[02-26] 密玉量塊檢定中的溫度問題

　　密玉量塊自70年代問世以來，在我國得到越來越廣泛的應用，各省、地市計量部門也普遍開展了密玉量塊的檢定工作。有些部門反映在檢定中密玉量塊的穩定性不好，年變化量遠遠超過允許值，有時甚至超過偏差值而無法確定其尺寸。由于密玉用來制造量塊的歷史不長，所以對其尺寸穩定性應予十分重視。經過實踐的總結，我們認識到檢定中的不穩定性主要來自于其材質與金屬量塊材質溫度特性的差別，檢定時確保溫度平衡尤為重要。

　　檢定密玉量塊時是以鋼質量塊為標準，通過比較測量確定其長度的。在(10～30)℃的范圍內，鋼質量塊的熱膨脹系數為(11?5±1)×10－6/K，密玉量塊的熱膨脹系數為(11?5±1?2)×10－6/K。由于兩者的熱膨脹系數相近，容易使檢定人員忽視兩者熱傳導系數等特性參數的差異，即不注意真正的熱平衡而僅根據量塊表面溫度相近就進行測量，這就極易帶來測量誤差。下面就此問題進行分析、計算。

　　關于溫度平衡問題，涉及到材質的三個特性參數：比熱容系數C、熱傳導系數λ和密度g。

　　比熱容系數C=Q/(M·△t)的含義是：質量為M的某種材料，溫度上升(或下降)△t時，要吸收(或放出)的熱量為Q。密玉量塊的比熱容系數C1=0?73焦耳/(克·開)，鋼的比熱容系數C2=0?46焦耳/(克·開)。熱傳導系數λ是熱量沿材質垂直熱源方向的線性傳播速度，單位是卡/(厘米·秒·開)。密玉的熱傳導系數λ1=0?0192卡(厘米·秒·開)。鋼的熱傳導系數λ2=0?104卡(厘米·秒·開)。密度是物質單位體積的質量。密玉的密度g1=2?7g/cm3，鋼為g2=7?88g/cm3。

　　當然，對于某一具體物體來說，它的熱飽和時間還與其形狀和受熱表面積有關。在我們討論情況下，密玉量塊的大小和形狀是相同的，所處的環境條件也相同。因此，影響等溫性能的因素是比熱容系數、熱傳導系數和密度。為了能對兩種材料的溫度性能有更確切地了解，我們來考察兩個同樣尺寸的量塊溫度升高1℃時所需要的時間之比。

　　設密玉量塊所需要的時間為T1，金屬量塊所需要的時間為T2，并設量塊的體積為V，則密玉量塊的質量M1=V·g1,金屬量塊的質量M2=V·g2，則：

　　C1=Q1/M1　　C2=Q2/M2

　　兩量塊溫度升高1℃時所需要的熱量為：

　　Q1=C1M1=C1Vg2

　　Q2=C2M2=C2V2g2

　　兩量塊溫度上升1℃時所需要的時間為：

　　T1=Q1/λ2　　T2=Q2/λ2

　　則：兩量塊所須時間之比

　　T1/T2=Q1λ2/Q2λ1=C1g1λ2/C2g2λ1

　　=0?73×2?7×0?104/0?46×7?88×0?0192=3

　　由此可以看出，在同樣條件下，密玉量塊達到溫度平衡所需時間比金屬量塊長三倍。另外，密玉量塊對溫度波動的敏感性低于金屬量塊，造成在實際測量中溫度較難掌握。

　　在實踐中我們采用的辦法是強制溫度平衡，即長期在檢定室中放置一塊金屬平板，檢定時把密玉量塊和金屬標準一同放在該平板上等溫，500mm以下的量塊通常需要一小時，便可達到溫度平衡狀態；對于須用臥式光學計檢定的較大尺寸量塊，裝夾完后再放十分鐘，以平衡裝夾過程對溫度的影響。裝夾前要事先做好儀器調整等準備工作，動作要迅速，并把金屬量塊放置在中間，以減少溫度波動的影響。只要在檢定過程中能保證金屬量塊檢定規程所規定的條件，其溫度穩定性就完全符合要求。

學習了，實際工作中，溫度確實是一個較大的影響因素。