关于温度对长度计量检定的影响分析

长度测量验证有着悠久的历史。它是测量领域中*基本的测量项目，实际上也是*常见的。在工业领域的应用尤为广泛，在各级计量机构中占有重要地位。目前，长度测量正朝着高分辨率、自动化、动态化、多功能、大量程方向发展，为科学研究和制造提供更合适、更好的测量验证仪器。
1.1 长度测量工具
现阶段用于长度测量的工具种类繁多，如量块、测量直线度的平尺等；用于测量平整度的平板晶体、平板等；用于表面粗糙度验证的干涉显微镜、光切显微镜、标准多线图案等。还有游标卡尺、数显卡尺等游标测量工具；外径千分尺、数显千分尺等微分类量具；大量程千分表、数显千分表等指标测量工具；角度测量工具如刀口直角尺、矩形正方形等。此外，还有量规、常规长度测量仪、坐标测量仪和千分尺。
1.2 长度测量标准
在物理量中，长度是*基本的。在长度测量中，米（基本SI单位之一）一般用作基本单位。许多导出单位包括长度单位的系数。早在 1983 年，米就被定义为光在真空环境中以 1/299792458 秒传播的长度。这反映了长度测量的基本性质。长度单位的精度在很大程度上决定了导出测量标准的精度。就目前的情况来看，米的定义虽然明确，但仍然具有高度的开放性。有很多限制。测量技术对测量精度有很大影响。这是在文章“长度计量基准研究”中。进行了更详细的研究。
量块是一种非常实用和高精度的物理标准。在传输中，参考一般是He-Ne激光波长。结合米的定义，尺子的基本标线间距可视为激光波长。目前一般使用633nm波长的激光。但值得注意的是，实际上激光波长不能直接使用，需要与激光干涉仪配合使用才能保证其有效性。
1.3 长度测量误差
在长度测量中，阿贝误差和温度误差很常见。前者是违反阿贝原理的错误。所谓阿贝原理是指被测尺寸线必须与标准尺寸线（包括延长线）重合或平行，否则会造成误差。
后者主要是由于温度引起的误差。在相关的长度测量规范或标准中，有明确要求注意环境温度。例如JJG21（外径千分尺）要求室内温度以20摄氏度为基准，*大允许偏差不超过5摄氏度。 100mm以内的外径、板厚、壁厚测量适用千分尺温度要求，校准棒要求偏差不大于3摄氏度。

关于温度对长度的影响
热胀冷缩是天然物质的基本特性之一。这种现象在温度变化较大时尤为突出。相关规范或标准之所以明确要求关注环境温度，是因为温度对测长验证的影响很大。例如，在光度计上验证量块，对准零位，用手触摸量块。这时，你会发现刻度读数变化很快，可能在一到两分钟内变化几微米。也就是说，在进行长度测量时，当温度与相关规范或标准规定的温度有较大偏差时，被测物体的尺寸就会发生变化。如果测量结果没有相应的措施，就会导致结果错误。大。
2.1 温度与长度的关系
是研究温度与长度的关系。作者结合实际工作经验和相关研究资料，对《测长概述》一文中提到的公式进行了验证，实验证明该公式正确，反应温度与长度的关系可以更加准确。公式为ΔL=L·k(t-20)(1)，其中ΔL、L、a、t分别代表尺寸变化、尺寸、线膨胀系数和温度。 20表示20摄氏度是相关标准规定的标准环境温度，不同长度测量项目有明确的允许偏差，如上文JJG21所述。该公式不仅可以表示被测物体的温度与长度变化的关系，而且当量具的温度同时发生变化时，也具有一定的代表性。因此，上式可转化为： ΔL=L[k1(t1-20)-k2(t2-20)](2) 其中k1、k2表示物体和量具材料的线膨胀系数, t1, t2 分别代表物体和测量工具的温度。注意这个公式只适用于高精度测量，量具和被测物的长度测量比较简单。公式成立，那么在用外径千分尺测量铜轴（规格200mm）长度的过程中，铜轴的温度为40摄氏度，与标准温度相差20摄氏度，显然不符合标准。外径千分尺温度为15摄氏度，温差勉强满足标准要求的温度偏差要求。铜轴材料的线膨胀系数为17.5×10-6，使用的外径千分尺为钢。根据公式计算，这种情况下会有81.5μm的温度误差。如果千分尺的温度上升到40摄氏度，铜轴的温度保持不变，虽然仍有温度误差降低到24μm。
2.2 温度对测长的影响
由上式分析，当物体或量具的温度为20摄氏度时，尺寸变化为零，即不存在温度误差。当物体和量具的温度相同但不是在20摄氏度时，被测物体尺寸的变化不仅受温度的影响，还受到物体和量具材质不同的影响（由于材质不同，各自的线膨胀系数可能不同）。这时，如果两个温度相同，线膨胀系数相同，那么物体的大小就不会发生变化，即。当然，这样可以推断，如果线膨胀系数一致，则根据温度来判断被测物体尺寸是否存在误差。从这里的分析可以推断，温度是否对测长有影响，有一个很重要的因素——线膨胀系数。所谓线膨胀系数，当物体的温度变化1摄氏度时，单位长度的大小发生变化，只与材料有关，不同的材料对应各自的线膨胀系数，如钢是11.5× 10-6，铝是23×10-6。根据上面的分析，如果有一个规格为100mm的钢制零件，温度每变化1摄氏度，零件的尺寸就会变化约1μm，并且变化量会随着温度的升高而迅速增加。
可以得出结论，当被测物和量具处于实验室条件下（即温度为20摄氏度，且满足相关标准的温度偏差要求）时，考虑到被测物的不同线膨胀系数和量具材料，可以保证不发生温度误差。在一定的室内温度下（即与标准温度有较大偏差时），如果此时被测物与量具的温度相同，则温度误差不仅在于温度，还要看被测物体的大小和线膨胀系数两者。物体尺寸越大，与量具材料的线膨胀系数相差越大，温度误差也越大。如果达到温度平衡，且被测物和量具是同一种材料（即线膨胀系数相同），则可以尽量避免温度误差。
综上所述，测长检定中温度误差的影响因素很多，不仅是温度，还有被测物体的尺寸和材料的线膨胀系数。要尽可能减小温度误差，关键是要达到温度平衡，使被测物和量具的材质尽可能一致。从目前测长验证技术的发展现状来看，显然还需要继续研究。目前*好改进测量技术来控制温度。为了达到温度平衡，可以使温度误差尽可能小。
2.3 如何减少温度对测长的影响
如上所述，有许多方法可用于实现温度平衡。笔者结合自己的实践经验和一些研究成果，总结出以下方法供参考。
首先，在相关标准中，要求环境温度以20摄氏度为基准，并保证温度变化范围在允许偏差范围内。进行长度测量验证时，必须控制环境温度满足标准要求。一般情况下，这种方法适用于实验室，因为只有实验室环境才有条件实现上乘的保温和恒温措施。当实验室有上述措施时，可考虑如何尽可能减小被测物与量具材料的线膨胀系数的差异，并尽可能将差异接近于零，即确保两者的材料尽可能一致。当然，这是针对应用上述公式（2）的测长验证项目。另外，通过*的测量仪器的开发和应用，可以尽量减少线膨胀系数的影响，甚至可以达到线膨胀系数不受影响的状态。这时候只需要控制温度就可以保证温度平衡。
其次，要达到温度平衡，或者说达到标准环境温度，可以用空调来实现。对于实验室环境，应科学规划空调的安装位置，利用空调调节温度。但实际上，即使是使用空调也未必能获得所需的环境温度，因为在测量过程中要保证保持恒温，所以一般的常规空调都不适合，而变频应选择温度控制能力较强的空调。但需要注意的是，空调在调节室内温度时，吹出的冷风并不是要求的温度，而是低于这个温度。因此，必须避免冷空气直接吹向被测物和量具。因此，关键是要规划好安装位置，使室内形成更好的空气流通环境，使环境温度达到标准要求并保持该温度。同时，在测长验证时要注意空调的使用。空调不是瞬间调节温度，而是需要一定的时间。同时，被测物和量具达到环境温度并保持恒温需要相对较长的时间。据研究发现，这个时间一般可以达到4小时。因此，测量前需要提前做好准备，合理调整空调的通断时间。
三、如果环境温度不符合要求，一般实验室环境是这样在国外进行的测量项目。在这种情况下，被测物与量具之间的材料间隙问题就被消除了。此处不作分析。要减小温度误差，关键还在于实现温度平衡——被测物体与测量工具之间的温度平衡。一般将被测物和量具提前在同一环境中放置一段时间，即可平衡温度。当然，无论是实验室环境下的测量，都需要注意一个细节，就是尽量避免手部温度的影响，而这种情况是不容易察觉的在测量过程中，应采取措施，如使用夹子、手套、隔热垫等工具隔离人手的热量，避免人手直接接触物体或测量工具，以控制温度误差。
结论
从目前测长验证技术的发展现状来看，很难消除测长中常见的温度误差。这件事情是由很多原因导致的。温度对测长精度的影响只是比较重要的因素之一，但也是不可忽视的影响因素。从现有的相关标准、规范和测量技术来看，可以采取一些措施，使误差尽可能小，满足标准的允许误差要求。这些措施的核心是温度平衡。