浅谈温度对长度计量检定的影响

顾学勤

摘要 ：在现代工作与生活中，人们以米、公里、光年、毫米、微米等来做为测量和计算长度的单位。而在某些工作中，长度测量单位的精度往往成为决定工作质量好坏，甚至决定工作成功与否的决定性因素。因此人们往往不得不想方设法将某些长度测量工具的测量精度维持在毫米甚至微米的范围之内，在影响长度测量工作的测量精度的诸多因素中，以温度对于长度测量工具的测量精度的影响最大。热胀冷缩对于长度测量工具的精度造成了极其大的影响和干扰。所以为了将测量工具的精度保持在一定的范围之内，对温度对长度计量检定的影响关系进行研究，就是非常有必要而且极有价值的。

关键词 ：长度计量工具 温度 影响 程度

一、影响温度误差的因素

学过物理的人都知道，之所以温度会对长度测量工具的测量精度造成极大的影响，是因为自然界中任何物体都具有热胀冷缩的性质。如果在短时间内温差变化太大，则这种物理效应将会很明显，例如铁路建设者在建设铁轨的时候会在铁轨接头处留下几个厘米的空隙，以防止在夏天铁轨因热胀冷缩的原理而发生变形。对于那些对测量精度要求很高的长度工具来说，即使是人体手指对被测物体或者测量器具的接触，也会使得测量工具测量的长度相差几个甚至几十个微米。这种差别对于米或者厘米一類的大单位来说也许还可以忽略不计，但对于微米一类的单位来说，其影响是不可能对之忽略不计的。因此国家计量检定规程对检定温度和平衡温度的时间两者都做了详细的具体规定。如检定深度指示表的室内温度应为（20±5）℃，检定前被检表与检定用器具平衡温度时间应不少于2h 。这些规定的制定，对于因温度的变化而产生的的误差，提高检测精度具有很大的作用。

如果在某些条件下无法满足检定规程的检定温度和检定用器具平衡温度时间的要求，那么还可以通过下面的方法来对误差进行修正。由于任何物体都具有热胀冷缩的特性，而物理学因此引入了线膨胀系数 的概念，通过这个可以进行计算物体因温度的变化而产生的膨胀或者收缩的长度的量。线膨胀系数指的是单位长度随着温度变化1摄氏度时的长度的尺寸。不同的物体材料具有不同的线膨胀系数，而为了计算方便，物理学家规定，标准温度为摄氏20度，而温度误差就是当环境温度偏离摄氏20度物体因热胀冷缩而产生的测量尺寸误差的大小。可以用下列公式来进行计算：

ΔL=L×α×（t-20）

其中ΔL是尺寸变化量的代表符号，L则是物体尺寸的代表符号，α则是物体线膨胀系数的代表符号， t则是物体温度的代表符号。具体的测量误差的计算方法是用上述公式分别计算出工作与量具分别产生的测量误差，而真实的测量误差则为两者的尺寸变化之差。计算公式如下：

ΔL=L×〔α1×（t1-20）-α2×（t2-20）〕

其中：ΔL是温度引起的测量误差的代表符号；L是工件尺寸的代表符号；α1、α2是实测物体和量具材料的线膨胀系数的代表符号；t1、t2是被测物体和量具的温度的代表符号。

通过正式测量被测物体所得到的测量数据，再考虑减去或者加上测量误差，就得到了被测物体真实的测量长度。

二、如何在测量过程中避免和尽量消除温度误差

因为在测量过程中我们通常不能保证任何测量活动都在检定规程所规定的环境下进行，因此在长度测量过程中产生温度误差是很难避免的，虽然我们能够通过上一章的计算方法来消除测量的温度误差，但是计算过程复杂而且麻烦，一两个测量数据也许还可以对误差进行计算并消除，但是如果测量数据较多，一个个的计算并消除温度误差工作量就太大了。在某些场合中，如果对测量的精度要求不是很高，则可以通过在测量过程中尽量避免和消除温度误差的一系列手段和方法来防止产生太大的温度误差，将误差保持在允许的范围之内。

这些方法有：

（一）尽量按照检定规程规定的环境下进行，并遵守检定规程的操作规程。如果环境温度多变或者无法控制，可以将被测物品先放在标准温度的环境中一定的时间，并将测量器具也放在标准温度的环境下一定的时间，然后取出，然后以最快的速度进行测量，争取在被测物体和器具的温度变化到标准温度范围外时完成测量。

（二）由于人体是一个恒温的系统，通常温度都保持在36摄氏度左右，而检定规程的要求温度是20±5摄氏度，两者相差较大，人体的接触难免会测量器具和被测物体产生很大的温度影响，从而造成大的温度误差，因此在测量过程中应尽量避免人体与器具和被测物体的直接接触。如果无法避免可以通过带上手套、握住隔热板、安装隔热屏等方法来尽量消除人体体温的影响。

（三）减少空调安装对测量结果的影响

有条件的单位还可以通过安装变频空调 来维持测量环境的温度，以确保测量值的准确无误。通常空调能够维持环境的温度在20摄氏度左右，并将环境温度的变化控制在±1摄氏度左右，因此完全能满足测量的需要。但是由于空调吹出的风的温度比环境温度高或者要低，因此就避免热风与测量器具和被测物体的直接接触。

（四）避免空调开、关机对测量结果的影响

许多人为了省电，平常空调都是关着的，当需要测量时才打开，这时候的环境温度不是恒定的，因此应避免在刚打开空调时或关闭空调后进行测量，而应该在空调正常运行中，确认测量环境的温度为一恒定值，测量器具和被测物体在恒温环境中恒温一定的时间（通常是4h）后再进行测量。

（五）由于阳光与流动的空气往往具有变化的温度，因此测量环境应处于不通风，而且不透光的环境下进行，如果不具备这样的条件，可以通过关闭窗户和门，拉上窗帘等措施来避免。应注意的是在测量过程前后，都要避免阳光和流动的空气与测量器具和物体的直接接触。

（六）在测量环境温度时，就选用一些测量精度较高，误差较小的温度测量器具。应注意的是在测量环境温度的过程前后，都要避免人体的直接接触与其它不当操作造成的大的误差。

参考文献：

[1] 罗刚.影响长度测量准确度的主要因素[J]. 计量与测试技术，2008，（05）：33-34.

[2] 葛红.测量误差产生的原因及其避免途径[J]. 职业，2010，（30）：81-82.