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改革实验室恒温标准温度制度的建议
河北省计量科学研究院 柯亭正
河北省质量技术监督局 柯旭
发布时间：2008-6-11
一、我国目前实验室恒温标准温度制度及改革意见
我国现行的产品标准、检定规程、校准方法中，环境温度规定以20℃作为恒温参考标准温度。例如:检定、校准环境温度(即实验室恒温标准温度)20℃±1℃、20℃±2℃；工作温度范围20℃±10℃；储存温度范围20℃±30℃等。
这个规定是有历史原因的。从20世纪50年代开始，我国就以20℃作为参考标准温度，至今未变。当时，一方面大量参照了原苏联的标准和规程；另一方面，20世纪50年代我国平均气温较低。由此，在我国从国家到地方的各级计量检定机构，不论是国家基准，还是各等级标准计量检定，或准确度要求较高的校准、检测，其工作场所环境恒温温度都定为20℃±X℃，成为了制度。例如:0级量块要求20℃±0.2℃；(2～4)等量块要求20℃±1℃；精密天平、二等活塞压力计、0.01级以上电桥、电位差计、标准电池、标准电阻均要求20℃±1℃；测长仪、万能工具显微镜、精密测温电桥要求20℃±2℃；钟罩式气体流量标准装置、一等、二等标准金属容器要求20℃±2℃；时间频率和无线电的标准仪器要求20℃±5℃等。
半个世纪以来，由于地球能源的大量消耗，大气中二氧化碳越来越多，以及太阳和地球内在活动的增强，造成地球的表面温度逐渐升高，春、夏季的“高温”来得早、温度高。最近50年来，我国各地的气温普遍上升，尤其以冬季和西北、华北、东北地区气温上升最为明显。德国3位气象专家研究后发表报告指出:“全球气温变暖的速度正在加快。在未来50年中，气温可能会再提高(2～5)℃”。
我国近几十年来，城市建设的速度和规模越来越大，高楼越来越多，环境结构的热岛效应越来越明显。计量检测的实验大楼，绝大多数在城市里，城市的热岛效应使得市区温度比郊区高(1～3)℃。计量检定、测试基本上都在白天进行，是一天中气温最高的时段。因此，实验室要恒温到20℃，恒温机比过去需开更长的时间，消耗更多的电能和水。如果我们把实验室恒温标准温度定为23℃，将给我们计量事业节约多少能源和资金?节省多少时间，增加多少效益呢?
作者粗略计算，如果一个省级计量所，有5000m2恒温实验室，单是空调机降温部分，半年就将节省电能178665(kW·h)，即节省电费14.3万元。这里还未计算节约水的部分。如果全国都改变实验室恒温标准温度(制度)，都定为23℃，将节省水、电费上千万元。另外，等待恒温的时间可以大大缩短，人体温度与室温的温差影响也将缩小3℃，对计量检定人员的健康更为有益。
对于冬、春季，其平均气温已上升，而且我国北方地区冬季均有暖气加热，辅助以电加热控温，23℃的恒温耗能变化不大，而且比较容易实现。
作者调查过一些气象资料，综合全国29个有代表性的大中城市的每月平均最高温度和加上热岛效应后的平均温度，其中黄河以北、黄河地区、长江地区、南方地区全年平均温度分布状况如表1所示。
从表1中可以看出，加上热岛效应后≥23℃的全年平均温度分布为5.83月/年，各地区为(4.2～7.6)个月/年，即23℃最接近全国的城市白天平均温度，即半年在23℃以上，而且，全国分布相对比较均匀，降温去湿耗能较少。因此，选23℃为实验室恒温标准温度比较合适。
笔者认为，如果我国逐步将现在单一的20℃±X℃实验室恒温标准温度，改变为:国家基准仍实行20℃±X℃，工作基准以下的计量器具实行23℃±X℃实验室恒温标准温度(或首先将一级、二级标准计量器具的环境温度改变为23℃±X℃)；对于一些特殊的标准计量器具，只要检测结果的不确定度符合量值传递及技术条件的要求，可以根据实际情况，恒温标准温度多样化，可以定为25℃±X℃、或20℃±X℃、或17℃±X℃等。
建国以来，我国计量事业飞速发展，正式职工已达16万余人，实验室超过115万m2，其中大部分要求具备恒温条件。如果加上全国企事业单位的计量室，恒温实验室面积将大几倍乃至十几倍。这些实验室恒温设备的耗能是巨大的，尤其是降温制冷耗能。所以，改革实验室恒温标准温度制度，改变降温方法(如在有地下水资源的地方，采用地下水循环降温法)，将会节约大量的电能和水，同时，也将节省大量的恒温时间，增加显著的经济效益。
二、改革实验室恒温标准温度制度的可行性
实验室恒温标准温度制度是个大系统，牵涉到全国各种计量器具和仪器仪表、甚至许多机电产品使用的标准温度；牵涉到规定它们的标准、规程、校准方法等技术文件；牵涉到量值传递和国际比对；牵涉各行各业，面广、量多，要马上一下都改过来是不现实的，但从长远利益考虑，只要我国的计量、标准、质检部门和有关企事业单位，认识到改革实验室恒温标准温度制度的重要性、迫切性，由国家质检总局牵头，从制定和修改产品标准、检定规程、校准方法开始行动起来，改革全国实验室的恒温标准温度制度，是完全可以逐步实现的。
其改革的可行性和有利条件有:
1.许多计量器具、仪器仪表在生产、分度时，可以将标准环境温度定到23℃(或专用的其他温度)，给出该温度下的标定值；或给出在17℃～23℃使用的分度表；或该仪器的温度系数，即可准确地用于检定、校准和测试。如电桥、电位差计、标准电阻、标准电池、量块、活塞压力计、数字多用表、标准金属容器等。关键是中央和大区一级计量技术部门，在23℃±X℃的标准环境温度下检定、校准工作基准和一级标准器标称值，或测试给出其温度系数，这在技术上是可以实现的。为了国际比对，国家基准的标准环境温度仍保留为20℃±X℃。
2.有很大部分不同等级的计量器具、仪器仪表，其结构、原理、材质、量程、温度影响系数都相同，只要23℃实验室环境温度场足够稳定、均匀，在同种类、同量程状态下检定、校准、检测，其检测装置的扩展不确定度符合技术文件的要求，那么将实验室标准环境温度定到23℃是完全可行的。例如，100mm以下的三等、四等钢质量块，在23℃±0.1℃温场下比较法检定，按C2=[α(20-t)-αs(20-ts)]公式计算温度偏离和非均匀的影响量，为C2=[11.5×(20-23)-1.5×(20-23.1)]×10-6×100=0.12μm<0.25μm，完全可以保证其量传的准确度。即使是1000mm的三等大量块，只要(ts-t)≯±0.05℃，则C2=0.58μm<1.1μm。0.4级以下的压力表、0.5级以下的电压表、电流表也完全可以在23℃±1℃比较检定。
3.现在的温度传感器和控温仪器的灵敏度、控温稳定性、均匀性都大大提高了，恒温设备技术的提高，对于原来要求20℃±5℃、20℃±3℃的计量器具和仪器，将实验室标准环境温度控制到23℃±0.5℃，完全不影响计量器具和仪器的性能和准确度。
4.随着科学技术的发展，计量器具、仪器仪表的材料和质量有很大提高。在型式评价(定型鉴定)和样机试验时，要求对其进行各种气候环境、机械环境、安全环境和电磁兼容等影响量试验，特别是温度影响量的试验，要求是严格的。另外，许多电子计量仪器，具有自校准、清零、温度补偿等功能，外界温度影响较小。所以，就这一类计量器具和仪器仪表，将实验室标准环境温度控制到23℃±1℃或17℃±1℃是完全可行的。
5.对于一些要求环境温度必须在20℃的计量器具和仪器，或检定规程规定得很严的计量器具，可以采用局部二次小恒温办法，大恒温是17℃或23℃或25℃，小恒温控制到20℃±0.1℃。
6.国际上，一些发达国家，早已将电子类计量器具、仪器仪表的基准环境温度定为23℃。我国已加入了WTO，也是IEC(国际电工技术委员会)的成员国，我们应借鉴发达国家的经验，改革我国的实验室恒温标准温度制度。目前，我国电流表、电压表、功率因数表(三表)的国家检定规程，已将恒温标准温度定为23℃了。
三、促进实验室恒温标准温度制度改革的方法
1.开展工作基准计量器具23℃环境标准温度下分度、量值传递检定的研究工作，促使标准计量器具早日实现实验室标准环境温度23℃±X℃。上世纪五六十年代我国计量科研部门，已有科研人员开展研究工作基准和标准计量器具温度修正系数的工作，这十分有利于建立23℃±X℃的标准环境温度制度。
2.用高级别的温度系数小的标准计量器具，在23℃下校准低级别的标准计量器具。首先对校准系统进行不确定度分析，符合传递、校准系统原则，并进行横向验证比对，符合要求后，用该标准器在23℃下开展计量校准和检测工作。
3.先开展结构、原理相同的计量器具和单一参数的计量器具的实验室标准环境温度改革，它们的相互影响小，准确度较高。
4.对于那些环境温度要求特别严格的标准计量器具或精密仪器，可以采用大恒温中套小恒温的办法。小恒温空间把要求严格恒温的计量仪器隔绝起来，避免外界和人为的影响。大恒温用于其他要求较宽的计量器具、仪器仪表检定、校准和检测。
5.对于企业的恒温实验室，计量器具和仪器仪表的准确度级别较低，只要能保证量传准确，检测不确定度不超出被检仪器的允许误差范围，可以把实验室恒温标准温度规定宽一些，例如15℃～25℃。这种工作环境条件操作是符合GB/T15481-2000和JJF1069-2000的要求的。
6.各级标准、计量、质检管理和技术部门，应充分认识改革实验室恒温标准温度制度的重要性，在制定和修改计量器具产品标准、检定规程、校准、检验方法时，应尽量确定其试验的恒温标准温度为23℃±X℃，逐步将计量器具和仪器仪表的实验室标准环境温度都过渡到23±X℃。
笔者认为，各级计量检定机构，在改革实验室恒温标准温度制度的同时，还应提高绿色恒温空气质量，增强检测人员的健康水平和效率，保证计量检测准确、可靠，实现计量检测“增效、节能”的目的。
[ 本帖最后由 duomeiti 于 2008-6-11 11:35 编辑 ] |
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