顧學(xué)勤

摘要 ：在現(xiàn)代工作與生活中，人們以米、公里、光年、毫米、微米等來(lái)做為測(cè)量和計(jì)算長(zhǎng)度的單位。而在某些工作中，長(zhǎng)度測(cè)量單位的精度往往成為決定工作質(zhì)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(shè)法將某些長(zhǎng)度測(cè)量工具的測(cè)量精度維持在毫米甚至微米的范圍之內(nèi)，在影響長(zhǎng)度測(cè)量工作的測(cè)量精度的諸多因素中，以溫度對(duì)于長(zhǎng)度測(cè)量工具的測(cè)量精度的影響最大。熱脹冷縮對(duì)于長(zhǎng)度測(cè)量工具的精度造成了極其大的影響和干擾。所以為了將測(cè)量工具的精度保持在一定的范圍之內(nèi)，對(duì)溫度對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量檢定的影響關(guān)系進(jìn)行研究，就是非常有必要而且極有價(jià)值的。

關(guān)鍵詞 ：長(zhǎng)度計(jì)量工具 溫度 影響 程度

一、影響溫度誤差的因素

學(xué)過(guò)物理的人都知道，之所以溫度會(huì)對(duì)長(zhǎng)度測(cè)量工具的測(cè)量精度造成極大的影響，是因?yàn)樽匀唤缰腥魏挝矬w都具有熱脹冷縮的性質(zhì)。如果在短時(shí)間內(nèi)溫差變化太大，則這種物理效應(yīng)將會(huì)很明顯，例如鐵路建設(shè)者在建設(shè)鐵軌的時(shí)候會(huì)在鐵軌接頭處留下幾個(gè)厘米的空隙，以防止在夏天鐵軌因熱脹冷縮的原理而發(fā)生變形。對(duì)于那些對(duì)測(cè)量精度要求很高的長(zhǎng)度工具來(lái)說(shuō)，即使是人體手指對(duì)被測(cè)物體或者測(cè)量器具的接觸，也會(huì)使得測(cè)量工具測(cè)量的長(zhǎng)度相差幾個(gè)甚至幾十個(gè)微米。這種差別對(duì)于米或者厘米一類的大單位來(lái)說(shuō)也許還可以忽略不計(jì)，但對(duì)于微米一類的單位來(lái)說(shuō)，其影響是不可能對(duì)之忽略不計(jì)的。因此國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程對(duì)檢定溫度和平衡溫度的時(shí)間兩者都做了詳細(xì)的具體規(guī)定。如檢定深度指示表的室內(nèi)溫度應(yīng)為（20±5）℃，檢定前被檢表與檢定用器具平衡溫度時(shí)間應(yīng)不少于2h 。這些規(guī)定的制定，對(duì)于因溫度的變化而產(chǎn)生的的誤差，提高檢測(cè)精度具有很大的作用。

如果在某些條件下無(wú)法滿足檢定規(guī)程的檢定溫度和檢定用器具平衡溫度時(shí)間的要求，那么還可以通過(guò)下面的方法來(lái)對(duì)誤差進(jìn)行修正。由于任何物體都具有熱脹冷縮的特性，而物理學(xué)因此引入了線膨脹系數(shù) 的概念，通過(guò)這個(gè)可以進(jìn)行計(jì)算物體因溫度的變化而產(chǎn)生的膨脹或者收縮的長(zhǎng)度的量。線膨脹系數(shù)指的是單位長(zhǎng)度隨著溫度變化1攝氏度時(shí)的長(zhǎng)度的尺寸。不同的物體材料具有不同的線膨脹系數(shù)，而為了計(jì)算方便，物理學(xué)家規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)溫度為攝氏20度，而溫度誤差就是當(dāng)環(huán)境溫度偏離攝氏20度物體因熱脹冷縮而產(chǎn)生的測(cè)量尺寸誤差的大小?？梢杂孟铝泄絹?lái)進(jìn)行計(jì)算：

ΔL=L×α×（t-20）

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

ΔL=L×〔α1×（t1-20）-α2×（t2-20）〕

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

通過(guò)正式測(cè)量被測(cè)物體所得到的測(cè)量數(shù)據(jù)，再考慮減去或者加上測(cè)量誤差，就得到了被測(cè)物體真實(shí)的測(cè)量長(zhǎng)度。

二、如何在測(cè)量過(guò)程中避免和盡量消除溫度誤差

因?yàn)樵跍y(cè)量過(guò)程中我們通常不能保證任何測(cè)量活動(dòng)都在檢定規(guī)程所規(guī)定的環(huán)境下進(jìn)行，因此在長(zhǎng)度測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生溫度誤差是很難避免的，雖然我們能夠通過(guò)上一章的計(jì)算方法來(lái)消除測(cè)量的溫度誤差，但是計(jì)算過(guò)程復(fù)雜而且麻煩，一兩個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)也許還可以對(duì)誤差進(jìn)行計(jì)算并消除，但是如果測(cè)量數(shù)據(jù)較多，一個(gè)個(gè)的計(jì)算并消除溫度誤差工作量就太大了。在某些場(chǎng)合中，如果對(duì)測(cè)量的精度要求不是很高，則可以通過(guò)在測(cè)量過(guò)程中盡量避免和消除溫度誤差的一系列手段和方法來(lái)防止產(chǎn)生太大的溫度誤差，將誤差保持在允許的范圍之內(nèi)。

這些方法有：

（一）盡量按照檢定規(guī)程規(guī)定的環(huán)境下進(jìn)行，并遵守檢定規(guī)程的操作規(guī)程。如果環(huán)境溫度多變或者無(wú)法控制，可以將被測(cè)物品先放在標(biāo)準(zhǔn)溫度的環(huán)境中一定的時(shí)間，并將測(cè)量器具也放在標(biāo)準(zhǔn)溫度的環(huán)境下一定的時(shí)間，然后取出，然后以最快的速度進(jìn)行測(cè)量，爭(zhēng)取在被測(cè)物體和器具的溫度變化到標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍外時(shí)完成測(cè)量。

（二）由于人體是一個(gè)恒溫的系統(tǒng)，通常溫度都保持在36攝氏度左右，而檢定規(guī)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(huì)測(cè)量器具和被測(cè)物體產(chǎn)生很大的溫度影響，從而造成大的溫度誤差，因此在測(cè)量過(guò)程中應(yīng)盡量避免人體與器具和被測(cè)物體的直接接觸。如果無(wú)法避免可以通過(guò)帶上手套、握住隔熱板、安裝隔熱屏等方法來(lái)盡量消除人體體溫的影響。

（三）減少空調(diào)安裝對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

有條件的單位還可以通過(guò)安裝變頻空調(diào) 來(lái)維持測(cè)量環(huán)境的溫度，以確保測(cè)量值的準(zhǔn)確無(wú)誤。通常空調(diào)能夠維持環(huán)境的溫度在20攝氏度左右，并將環(huán)境溫度的變化控制在±1攝氏度左右，因此完全能滿足測(cè)量的需要。但是由于空調(diào)吹出的風(fēng)的溫度比環(huán)境溫度高或者要低，因此就避免熱風(fēng)與測(cè)量器具和被測(cè)物體的直接接觸。

（四）避免空調(diào)開(kāi)、關(guān)機(jī)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

許多人為了省電，平?？照{(diào)都是關(guān)著的，當(dāng)需要測(cè)量時(shí)才打開(kāi)，這時(shí)候的環(huán)境溫度不是恒定的，因此應(yīng)避免在剛打開(kāi)空調(diào)時(shí)或關(guān)閉空調(diào)后進(jìn)行測(cè)量，而應(yīng)該在空調(diào)正常運(yùn)行中，確認(rèn)測(cè)量環(huán)境的溫度為一恒定值，測(cè)量器具和被測(cè)物體在恒溫環(huán)境中恒溫一定的時(shí)間（通常是4h）后再進(jìn)行測(cè)量。

（五）由于陽(yáng)光與流動(dòng)的空氣往往具有變化的溫度，因此測(cè)量環(huán)境應(yīng)處于不通風(fēng)，而且不透光的環(huán)境下進(jìn)行，如果不具備這樣的條件，可以通過(guò)關(guān)閉窗戶和門，拉上窗簾等措施來(lái)避免。應(yīng)注意的是在測(cè)量過(guò)程前后，都要避免陽(yáng)光和流動(dòng)的空氣與測(cè)量器具和物體的直接接觸。

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

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅剛.影響長(zhǎng)度測(cè)量準(zhǔn)確度的主要因素[J]. 計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2008，（05）：33-34.

[2] 葛紅.測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因及其避免途徑[J]. 職業(yè)，2010，（30）：81-82.