淺談溫度對長度計量檢定的影響

顧學勤

摘要 ：在現代工作與生活中，人們以米、公里、光年、毫米、微米等來做為測量和計算長度的單位。而在某些工作中，長度測量單位的精度往往成為決定工作質量好壞，甚至決定工作成功與否的決定性因素。因此人們往往不得不想方設法將某些長度測量工具的測量精度維持在毫米甚至微米的范圍之內，在影響長度測量工作的測量精度的諸多因素中，以溫度對于長度測量工具的測量精度的影響最大。熱脹冷縮對于長度測量工具的精度造成了極其大的影響和干擾。所以為了將測量工具的精度保持在一定的范圍之內，對溫度對長度計量檢定的影響關系進行研究，就是非常有必要而且極有價值的。

關鍵詞 ：長度計量工具 溫度 影響 程度

一、影響溫度誤差的因素

學過物理的人都知道，之所以溫度會對長度測量工具的測量精度造成極大的影響，是因為自然界中任何物體都具有熱脹冷縮的性質。如果在短時間內溫差變化太大，則這種物理效應將會很明顯，例如鐵路建設者在建設鐵軌的時候會在鐵軌接頭處留下幾個厘米的空隙，以防止在夏天鐵軌因熱脹冷縮的原理而發生變形。對于那些對測量精度要求很高的長度工具來說，即使是人體手指對被測物體或者測量器具的接觸，也會使得測量工具測量的長度相差幾個甚至幾十個微米。這種差別對于米或者厘米一類的大單位來說也許還可以忽略不計，但對于微米一類的單位來說，其影響是不可能對之忽略不計的。因此國家計量檢定規程對檢定溫度和平衡溫度的時間兩者都做了詳細的具體規定。如檢定深度指示表的室內溫度應為（20±5）℃，檢定前被檢表與檢定用器具平衡溫度時間應不少于2h 。這些規定的制定，對于因溫度的變化而產生的的誤差，提高檢測精度具有很大的作用。

如果在某些條件下無法滿足檢定規程的檢定溫度和檢定用器具平衡溫度時間的要求，那么還可以通過下面的方法來對誤差進行修正。由于任何物體都具有熱脹冷縮的特性，而物理學因此引入了線膨脹系數 的概念，通過這個可以進行計算物體因溫度的變化而產生的膨脹或者收縮的長度的量。線膨脹系數指的是單位長度隨著溫度變化1攝氏度時的長度的尺寸。不同的物體材料具有不同的線膨脹系數，而為了計算方便，物理學家規定，標準溫度為攝氏20度，而溫度誤差就是當環境溫度偏離攝氏20度物體因熱脹冷縮而產生的測量尺寸誤差的大小?？梢杂孟铝泄絹磉M行計算：

ΔL=L×α×（t-20）

其中ΔL是尺寸變化量的代表符號，L則是物體尺寸的代表符號，α則是物體線膨脹系數的代表符號， t則是物體溫度的代表符號。具體的測量誤差的計算方法是用上述公式分別計算出工作與量具分別產生的測量誤差，而真實的測量誤差則為兩者的尺寸變化之差。計算公式如下：

ΔL=L×〔α1×（t1-20）-α2×（t2-20）〕

其中：ΔL是溫度引起的測量誤差的代表符號；L是工件尺寸的代表符號；α1、α2是實測物體和量具材料的線膨脹系數的代表符號；t1、t2是被測物體和量具的溫度的代表符號。

通過正式測量被測物體所得到的測量數據，再考慮減去或者加上測量誤差，就得到了被測物體真實的測量長度。

二、如何在測量過程中避免和盡量消除溫度誤差

因為在測量過程中我們通常不能保證任何測量活動都在檢定規程所規定的環境下進行，因此在長度測量過程中產生溫度誤差是很難避免的，雖然我們能夠通過上一章的計算方法來消除測量的溫度誤差，但是計算過程復雜而且麻煩，一兩個測量數據也許還可以對誤差進行計算并消除，但是如果測量數據較多，一個個的計算并消除溫度誤差工作量就太大了。在某些場合中，如果對測量的精度要求不是很高，則可以通過在測量過程中盡量避免和消除溫度誤差的一系列手段和方法來防止產生太大的溫度誤差，將誤差保持在允許的范圍之內。

這些方法有：

（一）盡量按照檢定規程規定的環境下進行，并遵守檢定規程的操作規程。如果環境溫度多變或者無法控制，可以將被測物品先放在標準溫度的環境中一定的時間，并將測量器具也放在標準溫度的環境下一定的時間，然后取出，然后以最快的速度進行測量，爭取在被測物體和器具的溫度變化到標準溫度范圍外時完成測量。

（二）由于人體是一個恒溫的系統，通常溫度都保持在36攝氏度左右，而檢定規程的要求溫度是20±5攝氏度，兩者相差較大，人體的接觸難免會測量器具和被測物體產生很大的溫度影響，從而造成大的溫度誤差，因此在測量過程中應盡量避免人體與器具和被測物體的直接接觸。如果無法避免可以通過帶上手套、握住隔熱板、安裝隔熱屏等方法來盡量消除人體體溫的影響。

（三）減少空調安裝對測量結果的影響

有條件的單位還可以通過安裝變頻空調 來維持測量環境的溫度，以確保測量值的準確無誤。通?？照{能夠維持環境的溫度在20攝氏度左右，并將環境溫度的變化控制在±1攝氏度左右，因此完全能滿足測量的需要。但是由于空調吹出的風的溫度比環境溫度高或者要低，因此就避免熱風與測量器具和被測物體的直接接觸。

（四）避免空調開、關機對測量結果的影響

許多人為了省電，平?？照{都是關著的，當需要測量時才打開，這時候的環境溫度不是恒定的，因此應避免在剛打開空調時或關閉空調后進行測量，而應該在空調正常運行中，確認測量環境的溫度為一恒定值，測量器具和被測物體在恒溫環境中恒溫一定的時間（通常是4h）后再進行測量。

（五）由于陽光與流動的空氣往往具有變化的溫度，因此測量環境應處于不通風，而且不透光的環境下進行，如果不具備這樣的條件，可以通過關閉窗戶和門，拉上窗簾等措施來避免。應注意的是在測量過程前后，都要避免陽光和流動的空氣與測量器具和物體的直接接觸。

（六）在測量環境溫度時，就選用一些測量精度較高，誤差較小的溫度測量器具。應注意的是在測量環境溫度的過程前后，都要避免人體的直接接觸與其它不當操作造成的大的誤差。

參考文獻：

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