温度误差对长度计量的影响简析

廖小兰 卢锦金 吴汶桂

（玉林市计量测试所 广西玉林 537000）

温度误差对长度计量的影响简析

廖小兰 卢锦金 吴汶桂

（玉林市计量测试所 广西玉林 537000）

由于温度变化能引起物体的热胀冷缩，因此在长度计量中温度误差对测量结果的影响尤为显著。在本文中对温度误差给长度计量带来的影响进行分析，希望让更多的同行业者集思广益，共同关注这个课题。

温度误差；长度计量；影响；分析

长度计量在工业制造、产品生产以及平日生活中随处可见，为保障长度计量的精确性，不但需要保证量值传递的精确性；还应对计量仪器的检定以及具体测量模式进行权衡，最好订制一套行之有效的测量准则。在对长度计量检定和校准中，工件尺寸误差是一个不可或缺参数，由于温度的改变能引起工件的膨缩现象。因此，温度对长度计量测量结果的影响尤为显著，而其它因素如湿度、振动、灰尘、腐蚀性气体、气流等对其测量结果的影响则较小。由此可见，温度误差会导致长度计量准确性的降低，因此，为了确保长度计量的准确性，应将温度误差控制在适宜的范畴内。

1 温度误差产生的原由解析

为了满足量值传递统一的要求，在长度计量中要求温度应尽量满足国标温度20℃，使温度偏差在长度计量中的影响降至最低。为减少温度误差对长度计量精度的影响，必须对温度误差产生的原因进行解析，以便从源头上控制温度误差。调研结果显示：温度和长度尺寸间有着以下表达式（1）的关系：

式中：△L-物件尺寸变化量；L-物件尺寸大小；a-物件线膨胀系数（1/℃）；t-物件温度（℃）。

如果被测物件温度与标准器的温度偏离20℃，温度引发的测量误差用下列表达式（2）表示：

式中：△L-温度改变而引出的测量误差；L-被测物件尺寸大小；al、a2-被测物件与标准器材料的线膨胀系数（1/℃）；tl、t2-被测物件与标准器的温度（℃）。

由此可见：当被测物件温度t1与标准器温度t2都是20℃时，温差不存在，即温度误差等于零；当被测物件温度t1与标准器温度t2偏离国标温度20℃时，被测物件尺寸大小的改变量伴随温差的增大而增大；当被测物件温度t1恰好是20℃的时候，而标准器温度t2大于20℃的时候，被侧物件尺寸大小伴随标准器温度t2与20℃的差值、标准器的线膨胀系数a2增大而减小；当标准器温度t2恰好为20℃的时候，被测物件尺寸大小随被测物体温度t1与20℃差值、标准器的线膨胀系数a2的增加而降低。

表达式（2）能够演变成表达式（3）：

这时，温度引起的测量结果误差能够由表达式（3）分为两类误差：①被测物件与标准器两者间材质不同致使线膨胀系数不同而引起的测量误差；②被测物件与标准温度有偏差致使热胀冷缩现象，进而引起测量误差。假如要长度计量中的测量误差，应在被测物件与标准器的选材上尽量保持一致，让两者间的线膨胀系数能够一致，保障温度一致，尽可能使温度误差对长度计量测量结果的影响降至最低。

2 温度误差在长度测量中的管控

如果要控制或者清除长度计量中的温度误差，在测量之前就必须选择适宜的实验环境温度。对被测物件进行测量时，实验环境温度的选择取决于被测物体的实际尺寸、精度等级、材质等方面。在长度计量中温度条件如下为宜：

2.1 明确测量温度的允许误差

在长度测量中对不同被测物件要求的温度环境有所不同，但是必须遵循相关的检定规程或校准规范的要求，不得超出温度允许误差范围。同时，测量时必须重视的是：假如被测物件的工作尺寸偏大，那温度偏差应相应的减小。假如温度偏差已经超出允许范畴，则说明被测物体尺寸有大幅度改变，测量的准确度一定受到较大影响，此次测量结果无效。因此，在长度计量中应严加控制温度误差，以保证测量结果的精确度。当标准器和被测物件间的线膨胀系数差异较大时，也减小温度的允许误差以保证测量结果的精确度。

2.2 维持环境温度的稳定性

由于物体有热胀冷缩的特性，所以同一物体在不同的温度下所测得的尺寸也有所不同，为了保证测量结果的精确度，除确保温度应在允许误差范围内以外，还应保证实验环境温度的稳定性。对实验环境温度稳定性的需求是：温度允许有一定的变化量，单不能产生明显的突发改变，不同物件测量时允许的温度的变化量应符合相关检定规程或校准规范中的要求。假如对物件的测量有精准度方面的需求抑或被测物件尺寸较大时，温度的改变量要控制在0.5℃/h。

在测量中要尽可能维持实验环境温度的稳定性，一般是通过恒温设备空调来保持实验室温度的稳定性；除此之外，要维持温度的稳定性，还应控制实验室室内人员的数量，进入实验室人员数量一般控制在3人以内，这是因为人的体温、活动能够引起室内温度变化，门的开启或关闭的次数也应尽可能少，另外，要注意温度稳定性会遭到空气流动的干扰，因此，在长度计量中恒温设备以中央空调为最佳。对于精度较低的被测物件可进行现场测量，现场测量时由于条件的约束，对测量人员的要求只是尽可能少触碰被测物件，将人体本身的温度影响降到最低限度，对测量结果的影响程度降至最小。

2.3 被测物件与标准器温度的一致性

对长度计量中，为了使测量结果误差减小，在测量之前就应将被测物件与标准器在实验室内恒温一段时间，使被测物件与标准器温度尽量保持一致，并且尽可能的接近国标温度20℃。不同精度的被测物件要求恒温的时间各有差异，精度越高要求时间越长，达到最佳的等温效果，保证测量结果的精确度。

3 结束语

科学技术的日新月异，工程机械的不断进步，对长度计量仪器的要求也更为苛刻，传统的游标类量具、测微类量具等已经被高精度的测长机、坐标测量机等取代，高精度的测量仪器对环境温度要求更为苛刻。为了保证检测数据的可靠性，必须控制好实验环境温度，而怎样减小温度误差对长度计量的影响，是未来一段时间的主要课题。

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TB921

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1004-7344（2016）03-0305-01

2016-1-10