河北省計量科學(xué)研究院  柯亭正  河北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局  柯旭

　　一、我國目前實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度及改革意見

    我國現(xiàn)行的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、檢定規(guī)程、校準(zhǔn)方法中，環(huán)境溫度規(guī)定以20℃作為恒溫參考標(biāo)準(zhǔn)溫度。例如:檢定、校準(zhǔn)環(huán)境溫度(即實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度)20℃±1℃、20℃±2℃；工作溫度范圍20℃±10℃；儲存溫度范圍20℃±30℃等。

　　這個規(guī)定是有歷史原因的。從20世紀(jì)50年代開始，我國就以20℃作為參考標(biāo)準(zhǔn)溫度，至今未變。當(dāng)時，一方面大量參照了原蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程；另一方面，20世紀(jì)50年代我國平均氣溫較低。由此，在我國從國家到地方的各級計量檢定機構(gòu)，不論是國家基準(zhǔn)，還是各等級標(biāo)準(zhǔn)計量檢定，或準(zhǔn)確度要求較高的校準(zhǔn)、檢測，其工作場所環(huán)境恒溫溫度都定為20℃±X℃，成為了制度。例如:0級量塊要求20℃±0.2℃；(2～4)等量塊要求20℃±1℃；精密天平、二等活塞壓力計、0.01級以上電橋、電位差計、標(biāo)準(zhǔn)電池、標(biāo)準(zhǔn)電阻均要求20℃±1℃；測長儀、萬能工具顯微鏡、精密測溫電橋要求20℃±2℃；鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、一等、二等標(biāo)準(zhǔn)金屬容器要求20℃±2℃；時間頻率和無線電的標(biāo)準(zhǔn)儀器要求20℃±5℃等。

　　半個世紀(jì)以來，由于地球能源的大量消耗，大氣中二氧化碳越來越多，以及太陽和地球內(nèi)在活動的增強，造成地球的表面溫度逐漸升高，春、夏季的“高溫”來得早、溫度高。最近50年來，我國各地的氣溫普遍上升，尤其以冬季和西北、華北、東北地區(qū)氣溫上升最為明顯。德國3位氣象專家研究后發(fā)表報告指出:“全球氣溫變暖的速度正在加快。在未來50年中，氣溫可能會再提高(2～5)℃”。

　　我國近幾十年來，城市建設(shè)的速度和規(guī)模越來越大，高樓越來越多，環(huán)境結(jié)構(gòu)的熱島效應(yīng)越來越明顯。計量檢測的實驗大樓，絕大多數(shù)在城市里，城市的熱島效應(yīng)使得市區(qū)溫度比郊區(qū)高(1～3)℃。計量檢定、測試基本上都在白天進行，是一天中氣溫最高的時段。因此，實驗室要恒溫到20℃，恒溫機比過去需開更長的時間，消耗更多的電能和水。如果我們把實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度定為23℃，將給我們計量事業(yè)節(jié)約多少能源和資金?節(jié)省多少時間，增加多少效益呢?

　　作者粗略計算，如果一個省級計量所，有5000m²恒溫實驗室，單是空調(diào)機降溫部分，半年就將節(jié)省電能178665(kW·h)，即節(jié)省電費14.3萬元。這里還未計算節(jié)約水的部分。如果全國都改變實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度(制度)，都定為23℃，將節(jié)省水、電費上千萬元。另外，等待恒溫的時間可以大大縮短，人體溫度與室溫的溫差影響也將縮小3℃，對計量檢定人員的健康更為有益。

　　對于冬、春季，其平均氣溫已上升，而且我國北方地區(qū)冬季均有暖氣加熱，輔助以電加熱控溫，23℃的恒溫耗能變化不大，而且比較容易實現(xiàn)。

　　作者調(diào)查過一些氣象資料，綜合全國29個有代表性的大中城市的每月平均最高溫度和加上熱島效應(yīng)后的平均溫度，其中黃河以北、黃河地區(qū)、長江地區(qū)、南方地區(qū)全年平均溫度分布狀況如表1所示。
    

    從表1中可以看出，加上熱島效應(yīng)后≥23℃的全年平均溫度分布為5.83月/年，各地區(qū)為(4.2～7.6)個月/年，即23℃最接近全國的城市白天平均溫度，即半年在23℃以上，而且，全國分布相對比較均勻，降溫去濕耗能較少。因此，選23℃為實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度比較合適。

　　筆者認為，如果我國逐步將現(xiàn)在單一的20℃±X℃實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度，改變?yōu)?國家基準(zhǔn)仍實行20℃±X℃，工作基準(zhǔn)以下的計量器具實行23℃±X℃實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度(或首先將一級、二級標(biāo)準(zhǔn)計量器具的環(huán)境溫度改變?yōu)?3℃±X℃)；對于一些特殊的標(biāo)準(zhǔn)計量器具，只要檢測結(jié)果的不確定度符合量值傳遞及技術(shù)條件的要求，可以根據(jù)實際情況，恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度多樣化，可以定為25℃±X℃、或20℃±X℃、或17℃±X℃等。

　　建國以來，我國計量事業(yè)飛速發(fā)展，正式職工已達16萬余人，實驗室超過115萬m²，其中大部分要求具備恒溫條件。如果加上全國企事業(yè)單位的計量室，恒溫實驗室面積將大幾倍乃至十幾倍。這些實驗室恒溫設(shè)備的耗能是巨大的，尤其是降溫制冷耗能。所以，改革實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度，改變降溫方法(如在有地下水資源的地方，采用地下水循環(huán)降溫法)，將會節(jié)約大量的電能和水，同時，也將節(jié)省大量的恒溫時間，增加顯著的經(jīng)濟效益。
    

　　二、改革實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度的可行性

    實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度是個大系統(tǒng)，牽涉到全國各種計量器具和儀器儀表、甚至許多機電產(chǎn)品使用的標(biāo)準(zhǔn)溫度；牽涉到規(guī)定它們的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、校準(zhǔn)方法等技術(shù)文件；牽涉到量值傳遞和國際比對；牽涉各行各業(yè)，面廣、量多，要馬上一下都改過來是不現(xiàn)實的，但從長遠利益考慮，只要我國的計量、標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)檢部門和有關(guān)企事業(yè)單位，認識到改革實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度的重要性、迫切性，由國家質(zhì)檢總局牽頭，從制定和修改產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、檢定規(guī)程、校準(zhǔn)方法開始行動起來，改革全國實驗室的恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度，是完全可以逐步實現(xiàn)的。

　　其改革的可行性和有利條件有:

　　1.許多計量器具、儀器儀表在生產(chǎn)、分度時，可以將標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度定到23℃(或?qū)Ｓ玫钠渌麥囟?，給出該溫度下的標(biāo)定值；或給出在17℃～23℃使用的分度表；或該儀器的溫度系數(shù)，即可準(zhǔn)確地用于檢定、校準(zhǔn)和測試。如電橋、電位差計、標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電池、量塊、活塞壓力計、數(shù)字多用表、標(biāo)準(zhǔn)金屬容器等。關(guān)鍵是中央和大區(qū)一級計量技術(shù)部門，在23℃±X℃的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度下檢定、校準(zhǔn)工作基準(zhǔn)和一級標(biāo)準(zhǔn)器標(biāo)稱值，或測試給出其溫度系數(shù)，這在技術(shù)上是可以實現(xiàn)的。為了國際比對，國家基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度仍保留為20℃±X℃。

　　2.有很大部分不同等級的計量器具、儀器儀表，其結(jié)構(gòu)、原理、材質(zhì)、量程、溫度影響系數(shù)都相同，只要23℃實驗室環(huán)境溫度場足夠穩(wěn)定、均勻，在同種類、同量程狀態(tài)下檢定、校準(zhǔn)、檢測，其檢測裝置的擴展不確定度符合技術(shù)文件的要求，那么將實驗室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度定到23℃是完全可行的。例如，100mm以下的三等、四等鋼質(zhì)量塊，在23℃±0.1℃溫場下比較法檢定，按C₂=[α(20-t)-α_s(20-t_s)]公式計算溫度偏離和非均勻的影響量，為C₂=[11.5×(20-23)-1.5×(20-23.1)]×10^-6×100=0.12μm<0.25μm，完全可以保證其量傳的準(zhǔn)確度。即使是1000mm的三等大量塊，只要(t_s-t)≯±0.05℃，則C₂=0.58μm<1.1μm。0.4級以下的壓力表、0.5級以下的電壓表、電流表也完全可以在23℃±1℃比較檢定。

　　3.現(xiàn)在的溫度傳感器和控溫儀器的靈敏度、控溫穩(wěn)定性、均勻性都大大提高了，恒溫設(shè)備技術(shù)的提高，對于原來要求20℃±5℃、20℃±3℃的計量器具和儀器，將實驗室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度控制到23℃±0.5℃，完全不影響計量器具和儀器的性能和準(zhǔn)確度。

　　4.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計量器具、儀器儀表的材料和質(zhì)量有很大提高。在型式評價(定型鑒定)和樣機試驗時，要求對其進行各種氣候環(huán)境、機械環(huán)境、安全環(huán)境和電磁兼容等影響量試驗，特別是溫度影響量的試驗，要求是嚴格的。另外，許多電子計量儀器，具有自校準(zhǔn)、清零、溫度補償?shù)裙δ?，外界溫度影響較小。所以，就這一類計量器具和儀器儀表，將實驗室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度控制到23℃±1℃或17℃±1℃是完全可行的。

　　5.對于一些要求環(huán)境溫度必須在20℃的計量器具和儀器，或檢定規(guī)程規(guī)定得很嚴的計量器具，可以采用局部二次小恒溫辦法，大恒溫是17℃或23℃或25℃，小恒溫控制到20℃±0.1℃。

　　6.國際上，一些發(fā)達國家，早已將電子類計量器具、儀器儀表的基準(zhǔn)環(huán)境溫度定為23℃。我國已加入了WTO，也是IEC(國際電工技術(shù)委員會)的成員國，我們應(yīng)借鑒發(fā)達國家的經(jīng)驗，改革我國的實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度。目前，我國電流表、電壓表、功率因數(shù)表(三表)的國家檢定規(guī)程，已將恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度定為23℃了。
    

　　三、促進實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度改革的方法

　　1.開展工作基準(zhǔn)計量器具23℃環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)溫度下分度、量值傳遞檢定的研究工作，促使標(biāo)準(zhǔn)計量器具早日實現(xiàn)實驗室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度23℃±X℃。上世紀(jì)五六十年代我國計量科研部門，已有科研人員開展研究工作基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)計量器具溫度修正系數(shù)的工作，這十分有利于建立23℃±X℃的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度制度。

　　2.用高級別的溫度系數(shù)小的標(biāo)準(zhǔn)計量器具，在23℃下校準(zhǔn)低級別的標(biāo)準(zhǔn)計量器具。首先對校準(zhǔn)系統(tǒng)進行不確定度分析，符合傳遞、校準(zhǔn)系統(tǒng)原則，并進行橫向驗證比對，符合要求后，用該標(biāo)準(zhǔn)器在23℃下開展計量校準(zhǔn)和檢測工作。

　　3.先開展結(jié)構(gòu)、原理相同的計量器具和單一參數(shù)的計量器具的實驗室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度改革，它們的相互影響小，準(zhǔn)確度較高。

　　4.對于那些環(huán)境溫度要求特別嚴格的標(biāo)準(zhǔn)計量器具或精密儀器，可以采用大恒溫中套小恒溫的辦法。小恒溫空間把要求嚴格恒溫的計量儀器隔絕起來，避免外界和人為的影響。大恒溫用于其他要求較寬的計量器具、儀器儀表檢定、校準(zhǔn)和檢測。

　　5.對于企業(yè)的恒溫實驗室，計量器具和儀器儀表的準(zhǔn)確度級別較低，只要能保證量傳準(zhǔn)確，檢測不確定度不超出被檢儀器的允許誤差范圍，可以把實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度規(guī)定寬一些，例如15℃～25℃。這種工作環(huán)境條件操作是符合GB/T15481-2000和JJF1069-2000的要求的。

　　6.各級標(biāo)準(zhǔn)、計量、質(zhì)檢管理和技術(shù)部門，應(yīng)充分認識改革實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度的重要性，在制定和修改計量器具產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、檢定規(guī)程、校準(zhǔn)、檢驗方法時，應(yīng)盡量確定其試驗的恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度為23℃±X℃，逐步將計量器具和儀器儀表的實驗室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度都過渡到23±X℃。

　　筆者認為，各級計量檢定機構(gòu)，在改革實驗室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度的同時，還應(yīng)提高綠色恒溫空氣質(zhì)量，增強檢測人員的健康水平和效率，保證計量檢測準(zhǔn)確、可靠，實現(xiàn)計量檢測“增效、節(jié)能”的目的。