

4 减小温度对长度计量检定影响的建议

4.1 确定标准温度允许偏差

为减少温度对于长度计量检定的影响，需要结合实际计量要求，确定标准温度影响偏差，以此将温度误差控制在可接受范围之内。通常工厂测量时，不同精度要求，温度允许偏差不同，详细要求如表2 所示。

表2 不同测量精度下温度允许偏差

除此之外，在实际进行长度计量检定的过程中，还应加强对于以下要点的重视，强化温度允许偏差控制。①对于尺寸较大的被检工件，温度对于工件尺寸变化量的影响较大，因此，在测量时应适当减小温度允许偏差。②若被检工件与检定工具之间膨胀系数差异较大，应适当减少温度允许偏差，以此减小温度误差，此外，在条件允许的情况下，为缩小温度误差，应尽量选择与被检工件膨胀系数接近的检定工具，以此保障测量结果的准确性。

4.2 加强环境温度误差控制

4.2.1 加强测量温度控制

由式（1）和式（2）可知，环境温度对长度计量检定有着重要的影响，因此，为保障测量结果的精确度，应加强对于测量温度的控制，尽量使其与标准温度保持一致。与此同时，还应确保测量过程中，环境温度的稳定性，避免温度发生突然变化，尤其是在高精度测量活动当中，环境温度变化应控制在0.5℃以内。对此，可通过在环境当中使用恒温装置实现温度控制，并定时测量室内温度。除此之外，需要尽量减少开关门次数，以免由于空气流动影响环境温度。

4.2.2 降低空调接触影响

在实际展开长度计量检定的过程中，为保持室内温度恒定，通常会使用变频空调维持温度，以此保障测量结果的准确度。变频空调的使用较为方便，能够将室内温度维持在20℃，而且对于环境温度的变化控制效果也较好，可满足实际测量需求。但是值得注意的是，在空调运作的过程中，为保持室内温度恒定，空调吹出的温度通常会与室内温度之间存在差异。因此，在使用空调的过程中，应避免空调风与被检工件或者检定工具直接接触。此外，值得注意的是，为节约用电，空调在平常处于关闭状态，只有在进行计量检定时才会打开，这就需要一段时间才能够将室内温度调整到符合检测要求的温度，因此，需要为室内温度的调控预留充足的时间，在变频空调运行3～4h，室内温度符合测量要求，并达到稳定状态后，方可开始进行长度计量。

4.2.3 规避自然因素影响

自然因素主要指的是阳光和空气流动，众所周知，阳光和空气流动都会影响环境温度，导致测量温度升高或者下降，增加温度误差。因此，在长度计量检定的过程中，应选择不通风、不透光的房间，或者拉上窗帘、密闭门窗，以免阳光、流动的空气等直接与被检工件和检定工具接触，增加长度变量[3]。

4.3 控制工具与待测物温度

由式（2）以及温度对长度的影响分析结果可知，被检工件与检定工具的温度也是影响温度误差的关键原因之一，被检工件与检定工具的温度差越小，越接近标准温度，所产生的温度误差越小，测量结果精度越高。因此，在实际检测过程中，应加强对于被检工件以及检定工具温度的控制。

一方面，应尽量保障被检工件与检定工具温度一致。对此，应结合被检工件自身尺寸大小，合理制定相应温度控制策略，若工件尺寸较大，应尽量缩短各部分温度偏差，以免增加温度误差，并经过等温处理后，方可展开测量。在对工件和检定工具放置在平板上恒温处理的过程中，可参考如下数据：①对于长度不足1m的被检工件，恒温处理时间可在1.5h 左右。②对于长度在1～3m 的被检工件，恒温处理时间应在2.5h 左右。③对于长度在3m 以上的被检工件，恒温处理时间应在3.5h 左右。④对于体积较大的被检工件，恒温处理时间应在24h 左右，以此保障恒温处理效果，避免工件内部与表面存在过大温度差，影响长度计量结果的准确性[4]。

另一方面，减少操作过程中人体温度对于被检工件与检定工具温度的影响。人体温度多处于36℃状态下，相较于标准温度的20℃，人体温度较高，在测量的过程中，若直接用手触碰工件或者器具，将会影响测量结果，造成较大的温度误差。因此，在实际测量过程中，应佩戴手套或者使用隔热板进行操作，以免直接触碰工件和计量器具。

4.4 正确使用长度计量仪器

为保障长度计量检定的准确性，在实际测量的过程中，应正确使用计量仪器，同时做好仪器养护工作。

（1）在测量过程中，应避免人体与计量器具直接接触，同时严格按照使用说明书进行操作，最大程度上减少温度变化对于计量器具的影响。

（2）加强计量器具的养护管理，避免器具由于保管、养护不当计量精度下降，影响计量结果的准确性。对此，在实际养护的过程中，应使用长纤维脱脂棉、白细布等材质较为柔软的布料擦拭。对于长时间不适用的长度计量器具，应涂抹防锈油，避免生锈影响使用。同时，还应做好器具的保存工作，避免由于外界因素使得器具遭受损坏影响，如磕碰、摔落等。

4.5 选择精度高的计量工具

计量器具本身的精度也是影响测量结果准确性的因素之一，由于温度对于计量器具的精准度影响较大，因此，为缩小温度误差，应选用精度较高的长度计量工具，不仅能够有效提高测量工作的准确度，同时还可以实现对于温度误差的有效控制，保障工作成效[5]。

5 结语

温度是影响长度计量检定精准程度的主要因素，环境温度、待测工件温度、计量器具温度，以及工件和器具的膨胀系数等都会影响计量结果，产生温度误差。在实际进行长度计量检定的过程中，应先确定标准温度允许偏差，控制好环境温度、待测工件温度以及计量器具温度，减少由于阳光、空气流动、空调以及人体温度等引起的温度变化问题，严格按照计量器具使用说明书进行操作，同时还应选择精度较高、保养得当的计量工具，全面加强对于温度误差的控制。