ICS 17.040.01 J 04
GE
中华人民共和国国家标准
GB/T39643—2020
产品几何技术规范（GPS)
长度测量中温度影响引入的系统误差和
测量不确定度来源
Geometricalproduct specifications (GPS)--Systematic errorsand contributions to measurement uncertainty of length measurement due to
thermal influences
(ISO/TR 16015:2003,MOD)
2021-07-01实施
2020-12-14发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T 39643—2020
目 次
前言引言
I
IV
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 4 符号和缩略语 5程序附录A（资料性附录）长度测量的温度环境咨询信息附录B（资料性附录）长度测量中热效应引入的不确定度示例附录C（资料性附录）与GPS矩阵模型的关系参考文献
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X
12 28 31 32 GB/T39643—2020
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准使用重新起草法修改采用ISO/TR16015：2003《产品几何技术规范（GPS） 长度测量中温
度影响引入的系统误差和测量不确定度来源》。
本标准与ISO/TR16015：2003的技术性差异及其原因如下：
关于规范性引用文件，本部分做了具有技术性差异的调整，以适应我国的技术条件，调整的情况集中反映在第2章“规范性引用文件”中，具体调整如下：：用等同采用国际标准的GB/T19765，代替ISO1（见第4章）； ·用JJF1001代替VIM(见第3章）； ·用JJF1059.1代替GUM（见第3章）。
本标准由全国产品几何技术规范标准化技术委员会（SAC/TC240)提出并归口。 本标准起草单位：安吉亚太制动系统有限公司、中国计量科学研究院、上海市计量测试技术研究院、
中机生产力促进中心、重庆市计量质量检测研究院、山东理工大学、陕西省计量科学研究院。
本标准主要起草人：王为农、位恒政、施瑞康、任瑜、陈龙、徐健、李东兴、毛斌、朱悦。
Ⅲ GB/T39643—2020
引言
本标准是产品几何技术规范（GPS)系列中通用的GPS标准之一（见GB/T20308）。它涉及标准的 D、E、F和G链环。
温度测量的不确定度，以及偏离标准参考温度的测量会在长度测量结果中引入不确定度。另外，偏离标准参考温度的测量会导致测量结果的系统误差。
本标准所讨论的基础是，大多数材料在温度发生变化时都会膨胀或收缩。如果测量时的温度是标准参考温度，名义热膨胀是零，但温度测量的不确定度会引入测量结果的不确定度。如果长度测量不是在标准参考温度下进行，则会产生热膨胀差异。使用工作标准器调整测量仪器时，或使用测量仪器测量工件时，都会发生这种现象。
如果已知工件、工作标准和测量仪器的温度和热响应，可以对热膨胀差异进行修正。由于不可能准确地知道温度及热响应，因此修正和测量结果均会有不确定度。本标准给出了相关的系统误差计算方法，以及评估温度引人的测量不确定度的方法。
由于热效应产生的标准不确定度应以通用的方式表达（见JJF1059.1），以评估测量的合成标准不
确定度。
必要时，可以对温度引起的尺寸不确定度采用适当的判定规则，例如，采用一个可接受的工件公差比例，或者执行GB/T18779.1的规定，以保证可以对工件尺寸的符合性进行判定。
本标准基于GB/T19765制定，并与GB/T24637.2保持一致。本标准出版时已经尽量做到这一点。 GB/T39643—2020
产品几何技术规范（GPS）
长度测量中温度影响引入的系统误差和
测量不确定度来源
1范围
本标准规定了产品几何技术规范（GPS)的长度测量中温度影响引起误差的确定和修正程序，以及温度影响引入的测量不确定度分量评定的程序。
本标准适用于工业领域长度测量。 注1：温度影响包括，平均温度是标准参考温度；均温度不是标准参考温度，平均值考虑了时间和空间的变化；温
度随时间变化。
注2：需考虑三种情况：平均温度是标准参考温度；平均温度不是标准参考温度，用户进行修正；平均温度不是标准
参考温度，用户不进行修正。 注3：根据GB/T18779.2的分析，热效应是引起测量不确定度和形成系统误差的重要因素。本标准通过更加专业
详细的温度影响分析，阐明温度影响是测量不确定度的重要来源，也是形成系统误差的重要因素。虽然没有对温度梯度进行详细讨论，但在附录A中提供了一些资料。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T19765产品几何量技术规范（GPS） 产品几何量技术规范和检验的标准参考温度 (GB/T19765—2005,ISO1:2002,IDT)
JF1001通用计量术语及定义 JJF1059.1测量不确定度的评定与表示
3术语和定义
JF1059.1和JJF1001界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出了JJF1001中的某些术语和定义 3.1热膨胀系数相关术语 3.1.1
热膨胀系数coefficientofthermalexpansion α 长度变化率与温度变化之比。 注1：一般而言，这个系数是一个温度的函数。基于本标准的目的，使用了一个温度范围的平均值，如公式（1）
Lr L20 L (T 20)
α(20,T)=
..()
000.0...
1 GB/T39643—2020
式中： T温度； Lr——温度T下测量的长度； L2———20℃下的长度。 根据GB/T19765，温度T在20℃附近。
注2：符号α所加的下标用于区分工件的热膨胀系数α、或工作标准器的热膨胀系数α，注3：热膨胀系数可以用于表述非均质体的特性，例如组合工作标准器或工件，它们是不同材料的组合体。本文件
对均质的和复合的工作标准器或工件的膨胀系数没有进行区分。
3.1.2
测得的热膨胀系数 measured coefficient of thermal expansion αm 试验获得的特定物体的热胀系数。 注1：这个系数可以通过经过认可的校准实验室的校准服务获得，也可以通过合理的试验获得。 注2：符号α所加的下标用于区分工件的热膨胀系数α和工作标准器的热膨胀系数α
3.1.3
名义热膨胀系数 nominalcoefficientofthermalexpansion αn 在温度20℃到温度T的范围内热膨胀系数的近似值。 注：符号αn所加的下标用于区分工件的热膨胀系数α和工作标准器的热膨胀系数am。α和α的估计值可以通
过对相似物体的试验获得，或者通过公开的数据获得。
3.1.4
热膨胀系数的不确定度 uncertaintyofcoefficientofthermalexpansion u(α) 合理表征热膨胀系数值离散程度的参数。 注1：符号u(α）所加的下标用于区分工件热膨胀系数的不确定度u（α）和工作标准器热膨胀系数的不确定度
u(a,).
注2：a。的不确定度通常远大于αm的不确定度。
3.2热膨胀相关术语 3.2.1
热膨胀thermalexpansion Ag 物体长度随温度变化而发生的变化。这些物体可以是工件或工作标准器。
3.2.2
基于名义的或测得的热膨胀系数的热膨胀 thermalexpansionbasedonnominalormeasuredcoefficients
of thermal expansion
A或△mE 测量时物体的平均温度偏离20℃而产生的热膨胀的估计值。 注1：该估计值基于名义的或测得的热膨胀系数，见公式(2)：
AαL(T20C)=αL8 AmE=αmL(T-20C)=αLS
△或mE
....(2 )
注2：符号△ae和△me所加的下标用于区分名义的/测得的热膨胀是针对工件的（即△aEw或AmEw）和工作标准器的
（即AE或A）。
2 GB/T39643—2020
3.2.3
修正的长度 corrected length Le 基于测得的或名义的热膨胀系数计算进行修正后得到的被测长度。 注：修正长度可以按照公式(3)计算
Le = Lm-AmE
或
Lc = Lm-△.E
..(3)
3.2.4
热膨胀差异differentialthermalexpansion 测量时温度偏离20℃引起的工件长度和工作标准器长度变化之间的差异。 注：如果不修正，热膨胀的差异将在测量结果中引人系统误差。
3.2.5
基于名义的或测得的热膨胀系数的热膨胀差异 differentialthermalexpansionbasedonnominal
or measured coefficients of thermal expansion
AaDe或mDE 测量时物体的平均温度偏离20℃而产生的工件热膨胀和工作标准器热膨胀的估计值之间的差异。 注：基于名义的或测得的热膨胀系数引起的热膨胀差异可以通过公式(4)计算：
DE=nEE
或
mDE=mEwmE
( 4 )
3.2.6
由于α的不确定度引入的热膨胀的不确定度 uncertainty of thermal expansion due to uncertainty
of α
ug(L) 由于热膨胀系数的不确定度引入的热膨胀的不确定度。 注1：由于热膨胀系数的不确定度引人的热膨胀的不确定度可以用公式(5)计算：
(L) = Lou (α)
（5）
注2：所加的下标用于区分工件的("..w")和工作标准器的（...s")。 3.2.7
由于α，和α，的不确定度引入的热膨胀差异的不确定度 uncertaintyofdifferential thermal expan- sion due to uncertainties of α, and a,
UDe (L) 由于工件和工作标准器的热膨胀系数不确定度引起的热膨胀合成标准不确定度。 注1：在工件和工作标准器的热膨胀系数不相关的条件下，uDe(L)的值用公式(6)计算：
UDE(L）=u(L）+u（L,)
=V@Luaw)+,L,u（a)
(6 )
注2：当工件和工作标准器的热膨胀系数是从不同的来源获得的，可以假设它们不相关。 注3：当使用热膨胀系数的名义值时，这个量曾经称为名义膨胀差异的不确定度(UNDE)。
3.3温度变化对尺寸的影响 3.3.1
尺寸的温度响应dimensionalthermalresponse 物体的长度变化幅度与温度波动的幅度及时间相关的响应。
3 GB/T39643—2020
3.3.2
温度响应时间thermalresponsetime 等温时间soak-outtime 环境温度发生特定突变后，物体温度达到并保持在其新的温度值附近规定范围内需要的时间间隔。 注：当在环境温度发生变化，如当一个物体被从一个房间运到另一个房间，进人新的环境温度，物体平衡到新的环
境温度附近的规定范围内需要一个时间周期。
3.3.3
温度响应差differentialthermalresponse 在同一个环境温度下同时测量两个物体，仅由于物体间温度随时间变化的差异而引起的长度差。
3.3.4
环境温度变化引入的尺寸变化dimensionalvariationduetoenvironmentaltemperaturevariation Eerv 在环境调整周期对应的时间间隔内，由环境偏离平均条件而引起的长度测量变化的估计。 注：由于环境温度变化引起的尺寸变化，Eerv通常通过两个漂移测试(3.4.5)的测量结果来决定，一个是工作标准器
与比较仪，另一个是工件与比较仪。但是在单个位置上进行的漂移试验不能揭示所有热致误差，特别是存在空间温度梯度的情况下。仪器用户有责任确保检测到这种影响，并作为不确定度因素进行适当的考虑
3.3.5
工件和工作标准器温度的不确定度 uncertainties of workpieceandworking standardtemperatures u（w）和u（s）工件和工作标准器在一个时间间隔内的平均温度的不确定度。 注1：这些不确定度分量来自温度计的校准、温度计的安装程序和仪器的变化。 注2：计算平均温度的时间间隔通常就是测量的周期。
3.3.6
温度测量引起的长度不确定度 uncertainty of length due to temperaturemeasurement uTM (L) 长度测量时由于温度测量的不确定度引入的长度测量不确定度。 注1：在一个工件和一个工作标准器时，用公式(7)计算：
uTm(L)=VaLu(3.)+aLu(0,)
..(7)
其中，u(.）和u(9,）是工件和工作标准器温度测量的不确定度。假设工件和工作标准器的温度测量不相关，并使用2只不同的温度计测量温度，并能够利用校准溯源至90国际温标。
注2：当标准是激光干涉仪时，与传播介质的温度有关的波长系数作为工作标准器的膨胀系数当传播介质是标准
空气时，α值为0.93×10-*/℃。
3.3.7
环境温度变化引入的长度不确定度uncertaintyoflengthduetoenvironmentaltemperaturevariation ugry (L) 在等于环境调整周期的时间间隔内，由于环境温度偏离平均条件而引入的长度测量不确定度。 注1：环境温度变化引人的长度尺寸不确定度，uETv(L)，即调整周期内仪器/工作标准器/工件系统的漂移范围，是
利用测量或估计环境温度的变化EgTv对可能导致的尺寸变化进行的估计。
注2：计算Uerv(L)时，注意最大误差是在漂移测试中观察获得的范围，取决于是否设定为最低温度，而在最高温度
进行测量，或者与之相反。如果温度是正弦变化，概率密度函数可能是U形。但是，设置和测量按照时间周期的正弦变化的概率很小。设置-测量过程包括从U形概率分布方程取出点对，进行差分。这个过程的结果是，测量过程具有与U形分布不同的概率分布函数。歇认是使用均匀分布。见5.4和公式(13)。
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