河北省計量科學研究院  柯亭正  河北省質量技術監督局  柯旭

　　一、我國目前實驗室恒溫標準溫度制度及改革意見

    我國現行的產品標準、檢定規程、校準方法中，環境溫度規定以20℃作為恒溫參考標準溫度。例如:檢定、校準環境溫度(即實驗室恒溫標準溫度)20℃±1℃、20℃±2℃；工作溫度范圍20℃±10℃；儲存溫度范圍20℃±30℃等。

　　這個規定是有歷史原因的。從20世紀50年代開始，我國就以20℃作為參考標準溫度，至今未變。當時，一方面大量參照了原蘇聯的標準和規程；另一方面，20世紀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，不論是國家基準，還是各等級標準計量檢定，或準確度要求較高的校準、檢測，其工作場所環境恒溫溫度都定為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、標準電池、標準電阻均要求20℃±1℃；測長儀、萬能工具顯微鏡、精密測溫電橋要求20℃±2℃；鐘罩式氣體流量標準裝置、一等、二等標準金屬容器要求20℃±2℃；時間頻率和無線電的標準儀器要求20℃±5℃等。

　　半個世紀以來，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、東北地區氣溫上升最為明顯。德國3位氣象專家研究后發表報告指出:“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，城市建設的速度和規模越來越大，高樓越來越多，環境結構的熱島效應越來越明顯。計量檢測的實驗大樓，絕大多數在城市里，城市的熱島效應使得市區溫度比郊區高(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準溫度定為23℃，將給我們計量事業節約多少能源和資金?節省多少時間，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，單是空調機降溫部分，半年就將節省電能178665(kW·h)，即節省電費14.3萬元。這里還未計算節約水的部分。如果全國都改變實驗室恒溫標準溫度(制度)，都定為23℃，將節省水、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。

　　作者調查過一些氣象資料，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后的平均溫度，其中黃河以北、黃河地區、長江地區、南方地區全年平均溫度分布狀況如表1所示。
    

    從表1中可以看出，加上熱島效應后≥23℃的全年平均溫度分布為5.83月/年，各地區為(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℃為實驗室恒溫標準溫度比較合適。

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

　　建國以來，我國計量事業飛速發展，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，改革實驗室恒溫標準溫度制度，改變降溫方法(如在有地下水資源的地方，采用地下水循環降溫法)，將會節約大量的電能和水，同時，也將節省大量的恒溫時間，增加顯著的經濟效益。
    

　　二、改革實驗室恒溫標準溫度制度的可行性

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

　　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、分度時，可以將標準環境溫度定到23℃(或專用的其他溫度)，給出該溫度下的標定值；或給出在17℃～23℃使用的分度表；或該儀器的溫度系數，即可準確地用于檢定、校準和測試。如電橋、電位差計、標準電阻、標準電池、量塊、活塞壓力計、數字多用表、標準金屬容器等。關鍵是中央和大區一級計量技術部門，在23℃±X℃的標準環境溫度下檢定、校準工作基準和一級標準器標稱值，或測試給出其溫度系數，這在技術上是可以實現的。為了國際比對，國家基準的標準環境溫度仍保留為20℃±X℃。

　　2.有很大部分不同等級的計量器具、儀器儀表，其結構、原理、材質、量程、溫度影響系數都相同，只要23℃實驗室環境溫度場足夠穩定、均勻，在同種類、同量程狀態下檢定、校準、檢測，其檢測裝置的擴展不確定度符合技術文件的要求，那么將實驗室標準環境溫度定到23℃是完全可行的。例如，100mm以下的三等、四等鋼質量塊，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.現在的溫度傳感器和控溫儀器的靈敏度、控溫穩定性、均勻性都大大提高了，恒溫設備技術的提高，對于原來要求20℃±5℃、20℃±3℃的計量器具和儀器，將實驗室標準環境溫度控制到23℃±0.5℃，完全不影響計量器具和儀器的性能和準確度。

　　4.隨著科學技術的發展，計量器具、儀器儀表的材料和質量有很大提高。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境、機械環境、安全環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、清零、溫度補償等功能，外界溫度影響較小。所以，就這一類計量器具和儀器儀表，將實驗室標準環境溫度控制到23℃±1℃或17℃±1℃是完全可行的。

　　5.對于一些要求環境溫度必須在20℃的計量器具和儀器，或檢定規程規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，一些發達國家，早已將電子類計量器具、儀器儀表的基準環境溫度定為23℃。我國已加入了WTO，也是IEC(國際電工技術委員會)的成員國，我們應借鑒發達國家的經驗，改革我國的實驗室恒溫標準溫度制度。目前，我國電流表、電壓表、功率因數表(三表)的國家檢定規程，已將恒溫標準溫度定為23℃了。
    

　　三、促進實驗室恒溫標準溫度制度改革的方法

　　1.開展工作基準計量器具23℃環境標準溫度下分度、量值傳遞檢定的研究工作，促使標準計量器具早日實現實驗室標準環境溫度23℃±X℃。上世紀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和標準計量器具溫度修正系數的工作，這十分有利于建立23℃±X℃的標準環境溫度制度。

　　2.用高級別的溫度系數小的標準計量器具，在23℃下校準低級別的標準計量器具。首先對校準系統進行不確定度分析，符合傳遞、校準系統原則，并進行橫向驗證比對，符合要求后，用該標準器在23℃下開展計量校準和檢測工作。

　　3.先開展結構、原理相同的計量器具和單一參數的計量器具的實驗室標準環境溫度改革，它們的相互影響小，準確度較高。

　　4.對于那些環境溫度要求特別嚴格的標準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、校準和檢測。

　　5.對于企業的恒溫實驗室，計量器具和儀器儀表的準確度級別較低，只要能保證量傳準確，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準溫度規定寬一些，例如15℃～25℃。這種工作環境條件操作是符合GB/T15481-2000和JJF1069-2000的要求的。

　　6.各級標準、計量、質檢管理和技術部門，應充分認識改革實驗室恒溫標準溫度制度的重要性，在制定和修改計量器具產品標準、檢定規程、校準、檢驗方法時，應盡量確定其試驗的恒溫標準溫度為23℃±X℃，逐步將計量器具和儀器儀表的實驗室標準環境溫度都過渡到23±X℃。

　　筆者認為，各級計量檢定機構，在改革實驗室恒溫標準溫度制度的同時，還應提高綠色恒溫空氣質量，增強檢測人員的健康水平和效率，保證計量檢測準確、可靠，實現計量檢測“增效、節能”的目的。