温度误差对长度测量的影响

摘 要 温度误差是影响长度测量精度的一个主要因素。如：一个1000 mm的钢制圆棒，温度变化10℃时，圆棒的尺寸变化为0.11 mm，这在长度精密测量中是绝对不允许的。在长度测量中温度误差是长度测量中的一个难点。

关键词 温度误差线；膨胀系数；误差分析；误差消除

中图分类号：THl61 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）22-0153-01

1 温度误差的形成原因分析

为了保证量值的统一，就要尽量满足国标温度20℃，减少温度偏离20℃时测量工件和计量器具所带来的误差。为了减少温度误差就必须要弄清楚误差形成的原因，研究发现温度和长度尺寸之间的关系可用公式（1）表示：

L=La（t-20） （1）

式中：L-尺寸变化；L-物体尺寸；a-物体线胀系数（1/℃）；t-物体温度（℃）。

1）当被测件温度和标准器温度不等于20℃时，温度所引起的测量误差可用公式（2）表示：

L=L[a1（t1-20）-a2（t2-20）] （2）

式中：L-由于温度变化引起的测量误差；L-被测件尺寸；a1，a2-被测件和标准器材料的线胀系数（1/℃）；t1，t2-被测件和标准器的温度（℃）。

由此得出：

当被测件温度和标准器温度都为20℃时温度误差为零；当被测件温度和标准器温度大于或小于20℃时，被测件尺寸的变化随温度的增加而增大、被测件温度和标准器温度减20℃的差值越大及他们的线胀系数差值越大，被测件尺寸的变化越大。当被测件温度等于20℃时，标准器温度高于20℃时，被测件尺寸随标准器温度和20℃的差值及标准器的线胀系数增大而减小；当被测件温度等于20℃时，标准器温度低于20℃时，被测件尺寸随标准器温度和20℃的差值及标准器的线胀系数增大而增大。当标准器温度为20℃时，被测件温度高于20℃时，被测件尺寸随被测件温度和20℃的差值及标准器的线胀系数增大而增大，当标准器温度为20℃时，被测件温度低于20℃时，被测件尺寸随被测件温度和20℃的差值及标准器的线胀系数增大而减小。

2）对公式（2）作如下变化：

L=L[a1（t1-20）-a2（t2-20）+a2t1—a2t1]

整理得：ΔL=L[（a1- a2）（t1-20）+a2（t1- t2）] （3）

这样式（3）就把由温度而引起的测量误差分离成两项：一项是被测件偏离标准温度时由被测件与标准件不同的线膨胀系数而引入的误差；另一项是由被测件与标准件的温度差引入的误差。要减小温度误差就要尽量选择标准器与被测件为同一种材料以减少线膨胀系数而引入的误差，尽量使被测件与标准器的温度一致，以减少温度差的影响。

2 温度误差在工厂长度测量中的消除方法

要消除温度误差首先要为测量选择一个合理的温度环境。

测量应具有什么样的温度条件，决定于工件测量的精度要求和工件的尺寸大小、材质的差异及两者的比较形式。在我厂长度测量中温度条件的选择包括以下内容。

1）确定对标准温度的允许偏差。工厂测量中，对计量室测量，一般选择在高精度测量中选择20±0.5℃，如量块检定时。中等精度测量中选择20±2℃，如校对杆检定时。低精度测量中选择20±5℃可满足0.02 mm精度测量的要求。

以上只是在工厂测量时的一般选择，在测量不同工件时对温度的选择要注意一些具体问题：在大尺寸测量时对温度的允许偏差应相应减小。因为温度误差越大则被测件尺寸的变化越大，对测量准确度的影响越大，所以要严格控制温度误差，提高测量准确度。当被测件与标准器的线膨胀系数相差较大时对温度的允许偏差应相应减小。当然为了减小温度误差，应选择与工件的线膨胀系数尽量相同的标准器；这样就能减小工件尺寸的变化，提高测量结果的准确度。

2）保证环境温度的稳定性。温度的稳定性是指每小时内温度的变化范围。对环境温度稳定性的基本要求是只允许有缓慢的变化，而不应有突变；在工厂计量室较高精度或大尺寸测量中，要求温度变化不超过0.5℃。要保证测量温度的稳定，通常在计量室内靠恒温装置来实现；另外要保持测量室内的温度，一定要控制检测室内的人员数量，不要过多，因为人的体温也会使检测室温度升高，不要频繁开关门，空气流动影响温度的稳定性。在工厂现场测量中由于条件所限，只要求测量人员尽量避免把人手接触被测件所带来的温度影响降到最低，给测量结果带来的影响越小越好。

3）工件与标准器温度的一致性。在工厂的长度测量中要保持工件和标准器温度的一致性，就必须保证两者能按规定条件进行等温。等温的过程就是被测工件和标准器置于同一温度条件下经过一定的时间，使两者与周围的温度一致的过程。等温时一定要把被测件放在标准器的附近，以便得到最好的等温效果，等温可以在空气中进行，也可在大铸铁平板上进行。在大铸铁平板上进行等温时时间要长一些，以保证等温一致，在空气中等温时，要减少空气流动，保证温度的恒定。温度的一致性还和等温时间及被测件与标准器的温度差、热容量和周围的介质的热导性能有关，导热性能好的，等温时间相对少。

3 在现场长度测量中如何减少温度误差的影响

1）在现场测量中不要把标准器（如卡尺）从工具室拿出后就进行测量，而是把标准器与工件重叠放置在一起，并放在大平板上进行等温后再进行测量。一般精度测量中，平板恒温时间可参考下列数据：长度在一米以下时进行1.5小时，长度在一米至三米时进行2小时，长度在三米以上时进行3小时。对于体积比较大的工件或标准器的等温一般要求24小时恒温，这是因为工件内部的温度总要滞后于表面和室内的温度，这是应特别注意的。

2）在工厂的生产安排中要给检测部门留出足够的恒温时间，以免影响测量结果的准确度，特别是精密测量及需要检测部门仲裁时，更要注意温度的影响因素，给检测部门留出足够的时间进行恒温，保证测量结果的准确度。

3）测量时尽量不要用手直接接触被测件和标准器，要戴手套进行操作，有隔热装置的一定要握住隔热装置以减小温度升高对测量结果的影响，这种影响所产生的误差很难测知，只有在工作中加以注意才能避免和减小。

4 结论

随着科学技术的进步和工厂不断发展对长度测量提出了更高的要求，如何消除温度误差是长度测量中应十分重视的问题。为了检测数据准确，我们要共同努力把环境温度误差控制在合理的范围内，这是我们长度检定人员在日常检定工作中要长期坚持的一项重要工作，让我们共同努力，不断提高检测水平。

参考文献

[1]浙江省标准计量管理局编著.长度计量[M].浙江省计量测试研究所，1986.

[2]郑州市计量管理所编著.万能量具修理[M].郑州市计量管理所，1974.

[3]徐孝恩主编.工厂精密测量指南[M].中国计量出版社，1985.