长度计量器具使用中的温度控制问题研究

李金朝 于敬水 王林虎 刘超 张广征

【摘要】在长度测量过程中，待测物品会受到温度的影响呈现出热胀冷缩的现象，这不仅会导致测量失准，还会影响测量对象的形状。基于此，本文分析温度与长度计量器具之间的关系与影响，并且在此基础上制定温度控制策略，保证长度测量的精准度。

【关键词】长度计量器具；温度变化；热胀冷缩；控制技术

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.03.060

Reflection on Temperature Control in the Use of Length Measuring Instruments

LI Jinchao1， YU Jingshui1， WANG Linhu1， LIU Chao1， ZHANG Guangzheng2

（1.Qingdao Institute of Measurement Technology， Qingdao 262101， China； 2.Qingdao Standard Metrology Research Institute Co.， Ltd.， Qingdao 262101，China）

Abstract：During the length measurement process， the item to be measured will be affected by temperature and exhibit thermal expansion and contraction. This not only leads to measurement inaccuracy， but also affects the shape of the measurement object. Based on this， this article analyzes the relationship and impact between temperature and length measuring instruments， and develops temperature control strategies based on this to ensure the accuracy of length measurement.

Keywords：length measuring instruments； temperature changes； heat expansion and cold contraction； control technology

长度计量器具作为针对物品长度进行检测的设备，在社会发展中有着较为广泛的应用。但是在进行长度测量时，待测物体受外界温度的影响，体积会出现膨胀或者收缩，这在很大程度上影响了长度测量的精准度。因此，在实际测量中，相关人员需要结合被测物的性质及特点，分析温度变动对计量的影响，在此基础上对其变化区间进行分析，从而计算出被测物真实的长度。然而温度变化状况较为复杂，再加上部分人员对温度变动影响重视程度不足，严重影响长度检测的质量。本文就从长度计量器具入手，浅谈温度变化对其产生的影响，并且制定温度控制策略，以保证长度测量的精准度。

1长度计量器具概述

长度计量器具是用来测量物体线性尺寸（长度、距离、高度等）的工具或设备，广泛应用于制造业、建筑工程、科研等领域。现阶段常见的长度计量器具主要有尺子、卷尺、游标卡尺、钢尺、高度计以及测距仪等。长度计量器具的选择取决于测量所需的精度、测量范围以及应用环境等因素。无论何种类型的计量器具，正确地使用和校准是确保测量结果准确性的关键。

长度计量器具中的温度与长度之间存在着一定的关系，主要表现为热膨胀效应。根据热膨胀原理，一般情况下，当物体的温度升高时，其长度也会相应增加；反之，当物体的温度降低时，其长度会减小。这是因为温度升高会导致物体内分子的热运动加剧，分子间的距离增大，从而使整个物体的体积扩大，即发生热膨胀。热膨胀的大小与物体的材料特性有关。不同材料的线膨胀系数不同，可以通过线膨胀系数来评估热膨胀的程度。常见的长度计量器具，如铁尺、塑料尺等都会受到温度变化的影响，因此在精确测量时，需要考虑温度补偿或进行温度校正。

2温度变化对长度测量结果的影响

1）热膨胀。材料在受热后会发生热膨胀，导致长度计量器具的尺寸发生变化。例如，金属制的测量工具在高温下会膨胀。这可能导致测量结果偏离实际值。2）冷却收缩。当长度计量器具从高温环境转移到低温环境时，由于热能的流失，材料会发生收缩，导致长度计量器具的尺寸缩小，这也可能导致测量结果的偏差。3）温度梯度。长度计量器具的不同部分可能受到不同温度的影响。例如，长尺子的两端暴露在不同温度的环境中，可能导致尺子中出现温度梯度，从而引起测量误差。4）材料性质变化。某些长度计量器具采用特定材料制造，不同材料在不同温度下的物理性质可能发生变化[1]。这些变化会影响长度计量器具的刚性、弹性等特性，从而影响测量的准确性。

为了减小温度对长度计量器具测量结果的影响，可以采取温度补偿、控制环境温度以及校正和校验等措施，尽可能规避温度变化对长度测量精准度的影响。总之，在使用长度计量器具时应注意温度变化对测量结果的影响，并采取适当的措施来保证测量的准确性。

3长度计量器具使用中温度控制的必要性

3.1提高测量准确性

长度计量器具的测量准确性受环境温度的影响。温度变化会导致长度计量器具的材料膨胀或收缩，从而引起尺寸的变化，进而影响测量结果的准确性。通过控制环境温度，可以尽量降低这种影响，提高测量的准确性。

3.2保证可追溯性

在某些领域，如制造业、科研等，测量结果的可追溯性是非常重要的。为了确保测量结果的可追溯性，需要在测量过程中控制环境温度，以降低温度变化对测量结果的影响。

3.4符合标准要求

一些规范和标准可能对长度计量器具使用环节的温度有具体要求。通过控制使用环节的温度，可以使其符合规范和标准的要求，确保测量过程的合规性。

3.5维持稳定性

某些长度计量器具，特别是高精度的设备，对环境温度的变化比较敏感。通过采取适当的措施，如控制环境温度、校准和校验等，可以最大限度地降低温度对长度计量器具的影响，确保长度计量器具的稳定性。

4长度计量器具使用中温度控制的难点

4.1环境变化

测量时的温度难以完全控制，因为环境温度可能会受到外部因素的影响，如季节变化、气候变化或工作场所的温度波动等。

4.2平衡需求

不同类型的长度计量器具可能对温度的要求不同。有些设备需要在特定温度下使用，而另一些设备则需要在宽范围的温度下运行。因此，需要在满足测量准确性和设备稳定性的前提下平衡温度控制的要求。

4.3人员以及设备

如果测量人员在进行长度测量时对温度的影响重视程度不足，忽视对温度的控制，那么将会对测量结果产生影响。另外，为了确保温度测量的准确性，还需要选择合适的温度传感器来监测和控制温度。但选择和校准合适的传感器对于有些测量人员来说也是一个挑战。

4.4时间延迟

温度变化和长度计量器具的响应之间可能存在时间延迟。当温度发生变化时，长度计量器具可能需要一定时间来适应新的温度条件，这可能会对测量结果产生影响。

4.5成本以及技术问题

进行温度控制需要投入一定的成本和资源。例如，需要安装温度控制设备，进行定期校准和调整等。此外，增加温度控制可能会增加使用过程的复杂性。针对这些难点，需要综合考虑使用环境的特点和长度计量器具的特性，采取适当的措施来实现有效的温度控制。

5长度计量器具使用中的温度控制策略

5.1目标的设定以及校准

测量时专业人员需要根据测量的要求和规范，设定适当的目标温度。目标温度应在长度计量器具可接受的温度范围内，并确保测量结果的准确性和稳定性。在校准方面，专业人员则需要对温度传感器进行定期的温度标定和校准，通过与已知温度源进行比较，可以确保测量结果的准确性和可追溯性，同时及时发现并修正温度偏差，确保温度控制的稳定性。

5.2设备的选择与运用

一是预热和稳定时间。在长度计量器具使用前，给予足够的预热时间。同时，在进行测量之前，保持一段稳定的时间，以确保长度计量器具的温度与环境温度达到平衡。二是使用恒温设备。要借助恒温箱、恒温房等恒温设备来提供稳定的环境温度。这些设备能够自动调节温度并保持恒定，有效控制长度计量器具使用环节的温度。三是安装温度传感器。通过安装合适的温度传感器，在关键位置实时监测环境温度，并将数据反馈给温度控制设备。常用的温度传感器包括热敏电阻、热电偶和红外线传感器等[2]。选择合适的温度传感器并进行准确的校准是保证温度控制的关键。

5.3保持温度稳定

优化使用环节的空气流动也可以对温度控制起到一定的作用。例如，采用良好的通风设施、隔热材料和屏蔽措施，以降低外部温度变化对使用环节的影响。在具体测量时，相关人员需要重点关注周围环境的稳定性。测量空间周期的温度状况会对测量器具产生影响，但是这种影响一般是稳定的缓慢变化。尤其是对于精准度较高的测量来说，温度的变化不能够超过半度，这就需要通过专业的恒温装置对环境温度进行控制。除此之外，考虑到空气流动因素和阳光照射也会影响环境温度的稳定性，因此用于测量的场所应选择不通风、不透光的地方。假若测量的环境不具备上述条件，在测量前必须全部关闭门和窗户，并拉上窗帘[3]。测量人员在现场测量环境温度时，还应该尽可能减少测量人员对温度的影响，如此才能减少温度误差，提升测量精度。

5.4实时监测和反馈

利用自动化系统或监控系统，实时监测使用环节的温度变化，并及时反馈给温度控制设备进行调整，这样可以保持温度的稳定性，并在温度出现偏差时及时采取措施进行修正。相关人员需要借助专业设备对整个测量作业场所的温度进行检测，及时发现可能出现突发性温度变化的状况。此外，测量人员尽量在检定规程规定的环境下进行测量，并遵守检定规程的操作要求[4]。如果环境温度的变化较快而且难以控制，在测量环节需要将被测试物放置在标准的温度环境中一段时间后再迅速进行测量，以规避可能出现的温度偏差。

5.5合理配置空调，加强人员培训

通过合理配置空调来实现温度平衡或者达到标准环境温度。因为要确保测量过程保持恒温，所以一般的常规空调是不合适的，应选择控温能力更强的变频空调。重点在于规划好空调的安装位置，不但要让室内形成一个较好的循环环境，而且还要使环境温度达到标准要求并保持这一温度。同时要注意的是，在进行长度测量期间空调的使用。空调在调节温度方面并不是瞬间完成的，而是需要有一个时间过程，同时被测物体和量具要达到环境温度并保持恒温，也需要一段比较长的时间，研究发现这个时间一般在4小时左右。因此，在计量前要提前准备，合理调配空调的开关时间。另外，操作人员应遵循标准操作程序，定期检查和维护设备，并记录温度数据，以便日后参考和分析，还需要为其提供必要的培训，确保操作人员了解温度控制的重要性和正确操作的方法[5]。

6结束语

在长度计量器具使用过程中，温度是对长度计量器具测量的准确度造成影响的一大重要因素。因此，为了确保长度测量结果的准确，就需要根据具体的长度计量器具和工作环境来选择合适的策略，并根据实际情况进行调整和优化，对长度测量的环境温度误差进行有效控制，将温度误差造成的影响降到最低，从而提高长度计量检定结果的准确性。

【参考文献】

[1]余志奎，骆建.长度计量器具使用中的温度影响与控制[J].计量与测试技术，2022，49（9）：65-67.

[2]王思雅，王宗高，程晓霞.长度计量仪器测量过程中误差控制方法及养护分析[J].科技风，2021（20）：177-178.

[3]王学文.误差与测量的关键数据评定在长度计量检定与校准中的应用研究[J].大众标准化，2020（14）：63-64.

[4]李婷，李建双，缪东晶，等.温度条件对大尺寸测量装置精度影响的研究[J].计量学报，2019，40（6）：975-979.

[5]张艳云.误差与测量不确定度分析在长度计量检定与校准中的应用[J].仪器仪表标准化与计量，2018（5）：36-37，41.

【作者简介】

李金朝，女，1986年出生，工程师，学士，研究方向为长度计量。

（编辑：李加鹏）