溫度對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)的影響分析

張萍

摘 要：溫度對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)的影響是非常大的，如果不能有效控制溫度的影響程度，將無(wú)法保證長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而無(wú)法發(fā)揮長(zhǎng)度計(jì)量在各領(lǐng)域中的作用。本文通過(guò)分析溫度與長(zhǎng)度之間的關(guān)系，明確溫度對(duì)被測(cè)工件尺寸的影響。再通過(guò)分析被測(cè)工件的線膨脹系數(shù)和溫度、計(jì)量器具的線膨脹系數(shù)和溫度以及被測(cè)工件尺寸之間的關(guān)系，了解到溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響狀況。最后通過(guò)正確選擇線膨脹系數(shù)、定溫、控制溫度恒定以及避免人手溫度的影響，從而詳細(xì)闡述了如何消除溫度對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)結(jié)果的影響。

關(guān)鍵詞：溫度；長(zhǎng)度計(jì)量；誤差

一、前言

長(zhǎng)度計(jì)量在各個(gè)領(lǐng)域中的地位極為重要，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活等方面，會(huì)廣泛運(yùn)用到長(zhǎng)度計(jì)量。為了維持各領(lǐng)域工作的穩(wěn)定性，需要嚴(yán)格控制長(zhǎng)度計(jì)量的準(zhǔn)確性。除了保證數(shù)據(jù)在運(yùn)輸過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)差錯(cuò)以外，還需要保障各因素對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量的影響降至最小，尤其是溫度。因此，在實(shí)際的長(zhǎng)度計(jì)量過(guò)程中，工作人員需要控制溫度對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量的影響，通過(guò)保持被測(cè)工件與計(jì)量器具溫度的一致，從而提高長(zhǎng)度計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

二、溫度與長(zhǎng)度的關(guān)系

由于溫度而引起的尺寸變化量除了與工件的長(zhǎng)度L、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溫度的偏差 之外，還與工件的線膨脹系數(shù)α 有關(guān)。其關(guān)系式如下：

= （t - 20℃）=

式中： 為尺寸變化量；L 為20℃時(shí)的工件尺寸；α為工件線膨脹系數(shù)：10- 6 /℃；t 為工件溫度：℃。

各種常用材料線膨脹系數(shù)α數(shù)值如下：

鋁α= 24；銅α= 18. 5；鋼α= 11. 5；玻璃α=6 -9；鑄鐵α= 10. 4；；石英α= 0. 5。

例如：對(duì)于長(zhǎng)度為100mm 的工件，如果溫度變化1℃，對(duì)不同金屬材料所引起的尺寸變化為：

鋼 =（100×11. 5×10-6×1） ≈1

銅 =（100×18. × 10-6×1） ≈2

鋁 =（100×24×10-6×1） ≈2. 5

三、溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

由于測(cè)量條件的溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溫度有偏差，這樣就會(huì)引起測(cè)量誤差，也可叫做溫度誤差。其所以產(chǎn)生測(cè)量誤差的原因是：（1）工件與計(jì)量器具的溫度各不相同；（2）工件與計(jì)量器具的線膨脹系數(shù)不同。溫度誤差的計(jì)算公式如下：

= L[α2（t2-20℃）-α1（t - 20℃）]

式中： 為尺寸變化量；L 為20℃ 時(shí)的工件尺寸；α1、t1分別為計(jì)量器具線膨脹系數(shù)和溫度；α2、t2分別為工件線膨脹系數(shù)和溫度。

此式只有在高精度測(cè)量，并且用簡(jiǎn)單的量具測(cè)量形狀簡(jiǎn)單的工件時(shí)才適用。

在特殊情況下，上式可簡(jiǎn)化為：

（1）當(dāng)t = t = 20℃時(shí)， = 0

（2）當(dāng)t = t = t≠20℃ 時(shí)， = L（t-20℃）（α2-α1）

（3）當(dāng)t = t2α =α2時(shí)， = 0

（4）當(dāng)α =α =α?xí)r， = （t2-t1）

（5）當(dāng)t = 20℃，t ≠ 20℃ 時(shí)， = Lα2（t2-20℃）

（6）當(dāng)t = 20℃，t ≠20℃ 時(shí)， =-Lα1（t1-20℃）

由此可得出如下結(jié)論：

（1）當(dāng)工件與計(jì)量器具溫度相同，并等于20℃時(shí)（即在實(shí)驗(yàn)室條件下），溫度誤差為0；

（2）當(dāng)工件與計(jì)量器具溫度相同，但不等于20℃時(shí)（即在車(chē)間條件及常溫下），溫度誤差與工件尺寸、工件（或計(jì)量器具）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溫度的偏差以及工件與計(jì)量器具線膨脹系數(shù)之差成正比；

（3）當(dāng)工件與計(jì)量器具溫度相同，二者線膨脹系數(shù)也相同時(shí)（相當(dāng)于工件與計(jì)量器具經(jīng)過(guò)了溫度的平衡，二者材料也相同的情況下），溫度誤差為零；

（4）當(dāng)工件與計(jì)量器具線膨脹系數(shù)相同時(shí)，溫度誤差與工件尺寸、工件（或計(jì)量器具）的線膨脹系數(shù)以及工件與計(jì)量器具的溫度差成正比；

（5）當(dāng)計(jì)量器具溫度為20℃，工件溫度不是20℃時(shí)（相當(dāng)于工件未經(jīng)等溫就使用恒溫室內(nèi)計(jì)量器具進(jìn)行測(cè)量的情況下），溫度誤差與工件尺寸、工件線膨脹系數(shù)以及工件對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溫度的偏差成正比；

（6）當(dāng)工件溫度為20℃，計(jì)量器具溫度不是20℃時(shí)，溫度誤差與工件尺寸、計(jì)量器具線膨脹系數(shù)以及計(jì)量器具對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溫度的偏差成正比。

例如：鋁制（α = 24×10-6）被測(cè)工件長(zhǎng)度L 為100mm，用鋼制計(jì)量器具測(cè)量。若t = 18℃，t =21℃，則溫度誤差：

= 100mm×[24×10-6×（21-20）-11. 5×10-6×（18-20）= 4. 7μm

四、消除誤差的途徑

（一）正確選擇線膨脹系數(shù)

為了消除長(zhǎng)度計(jì)量檢查中溫度影響所導(dǎo)致的誤差時(shí)，工作人員需要對(duì)儀器標(biāo)準(zhǔn)刻線尺的線膨脹系數(shù)和計(jì)量器具的線膨脹系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，將之調(diào)整到與被測(cè)工件的線膨脹系數(shù)相等，即α =α =α，那么長(zhǎng)度計(jì)量的公式為 = ×L×（t2-t1）。

（二）定溫

當(dāng)兩種被測(cè)工件的材料相同時(shí)，材料本身的溫度是檢測(cè)誤差的主要影響因素。因此，在長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)的過(guò)程中，可以將兩種材料本身的溫度變成一致，雖然會(huì)存在標(biāo)準(zhǔn)溫度之間的差異，但是基本上可以消除溫度對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)的影響。定溫就是通過(guò)將被測(cè)工件的溫度與計(jì)量器具的溫度保持一致，然后再對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，從而排除溫度對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)的影響。一般在實(shí)際的計(jì)量過(guò)程中，施工人員可以將被測(cè)工件和計(jì)量?jī)x器放置在鐵板上面，使兩者的溫度快速接近室內(nèi)的溫度，從而進(jìn)行長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)工作。

（三）避免人手溫度的影響

由于工作人員在進(jìn)行長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)的過(guò)程中，手會(huì)接觸到被測(cè)工件和計(jì)量器具，人手的溫度會(huì)對(duì)被測(cè)工件和計(jì)量器具的溫度產(chǎn)生影響。而且人手的溫度對(duì)兩者溫度多產(chǎn)生的影響是無(wú)法量化的，因此無(wú)法得知人手溫度對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)工作具體的影響大小。因此，要求工作人員在長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)的過(guò)程中，盡量注意手直接接觸被測(cè)工件和計(jì)量器具，可以通過(guò)戴手套或手握絕緣板的方式，有效降低手心溫度對(duì)被測(cè)工件和計(jì)量器具的溫度影響。如果在長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)手心的溫度對(duì)被測(cè)工件和計(jì)量器具已經(jīng)產(chǎn)生了影響，需要將被測(cè)工件和計(jì)量器具放置一段時(shí)間，待其溫度穩(wěn)定之后，再進(jìn)行檢測(cè)。

（四）控制測(cè)量條件的溫度恒定

一般在實(shí)際檢測(cè)的過(guò)程中，工作人員會(huì)通過(guò)計(jì)量室內(nèi)的恒溫裝置來(lái)保證被測(cè)工件和計(jì)量器具的溫度穩(wěn)定。如果兩者的溫度無(wú)法穩(wěn)定，那么自然就不存在定溫。因此，計(jì)量室對(duì)于控制溫度的偏差作出了具體的要求：一般要求溫度的偏差在± 0.5℃；中等要求溫度的偏差在± 0. 2℃，高度要求溫度的偏差在± 0.5℃～± 0.1℃。另外，計(jì)量室的作用還在于控制被測(cè)工件和計(jì)量器具溫度的變化，即將兩者溫度變化控制在很小的范圍內(nèi)。同時(shí)，還需要避免外界溫度對(duì)兩者溫度的影響，例如：光源、人體呼出的氣、體溫等。

五、小結(jié)

總之，被測(cè)工件和計(jì)量器具的溫度相等時(shí)，可以有效避免溫度對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)的影響。因此，在實(shí)際的長(zhǎng)度計(jì)量檢測(cè)工作中，工作人員需要盡可能地保證兩者的溫差在很小的范圍或者沒(méi)有。同時(shí)盡量避免外界溫度對(duì)兩者溫度的影響，待被測(cè)工件和計(jì)量器具的溫度穩(wěn)定之后，再進(jìn)行檢測(cè)的話，可以大大降低溫度所產(chǎn)生的影響。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：南昌海立電器有限公司）