溫度誤差對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量影響的簡(jiǎn)析

孫鵬 陸鐵貴

黑龍江省牡丹江市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢測(cè)中心 黑龍江牡丹江 157005

長(zhǎng)度計(jì)量工作會(huì)直接受到溫度的影響，為確保檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)誤，有關(guān)檢測(cè)人員借助各種途徑來(lái)合理調(diào)整環(huán)境溫度誤差范圍，逐步提高自身檢測(cè)水準(zhǔn)，促使計(jì)量技術(shù)逐步完善?？紤]到以上情況，簡(jiǎn)單分析了溫度誤差對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量的影響。

1 長(zhǎng)度計(jì)量研究?jī)?nèi)容與標(biāo)準(zhǔn)、基準(zhǔn)

長(zhǎng)度計(jì)量研究?jī)?nèi)容往往涵蓋了構(gòu)建長(zhǎng)度計(jì)量的所有檢定系統(tǒng)及研究新的長(zhǎng)度計(jì)量手段等，同時(shí)，明確測(cè)量的精準(zhǔn)性及新的科學(xué)技術(shù)理論在長(zhǎng)度計(jì)量中有所涉及，服務(wù)于新領(lǐng)域研發(fā)工作。長(zhǎng)度計(jì)量單位基準(zhǔn)對(duì)計(jì)量單位米進(jìn)行復(fù)現(xiàn)及保存，通過(guò)國(guó)家審批，作為全國(guó)范圍內(nèi)量值最高依據(jù)的計(jì)量器具[1]。其中，長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)以國(guó)家準(zhǔn)確度等級(jí)為依據(jù)，運(yùn)用于長(zhǎng)度鑒定工作中。如線紋標(biāo)準(zhǔn)器為線紋尺。

2 溫度誤差形成因素

為確保量值傳遞的統(tǒng)一性，長(zhǎng)度計(jì)量時(shí)，需要溫度盡量符合國(guó)標(biāo)溫度20℃要求，最大限度降低長(zhǎng)度計(jì)量中溫度偏差的影響。防止溫度誤差對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量精度產(chǎn)生過(guò)大影響，有必要具體分析溫度誤差形成因素，以此從根源上認(rèn)識(shí)溫度誤差的控制。調(diào)研結(jié)果反饋：溫度與長(zhǎng)度尺寸二者間的關(guān)系表達(dá)如下：物件尺寸變化量=物件尺寸大小×物件線膨脹系數(shù)（物件溫度-20），對(duì)應(yīng)下述公式△L=La（t-20）。當(dāng)被測(cè)物件溫度和標(biāo)準(zhǔn)器的溫度相差20℃，測(cè)試時(shí)會(huì)初選溫度誤差，可用下述表達(dá)式進(jìn)行表示溫度改變而引出的測(cè)量誤差=被測(cè)物件尺寸大小[被測(cè)物件(被測(cè)物件-20）-標(biāo)準(zhǔn)器材料的線膨脹系數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)器的溫度-20）]，也就是△L=L[al（tl-20）-a2（t2-20）]。從中不難發(fā)現(xiàn)：如果t1被測(cè)物件溫度和t2標(biāo)準(zhǔn)器溫度均為20℃時(shí)，將無(wú)溫差，也就是溫度誤差為0；如果t1被測(cè)物件溫度正好為20℃時(shí)，但t2標(biāo)準(zhǔn)器溫度比20℃要高時(shí)，被測(cè)物件尺寸大小伴隨標(biāo)準(zhǔn)器中a2線膨脹系數(shù)增大、t2標(biāo)準(zhǔn)器溫度和20℃的溫差而變小；如果t1被測(cè)物件溫度、t2標(biāo)準(zhǔn)器溫度與國(guó)標(biāo)溫度相差20℃時(shí)，隨著溫度的增大，被測(cè)物件尺寸大小的改變量也將增大；如果t2標(biāo)準(zhǔn)器溫度正好是20℃時(shí)，則a2標(biāo)準(zhǔn)器的線膨脹系數(shù)、t1被測(cè)物體溫度和20℃的溫差的增加被測(cè)物件尺寸大小而變小[2]。對(duì)△L=L[al（tl-20）-a2（t2-20）]進(jìn)行演變，變?yōu)椤?L=L[（al-a2）（tl-20）+a2（tl-t2）]。這時(shí)溫度而引起的測(cè)量結(jié)果誤差包括兩種誤差：一是被測(cè)物件和標(biāo)準(zhǔn)溫度存有偏差，引起熱脹冷縮，進(jìn)而出現(xiàn)測(cè)量誤差；二是被測(cè)物件和標(biāo)準(zhǔn)器二者間材質(zhì)不一樣導(dǎo)致線膨脹系數(shù)出現(xiàn)差異而形成的測(cè)量誤差。如果要獲得長(zhǎng)度計(jì)量過(guò)程中的測(cè)量誤差，需要被測(cè)物件和標(biāo)準(zhǔn)器在材料選取上確保相符，使彼此間線膨脹系數(shù)相符，維持溫度的一致性，最大程度上降低溫度誤差給長(zhǎng)度計(jì)量測(cè)量結(jié)果造成的影響。

3 長(zhǎng)度測(cè)量中溫度誤差的消除方案

要消除溫度誤差，測(cè)量開始前，需要選取合適的環(huán)境，這種環(huán)境的溫度要適當(dāng)。在測(cè)量被測(cè)物件過(guò)程中，各種要求均會(huì)決定測(cè)量中所需溫度條件，包括尺寸大小及材質(zhì)不同等的要求。在測(cè)量長(zhǎng)度量過(guò)程中，選取如下內(nèi)容用作溫度選取的條件。

3.1 確定標(biāo)準(zhǔn)溫度的允許偏差

在測(cè)量各工件過(guò)程中，應(yīng)注意下述問(wèn)題：當(dāng)測(cè)量工件尺寸過(guò)大，則適當(dāng)減少溫度偏差。當(dāng)溫度偏差太大，說(shuō)明待測(cè)工件尺寸發(fā)生很大變化，必然大范圍影響測(cè)量精確性。為此，一定要嚴(yán)格把控溫度誤差，已獲得較高的精確度的提高。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)器與工件間的線膨脹系數(shù)差別非常明顯時(shí)，這時(shí)也需要縮小溫度允許誤差。

3.2 防止人手溫度的影響

人手溫度對(duì)工件及計(jì)量器具造成的誤差是不可預(yù)知的，只有合理采用計(jì)量器具于實(shí)際工作中盡量規(guī)避。在使用過(guò)程中一定要握住絕緣板。如果察覺到人手熱量被傳至量具上時(shí)，先要停放一段時(shí)間，然后再實(shí)施測(cè)量。

3.3 控制測(cè)量條件的溫度恒定

為達(dá)到溫度恒定，一般要借助計(jì)量室內(nèi)部的恒溫裝置。溫度不恒定，也就不能達(dá)到定溫的目的。所以，計(jì)量室需要結(jié)合要求，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溫度的偏差實(shí)施控制，溫差一般要求、中等要求及較高要求分別為±0.5℃、±0.2℃及±0.1℃，同時(shí)還需溫度的恒定，也就是可以有變化，而變化不應(yīng)太快，不得突變。在控制溫度方面，還需留意太陽(yáng)及熱源等局部輻射熱造成的影響。

3.4 定溫

當(dāng)二者材料處在相同條件下，溫度誤差受二者溫差影響較大。所以，當(dāng)二者溫度能達(dá)到相同溫度時(shí)，盡管在標(biāo)準(zhǔn)溫度方面存有偏差，而依然能夠消除溫度誤差，其便是定溫的方法。定溫，也就是被測(cè)工件與計(jì)量器具在保證相同溫度前提下，過(guò)一段時(shí)間后，二者溫度接近周圍溫度，接著實(shí)施測(cè)量。為讓其短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)室內(nèi)溫度，需要將其置于鑄鐵平板上[2]。

3.5 標(biāo)準(zhǔn)化管理模式

在管理測(cè)量軟件時(shí)，需要符合計(jì)量器具的標(biāo)準(zhǔn)管理模式要求，通常計(jì)量及驗(yàn)證測(cè)量設(shè)備時(shí)，要以管理判定為指導(dǎo)原則，一般依據(jù)計(jì)量檢定規(guī)程便可。與一般測(cè)量比起來(lái)，在測(cè)量軟件過(guò)程中，先要結(jié)合計(jì)量要求導(dǎo)出的方法來(lái)導(dǎo)出，主要是因?yàn)橐话銣y(cè)量軟件需要協(xié)同傳感器使用，其和測(cè)量系統(tǒng)中顯示單元及方法處理單元時(shí)類似的，所以，對(duì)軟件測(cè)量的計(jì)量提出的要求是于設(shè)備分配方法前提下，從相反方向利用生成不確定溫度的計(jì)算方法。

4 結(jié)語(yǔ)

工程機(jī)械發(fā)展較快，對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x器提出了非常高的要求，高精度的測(cè)長(zhǎng)機(jī)逐漸取代了傳統(tǒng)的游標(biāo)類量具，高精度的測(cè)量?jī)x器對(duì)環(huán)境溫度提出了非常高的要求。為確保檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)誤，一定要合理把控實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度，后續(xù)工作依然是致力于減小溫度誤差對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量造成的影響。