黃文虎

（阜陽(yáng)市計(jì)量測(cè)試研究所，安徽 阜陽(yáng) 236000）

1 引言

計(jì)量檢定工作是極其廣泛并且非常重要的技術(shù)工作，溫度則是影響長(zhǎng)度測(cè)量準(zhǔn)確性的重要因素。當(dāng)前制造業(yè)對(duì)高準(zhǔn)確度測(cè)量的需求不斷增加，溫度對(duì)長(zhǎng)度測(cè)量的影響問(wèn)題日益凸顯。就現(xiàn)有研究而言，許多學(xué)者對(duì)溫度對(duì)長(zhǎng)度測(cè)量的影響進(jìn)行了深入探討，提出了一些應(yīng)對(duì)策略，研究表明通過(guò)規(guī)范環(huán)境溫度、定期檢定設(shè)備、加強(qiáng)人員培訓(xùn)等措施可以有效降低溫度影響，提高測(cè)量準(zhǔn)確度，但仍存在一定的局限性。文章旨在對(duì)溫度與長(zhǎng)度計(jì)量檢定的關(guān)系進(jìn)行深入分析，探討溫度變化對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量的實(shí)際影響，并提出有效的對(duì)策以減小或消除這一影響。

2 長(zhǎng)度計(jì)量檢定相關(guān)概述

2.1 常用長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x器分析

長(zhǎng)度計(jì)量檢定是確保各類(lèi)長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器和儀器準(zhǔn)確度的重要程序，常用的長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x器包括游標(biāo)卡尺、千分尺、鋼卷尺、激光測(cè)距儀等。其中游標(biāo)卡尺是一種手持式測(cè)量?jī)x器，用于測(cè)量較小的長(zhǎng)度，具有較高的準(zhǔn)確度要求。千分尺測(cè)量準(zhǔn)確度更高，常用于需要高準(zhǔn)確度測(cè)量的場(chǎng)合。鋼卷尺是一種傳統(tǒng)的長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器，其準(zhǔn)確度要求一般，適用于一般長(zhǎng)度測(cè)量。激光測(cè)距儀采用激光技術(shù)進(jìn)行非接觸式測(cè)量，準(zhǔn)確度要求非常高，常用于對(duì)準(zhǔn)確度要求極高的測(cè)量任務(wù)，詳見(jiàn)表1。

表1 常用一些長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x器及其準(zhǔn)確度要求

2.2 主要長(zhǎng)度計(jì)量誤差分析

長(zhǎng)度計(jì)量誤差是影響測(cè)量準(zhǔn)確性的重要因素，主要包括系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。系統(tǒng)誤差是由于儀器固有的因素引起的，而隨機(jī)誤差則是由于測(cè)量過(guò)程中的偶然因素導(dǎo)致的誤差。假設(shè)使用游標(biāo)卡尺對(duì)零件的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，在20 ℃的環(huán)境溫度下，得到的測(cè)量結(jié)果為5.02 cm。然后將溫度升高至25 ℃后再次測(cè)量同一零件，結(jié)果為5.04 cm。在這個(gè)案例中，溫度的變化導(dǎo)致了測(cè)量結(jié)果的差異，表現(xiàn)為系統(tǒng)誤差。如果在同一溫度下多次測(cè)量同一零件的長(zhǎng)度，得到的結(jié)果存在一定的波動(dòng)，這種波動(dòng)即為隨機(jī)誤差。

3 溫度對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量檢定的影響探析

3.1 溫度與長(zhǎng)度之間的關(guān)系探析

溫度對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量檢定的影響主要表現(xiàn)在材料的熱膨脹性質(zhì)上。隨著溫度的變化，大多數(shù)材料會(huì)發(fā)生熱脹冷縮現(xiàn)象，導(dǎo)致其長(zhǎng)度發(fā)生變化。一般來(lái)說(shuō)，材料的線(xiàn)熱膨脹系數(shù)是描述材料長(zhǎng)度隨溫度變化而變化的重要參數(shù)，通常以每攝氏度單位的長(zhǎng)度增加或減少來(lái)表示。溫度與長(zhǎng)度之間的關(guān)系可以用公式（1）來(lái)表示。

其中ΔL為長(zhǎng)度變化量，L表示初始長(zhǎng)度，·α為線(xiàn)熱膨脹系數(shù)，ΔT為溫度變化量。該公式說(shuō)明了長(zhǎng)度的變化與溫度變化之間的直接關(guān)系，線(xiàn)熱膨脹系數(shù)反映了材料在溫度變化下的膨脹或收縮程度。在長(zhǎng)度計(jì)量檢定中，必須考慮材料的熱膨脹性質(zhì)，以便校正測(cè)量結(jié)果中由溫度變化引起的誤差。通過(guò)合理選擇材料、控制溫度等方法，可以最大限度地減小溫度對(duì)長(zhǎng)度測(cè)量的影響，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。下表2展示了不同材料在20～30 ℃范圍內(nèi)的線(xiàn)熱膨脹系數(shù)。

表2 不同材料在20～30 ℃范圍內(nèi)的線(xiàn)熱膨脹系數(shù)

從表中可以看出，不同材料的線(xiàn)熱膨脹系數(shù)不同，因此在進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)需要考慮材料的熱膨脹性質(zhì)，以準(zhǔn)確修正溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

3.2 實(shí)際工作環(huán)境中溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

在長(zhǎng)度計(jì)量檢定中，溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響是不可忽視的。如當(dāng)被測(cè)儀器和測(cè)量設(shè)備處于標(biāo)準(zhǔn)溫度20 ℃時(shí)，尺寸變化不會(huì)受溫度影響而發(fā)生變化。然而一旦溫度高于或低于20 ℃，被測(cè)儀器尺寸可能會(huì)發(fā)生變化，這是由于不同材料具有不同的線(xiàn)熱膨脹系數(shù)，而溫度變化會(huì)導(dǎo)致這些系數(shù)的變化。因此，保持被測(cè)儀器和測(cè)量設(shè)備在相同溫度下可以確保線(xiàn)熱膨脹系數(shù)一致，從而減小誤差。線(xiàn)熱膨脹系數(shù)隨溫度變化而變化，不同材料具有不同的系數(shù)，如鋼的系數(shù)為11.5×10-6，鋁的系數(shù)為23×10-6。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)鋼質(zhì)被測(cè)儀器，在溫度變化1 ℃時(shí)，尺寸可能會(huì)發(fā)生1 μm 的變化。因此，在溫度升高過(guò)程中，材料的線(xiàn)熱膨脹系數(shù)對(duì)尺寸變化起著重要作用，需要在測(cè)量過(guò)程中加以考慮和校正。

4 減小或消除長(zhǎng)度計(jì)量檢定中溫度影響的有效對(duì)策探討

4.1 明確標(biāo)準(zhǔn)溫度允許誤差

為了確保檢定儀器設(shè)備的測(cè)量精度，如千分尺、游標(biāo)卡尺等，關(guān)鍵操作在于明確標(biāo)準(zhǔn)溫度允許誤差。根據(jù)不同儀器的精確度要求可以設(shè)定相應(yīng)的溫度誤差容忍范圍，例如對(duì)高精度要求的儀器設(shè)備如千分尺，其允許的溫度偏差可以設(shè)定為±0.5 ℃，以保證測(cè)量結(jié)果的高準(zhǔn)確性，對(duì)于精度要求相對(duì)較低的儀器設(shè)備如普通的游標(biāo)卡尺，允許的溫度偏差可以適當(dāng)放寬至±2 ℃。在實(shí)際的檢定過(guò)程中，控制標(biāo)準(zhǔn)溫度的允許誤差是減少測(cè)量誤差的關(guān)鍵。為此采用與被檢儀器具有相同或相近熱膨脹系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行比對(duì)，有助于減少由于溫度變化引起的尺寸變化影響。使用恒溫室或溫度控制設(shè)備來(lái)維持一個(gè)穩(wěn)定的測(cè)量環(huán)境，也是十分必要的。

通過(guò)精準(zhǔn)選取標(biāo)準(zhǔn)溫度允許誤差，并結(jié)合使用熱膨脹系數(shù)匹配的裝置以及維護(hù)穩(wěn)定的測(cè)量環(huán)境，可以顯著提高檢定儀器設(shè)備的測(cè)量準(zhǔn)確性和可靠性。通過(guò)上述措施的共同作用能有效減少或消除溫度變化對(duì)長(zhǎng)度計(jì)量檢定的影響，確保檢定儀器設(shè)備的測(cè)量結(jié)果既準(zhǔn)確又可靠。

4.2 確保環(huán)境溫度的穩(wěn)定性

要確保長(zhǎng)度計(jì)量檢定中環(huán)境溫度的穩(wěn)定性，具體可以采取恒溫室的措施。恒溫室是一種專(zhuān)門(mén)用于保持恒定溫度的設(shè)備，通過(guò)恒溫室可以在一定范圍內(nèi)精確控制環(huán)境溫度，確保測(cè)量過(guò)程中環(huán)境溫度的穩(wěn)定性。例如使用溫控設(shè)備對(duì)實(shí)驗(yàn)室或測(cè)量場(chǎng)所進(jìn)行整體溫度控制，確保環(huán)境溫度在規(guī)定范圍內(nèi)波動(dòng)較小。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中通過(guò)增加隔熱層或者隔熱罩來(lái)減小外部溫度對(duì)測(cè)量的影響，從而提高環(huán)境溫度的穩(wěn)定性。

除了以上硬件設(shè)備和措施，還可以通過(guò)定期維護(hù)和檢定溫度傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)確保環(huán)境溫度的穩(wěn)定。及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備的故障或不準(zhǔn)確問(wèn)題，對(duì)于保持環(huán)境溫度的穩(wěn)定至關(guān)重要。對(duì)實(shí)驗(yàn)室或測(cè)量場(chǎng)所的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和調(diào)整，使空氣流通和溫度均勻分布也是保持環(huán)境溫度穩(wěn)定性的重要手段。由此可見(jiàn)，采取恒溫室、溫控設(shè)備、隔熱層等硬件設(shè)備措施，以及定期維護(hù)和檢定溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備、合理設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)等軟性措施，可以有效保障長(zhǎng)度計(jì)量檢定中環(huán)境溫度的穩(wěn)定性。

4.3 對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行恒溫處理

千分尺在檢定過(guò)程中需要保持高精度和高可靠性，采取恒溫處理措施是必要的。在實(shí)驗(yàn)室或其他測(cè)量場(chǎng)所內(nèi)設(shè)置恒溫箱等恒溫設(shè)備，將千分尺放置其中進(jìn)行預(yù)熱，使其達(dá)到與環(huán)境相同的穩(wěn)定溫度狀態(tài)。恒溫處理可以顯著減少由于溫度變化導(dǎo)致的尺寸變化，從而提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。對(duì)于有特殊準(zhǔn)確度要求的千分尺，考慮使用更高級(jí)別的恒溫設(shè)備如恒溫臺(tái)，以確保在整個(gè)檢定過(guò)程中千分尺保持穩(wěn)定的溫度。高級(jí)別的恒溫措施能夠?yàn)闃O高精度的測(cè)量提供必要的環(huán)境條件，確保檢定結(jié)果的可靠性。除了使用恒溫箱或恒溫臺(tái)之外，對(duì)千分尺進(jìn)行預(yù)熱處理也是一個(gè)有效的方法。在實(shí)際的檢定操作之前，提前將千分尺放置在恒溫設(shè)備中進(jìn)行足夠時(shí)間的預(yù)熱，使其達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的溫度狀態(tài)。預(yù)熱處理不僅可以減少檢定過(guò)程中因溫度波動(dòng)引起的誤差，還能提高檢定的效率。通過(guò)對(duì)千分尺進(jìn)行恒溫處理，無(wú)論是使用恒溫箱、恒溫臺(tái)的，還是通過(guò)預(yù)熱設(shè)備提前調(diào)節(jié)溫度，都能有效控制溫度對(duì)檢定結(jié)果的影響。

4.4 溫度補(bǔ)償及修正誤差

在檢定千分尺這類(lèi)精密測(cè)量工具的過(guò)程中，控制溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響至關(guān)重要。為此，采用溫度補(bǔ)償及修正誤差的方法是一種有效的策略，可以顯著提高檢定的準(zhǔn)確性和可靠性。為了在千分尺的長(zhǎng)度計(jì)量檢定中減少溫度的影響，采取溫度補(bǔ)償措施是有效的方法。在檢定設(shè)備上安裝溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)千分尺及其周?chē)h(huán)境的溫度變化，通過(guò)這種方式可以捕捉到影響測(cè)量結(jié)果的溫度波動(dòng)，并據(jù)此進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。亦可選擇使用熱膨脹系數(shù)較小的材料來(lái)制造千分尺的基座和標(biāo)準(zhǔn)件，即使在溫度發(fā)生變化時(shí)，這些部件的尺寸變化也會(huì)被最小化，從而保證了測(cè)量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。當(dāng)面對(duì)溫度敏感的千分尺時(shí)，根據(jù)千分尺材料與溫度變化之間的關(guān)系，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚彩潜匾?。?yīng)用溫度補(bǔ)償公式，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)調(diào)整測(cè)量結(jié)果，可以有效減小由于溫度變化引起的誤差。具體實(shí)施溫度補(bǔ)償?shù)牟襟E包括，確定千分尺的溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響程度，依據(jù)監(jiān)測(cè)到的溫度變化數(shù)據(jù)，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償公式對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，最后驗(yàn)證修正后的結(jié)果是否符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，必要時(shí)進(jìn)行修正參數(shù)的調(diào)整，直至滿(mǎn)足準(zhǔn)確度要求。

4.5 合理規(guī)劃空調(diào)位置

合理規(guī)劃空調(diào)位置是減小或消除長(zhǎng)度計(jì)量檢定中溫度影響的有效對(duì)策，在長(zhǎng)度計(jì)量檢定實(shí)驗(yàn)室中，空調(diào)的位置布置對(duì)維持穩(wěn)定的溫度環(huán)境至關(guān)重要。在進(jìn)行千分尺的長(zhǎng)度計(jì)量檢定時(shí)，合理規(guī)劃空調(diào)的位置布置顯得尤為重要。應(yīng)避免將空調(diào)設(shè)備安裝在靠近千分尺和其他測(cè)量設(shè)備的地方，以防止空調(diào)運(yùn)行產(chǎn)生的熱氣直接影響到測(cè)量區(qū)域，引起溫度波動(dòng)?？照{(diào)出風(fēng)口的位置選擇也需謹(jǐn)慎考慮，確保出風(fēng)口不直接對(duì)著千分尺或測(cè)量區(qū)域吹風(fēng)。由于空調(diào)直接吹風(fēng)會(huì)導(dǎo)致局部溫度變化，這就會(huì)在一定程度上影響千分尺的測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性，合理的出風(fēng)口位置可以幫助實(shí)現(xiàn)更均勻的空氣流動(dòng)，避免造成實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的溫度梯度。關(guān)注空調(diào)設(shè)備的制冷能力和穩(wěn)定性，確保其能夠及時(shí)且有效地維持實(shí)驗(yàn)室溫度在預(yù)設(shè)的穩(wěn)定范圍內(nèi)定期對(duì)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)和清潔，是保證其正常運(yùn)行和良好制冷效果的必要措施，進(jìn)一步保障實(shí)驗(yàn)室溫度環(huán)境的穩(wěn)定性。

科學(xué)合理地規(guī)劃空調(diào)位置和確保空調(diào)系統(tǒng)的高效運(yùn)行可以有效減小實(shí)驗(yàn)室溫度波動(dòng)對(duì)千分尺長(zhǎng)度計(jì)量檢定的影響，提高檢定過(guò)程中的測(cè)量準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。對(duì)環(huán)境控制的細(xì)致關(guān)注有助于優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量環(huán)境，提升測(cè)量工作的效率和準(zhǔn)確度。

4.6 加強(qiáng)人員培訓(xùn)，降低人為誤差

加強(qiáng)人員培訓(xùn)可以幫助減少人為誤差，提高測(cè)量準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性?？赏ㄟ^(guò)引入虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)進(jìn)行人員培訓(xùn)，利用模擬環(huán)境讓操作人員在虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行溫度計(jì)量檢定操作，以提高其對(duì)溫度影響因素的認(rèn)識(shí)和應(yīng)對(duì)能力。創(chuàng)新型的培訓(xùn)方式能夠讓操作人員更直觀地理解溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，培養(yǎng)其靈敏度和應(yīng)變能力。

結(jié)合人工智能技術(shù)，開(kāi)發(fā)智能輔助培訓(xùn)系統(tǒng)，為操作人員提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑和實(shí)時(shí)反饋。該系統(tǒng)可以根據(jù)操作人員的實(shí)際表現(xiàn)和反饋數(shù)據(jù)，針對(duì)性地調(diào)整培訓(xùn)內(nèi)容和方式，幫助他們更好地理解和應(yīng)對(duì)溫度影響帶來(lái)的誤差，提高測(cè)量準(zhǔn)確性。還可以利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)操作人員在實(shí)際操作中的表現(xiàn)進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)并糾正潛在的人為誤差和操作不當(dāng)，進(jìn)一步提升操作人員的技能水平。建立定期的專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)和交流平臺(tái)，邀請(qǐng)行業(yè)專(zhuān)家就溫度影響下的長(zhǎng)度計(jì)量檢定進(jìn)行講解和指導(dǎo)，鼓勵(lì)操作人員分享實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和案例，促進(jìn)經(jīng)驗(yàn)共享和技能提升。交流平臺(tái)的建立有助于將實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)相結(jié)合，使操作人員在面對(duì)溫度影響時(shí)能夠更加從容應(yīng)對(duì)，減少人為誤差的發(fā)生。

5 結(jié)束語(yǔ)

由文章研究可知，長(zhǎng)度計(jì)量檢定中溫度波動(dòng)會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成顯著影響，導(dǎo)致準(zhǔn)確性下降。為應(yīng)對(duì)此問(wèn)題需采取有效對(duì)策，諸如規(guī)范環(huán)境溫度、定期檢定設(shè)備、提高人員技能和利用先進(jìn)技術(shù)。這些措施的有效實(shí)施能夠在一定程度上減少溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾，提高長(zhǎng)度計(jì)量檢定的可靠性和準(zhǔn)確性。