探究溫度誤差對長度計量的影響

陳煉

東華計量測試研究院 江西南昌 330029

我國各行各業(yè)發(fā)展迅速，對于基礎工作精度要求越來越高。而在長度測量過程中很多情況都需要將測量精確控制到毫米乃至微米范圍。溫度對于長度計量精度影響非常大，排除人為過失造成精度誤差，溫度可以說是對長度測量結果影響最大的因素[1]。由于溫度會造成物體熱脹冷縮，所以兩個溫度差異很大地區(qū)進行長度測量，結果往往較大差異，為了保證各地區(qū)長度測量的準確性，勢必要采用一些解決溫度影響的有效措施。

1 溫度誤差對長度計量的影響

1.1 溫度誤差影響分析

長度測量需要對標準溫度數(shù)值有一個明確概念，如果在測量過程中標準溫度數(shù)值出現(xiàn)誤差，對于測量結果會有較大影響，降低檢測長度數(shù)值的準確性。另外被測物體表面溫度測量精確性也十分重要，其數(shù)值大小也會對長度測量結果造成影響。在進行被測物體溫度測量過程中，需要使用到特定測溫設備，如果檢測部門對被測物體及周圍環(huán)境溫度測量沒有起到重視，測出的溫度數(shù)值以及長度數(shù)值就會有較大偏差。所以對于被測物體周圍環(huán)境溫度的測量以及規(guī)范使用測溫設備十分關鍵，及時了解被測物體周圍溫度變化原因能夠對長度測量精確度有很大幫助[2]。

1.2 溫度和長度的關系

在進行物體長度測量時需要用到公式△t=L×α（t-20℃）=L×α×△t。其中△t表示被測溫度長度變化，從公式中我們可以看出，對長度測量精度的影響因素有被測物體長度L、與標準溫度之間的偏差、被測物體膨脹系數(shù)α。一般膨脹系數(shù)以10-6/℃為單位。目前常見的被測長度物體有銅、鋼、玻璃、鐵、石英等。它們的膨脹系數(shù)為18.5、11.5、6~9、10.4、0.5。根據(jù)這些數(shù)據(jù)就可以計算出溫度對于被測物體長度的影響。

1.3 溫度對長度計量結果的影響

一般我們所指的長度數(shù)據(jù)都是針對標準溫度，但是實際測量中由于環(huán)境溫度會與標準溫度有些不同，所以需要考慮溫度偏差對長度數(shù)值的影響。實際測量中造成溫度偏差的主要原因有以下幾種：1.長度計量設備與被測物體之間存在溫度偏差。2.長度計量設備與被測物體存在線膨脹系數(shù)差異。物體長度測量溫度誤差公式△t=L[α2(t2-20℃)-α1(t1-20℃)]?！鱰代表溫度造成的長度誤差；L代表被測物體在標準溫度20℃下的長度；α1代表長度測量設備線膨脹系數(shù)；α2代表被測物體線膨脹系數(shù)；t1、t2代表長度測量設備與被測物體的溫度。不過這個公式適用于對于長度測量有高精度要求的測試，如果測量人員對于測量結果精度要求并不高，可以將公式△t=L[α2(t2-20℃)-α1(t1-20℃)]進行簡化，比如可以假設長度測量設備與被測物體的溫度相同，線膨脹系數(shù)相同，那么△t就等于零。根據(jù)對公式簡化我們可以得出，如果長度測量設備與被測物體溫度都為20℃，那么得出的長度數(shù)值就是真是數(shù)值；如果長度測量設備與被測物體溫度相同但不是20℃，那么長度測量值偏差與長度測量設備與標準溫度偏差、被測

物體與長度測量設備線膨脹系數(shù)之差成正比關系；如果長度測量設備與被測物體溫度與線膨脹系數(shù)都一樣，那么長度測量值與真實值一樣；如果長度測量設備與被測物體先膨脹系數(shù)一樣，那么溫度造成的長度數(shù)值偏差與長度測量設備線膨脹系數(shù)、被測物體與長度測量設備之間溫度差成正比關系；如果長度測量設備溫度和標準溫度一樣，但是被測物體溫度低于標準溫度[3]，那么溫度造成的長度誤差與被測物體線膨脹系數(shù)、被測物體與標準溫度差值成正比關系；如果被測物體溫度為標準溫度，當長度測量設備溫度低于標準溫度時，溫度造成的長度誤差與長度測量設備線膨脹系數(shù)、長度測量設備與標準溫度的差值成正比關系[4]。下面我們以測量鋁材質長度為例，由于測量物品材質為鋁，那么α1=24×10-6，當選用鋼制長度測量設備時，那么α2=11.5×10-6，如果鋁材料真實長度為100mm、長度測量設備溫度為18℃，被測物體溫度為21℃，那么溫度所帶來的長度測量誤差△t=100mm×[24×10-6-6×(21℃ -20℃)-11.5×10-6(18℃-20℃)]=4.7um。

2 降低溫度對長度測量影響常用措施

一般工廠在進行長度測量時，如果長度測量結果要求精度較高，那么測量溫度允許的差值為0.5℃，如果長度測量結果要求精度不高，那么一般測量溫度允許的差值為2℃。在標準溫度允許偏差確定過程中需要考慮以下問題：（1）如果被測物體尺寸較大，那么不需要對標準溫度偏差有過高要求。（2）如果被測物體與長度測量設備之間的線膨脹系數(shù)具有較大差值，那么對于標準溫度偏差要求應該適當減小。另外企業(yè)在進行長度測量時，盡量保證被測物體與長度測量設備溫度偏差不會太大，如果長度測量結果要求較高，可以選擇盡可能將被測物體與長度測量設備溫度控制在標準溫度，這樣溫度造成的長度誤差就會很小[5]。

3 結語

綜上所述，隨著我國科技不斷發(fā)展，對于基礎數(shù)據(jù)精準度的要求越來越嚴，因此提高物體長度測量數(shù)據(jù)結果的精確度是很多研究人員所關心的問題，在影響因素中，降低溫度對測量結果的影響非常關鍵，所以測量人員在進行長度測量過程中需要采取有效途徑控制測量環(huán)境溫度誤差以提高長度測量精度。