河北省計(jì)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(guó)目前實(shí)驗(yàn)室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度及改革意見

    我國(guó)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(shí)驗(yàn)室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度)20℃±1℃、20℃±2℃；工作溫度范圍20℃±10℃；儲(chǔ)存溫度范圍20℃±30℃等。

　　這個(gè)規(guī)定是有歷史原因的。從20世紀(jì)50年代開始，我國(guó)就以20℃作為參考標(biāo)準(zhǔn)溫度，至今未變。當(dāng)時(shí)，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(guó)平均氣溫較低。由此，在我國(guó)從國(guó)家到地方的各級(jí)計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)，不論是國(guó)家基準(zhǔn)，還是各等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量檢定，或準(zhǔn)確度要求較高的校準(zhǔn)、檢測(cè)，其工作場(chǎng)所環(huán)境恒溫溫度都定為20℃±X℃，成為了制度。例如:0級(jí)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(jì)、0.01級(jí)以上電橋、電位差計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)電池、標(biāo)準(zhǔn)電阻均要求20℃±1℃；測(cè)長(zhǎng)儀、萬能工具顯微鏡、精密測(cè)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(shí)間頻率和無線電的標(biāo)準(zhǔn)儀器要求20℃±5℃等。

　　半個(gè)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(dòng)的增強(qiáng)，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(guó)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(guó)3位氣象專家研究后發(fā)表報(bào)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(huì)再提高(2～5)℃”。

　　我國(guó)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(jì)量檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)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(jì)量檢定、測(cè)試基本上都在白天進(jìn)行，是一天中氣溫最高的時(shí)段。因此，實(shí)驗(yàn)室要恒溫到20℃，恒溫機(jī)比過去需開更長(zhǎng)的時(shí)間，消耗更多的電能和水。如果我們把實(shí)驗(yàn)室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度定為23℃，將給我們計(jì)量事業(yè)節(jié)約多少能源和資金?節(jié)省多少時(shí)間，增加多少效益呢?

　　作者粗略計(jì)算，如果一個(gè)省級(jí)計(jì)量所，有5000m²恒溫實(shí)驗(yàn)室，單是空調(diào)機(jī)降溫部分，半年就將節(jié)省電能178665(kW·h)，即節(jié)省電費(fèi)14.3萬元。這里還未計(jì)算節(jié)約水的部分。如果全國(guó)都改變實(shí)驗(yàn)室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度(制度)，都定為23℃，將節(jié)省水、電費(fèi)上千萬元。另外，等待恒溫的時(shí)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(duì)計(jì)量檢定人員的健康更為有益。

　　對(duì)于冬、春季，其平均氣溫已上升，而且我國(guó)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(shí)現(xiàn)。

　　作者調(diào)查過一些氣象資料，綜合全國(guó)29個(gè)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(zhǎng)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(gè)月/年，即23℃最接近全國(guó)的城市白天平均溫度，即半年在23℃以上，而且，全國(guó)分布相對(duì)比較均勻，降溫去濕耗能較少。因此，選23℃為實(shí)驗(yàn)室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度比較合適。

　　筆者認(rèn)為，如果我國(guó)逐步將現(xiàn)在單一的20℃±X℃實(shí)驗(yàn)室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度，改變?yōu)?國(guó)家基準(zhǔn)仍實(shí)行20℃±X℃，工作基準(zhǔn)以下的計(jì)量器具實(shí)行23℃±X℃實(shí)驗(yàn)室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度(或首先將一級(jí)、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具的環(huán)境溫度改變?yōu)?3℃±X℃)；對(duì)于一些特殊的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具，只要檢測(cè)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(shí)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(guó)以來，我國(guó)計(jì)量事業(yè)飛速發(fā)展，正式職工已達(dá)16萬余人，實(shí)驗(yàn)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(guó)企事業(yè)單位的計(jì)量室，恒溫實(shí)驗(yàn)室面積將大幾倍乃至十幾倍。這些實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(huì)節(jié)約大量的電能和水，同時(shí)，也將節(jié)省大量的恒溫時(shí)間，增加顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
    

　　二、改革實(shí)驗(yàn)室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度的可行性

    實(shí)驗(yàn)室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度是個(gè)大系統(tǒng)，牽涉到全國(guó)各種計(jì)量器具和儀器儀表、甚至許多機(jī)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(guó)際比對(duì)；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(shí)的，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮，只要我國(guó)的計(jì)量、標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)檢部門和有關(guān)企事業(yè)單位，認(rèn)識(shí)到改革實(shí)驗(yàn)室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度的重要性、迫切性，由國(guó)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(dòng)起來，改革全國(guó)實(shí)驗(yàn)室的恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度，是完全可以逐步實(shí)現(xiàn)的。

　　其改革的可行性和有利條件有:

　　1.許多計(jì)量器具、儀器儀表在生產(chǎn)、分度時(shí)，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(cè)試。如電橋、電位差計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電池、量塊、活塞壓力計(jì)、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(jí)計(jì)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)器標(biāo)稱值，或測(cè)試給出其溫度系數(shù)，這在技術(shù)上是可以實(shí)現(xiàn)的。為了國(guó)際比對(duì)，國(guó)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(jí)的計(jì)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(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度場(chǎng)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(cè)，其檢測(cè)裝置的擴(kuò)展不確定度符合技術(shù)文件的要求，那么將實(shí)驗(yàn)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(chǎng)下比較法檢定，按C₂=[α(20-t)-α_s(20-t_s)]公式計(jì)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(jí)以下的壓力表、0.5級(jí)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(duì)于原來要求20℃±5℃、20℃±3℃的計(jì)量器具和儀器，將實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度控制到23℃±0.5℃，完全不影響計(jì)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(jì)量器具、儀器儀表的材料和質(zhì)量有很大提高。在型式評(píng)價(jià)(定型鑒定)和樣機(jī)試驗(yàn)時(shí)，要求對(duì)其進(jìn)行各種氣候環(huán)境、機(jī)械環(huán)境、安全環(huán)境和電磁兼容等影響量試驗(yàn)，特別是溫度影響量的試驗(yàn)，要求是嚴(yán)格的。另外，許多電子計(jì)量?jī)x器，具有自校準(zhǔn)、清零、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ埽饨鐪囟扔绊戄^小。所以，就這一類計(jì)量器具和儀器儀表，將實(shí)驗(yàn)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(duì)于一些要求環(huán)境溫度必須在20℃的計(jì)量器具和儀器，或檢定規(guī)程規(guī)定得很嚴(yán)的計(jì)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(guó)際上，一些發(fā)達(dá)國(guó)家，早已將電子類計(jì)量器具、儀器儀表的基準(zhǔn)環(huán)境溫度定為23℃。我國(guó)已加入了WTO，也是IEC(國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì))的成員國(guó)，我們應(yīng)借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，改革我國(guó)的實(shí)驗(yàn)室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度。目前，我國(guó)電流表、電壓表、功率因數(shù)表(三表)的國(guó)家檢定規(guī)程，已將恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度定為23℃了。
    

　　三、促進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)量器具早日實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度23℃±X℃。上世紀(jì)五六十年代我國(guó)計(jì)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(jì)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(jí)別的溫度系數(shù)小的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具，在23℃下校準(zhǔn)低級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具。首先對(duì)校準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行不確定度分析，符合傳遞、校準(zhǔn)系統(tǒng)原則，并進(jìn)行橫向驗(yàn)證比對(duì)，符合要求后，用該標(biāo)準(zhǔn)器在23℃下開展計(jì)量校準(zhǔn)和檢測(cè)工作。

　　3.先開展結(jié)構(gòu)、原理相同的計(jì)量器具和單一參數(shù)的計(jì)量器具的實(shí)驗(yàn)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(duì)于那些環(huán)境溫度要求特別嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)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(yán)格恒溫的計(jì)量?jī)x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(jì)量器具、儀器儀表檢定、校準(zhǔn)和檢測(cè)。

　　5.對(duì)于企業(yè)的恒溫實(shí)驗(yàn)室，計(jì)量器具和儀器儀表的準(zhǔn)確度級(jí)別較低，只要能保證量傳準(zhǔn)確，檢測(cè)不確定度不超出被檢儀器的允許誤差范圍，可以把實(shí)驗(yàn)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)量、質(zhì)檢管理和技術(shù)部門，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)改革實(shí)驗(yàn)室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度的重要性，在制定和修改計(jì)量器具產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、檢定規(guī)程、校準(zhǔn)、檢驗(yàn)方法時(shí)，應(yīng)盡量確定其試驗(yàn)的恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度為23℃±X℃，逐步將計(jì)量器具和儀器儀表的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度都過渡到23±X℃。

　　筆者認(rèn)為，各級(jí)計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)，在改革實(shí)驗(yàn)室恒溫標(biāo)準(zhǔn)溫度制度的同時(shí)，還應(yīng)提高綠色恒溫空氣質(zhì)量，增強(qiáng)檢測(cè)人員的健康水平和效率，保證計(jì)量檢測(cè)準(zhǔn)確、可靠，實(shí)現(xiàn)計(jì)量檢測(cè)“增效、節(jié)能”的目的。