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ASTM在温度测量领域的标准化工作

上海工业自动化仪表研究所张继培

一. ASTM简介
1. 简史
    ASTM是国际上最大的、历史最悠久的、最权威的标准化组织之一，1898年成立于美国费城。19世纪资本主义工业化的迅速发展，导致了生产方与使用方对产品质量和规格等方面的矛盾，出现了对标准化的要求，尤其是制造业、建筑业和交通的发展对材料的标准化要求十分突出。ASTM就是在这个背景下诞生的。它成立时的名字叫American Section of International Association for Testing Materials，即国际材料试验协会美国分会。会员有70人。由于与国际材料试验协会在标准观念上有分歧，1902年它成为一个独立组织，定名为American Society for Testing Materials（ASTM），即美国材料试验学会。这时会员发展到168人。
    早期的工作领域主要集中在工业大量生产、应用的材料方面，如钢铁、非铁金属、建筑材料（如水泥、陶瓷、耐火材料等）及非金属材料（如石油、木材、纸等）以及它们的制品。1901年ASTM的第一个标准《桥梁结构钢》出版。ASTM的标准主要有两个方面：测试方法（Test method）和技术条件（Specification），而当时以测试方法为主。这反映了当时工业发展的主要问题：由于测试方法不一致而得出完全不同的结果。
    经过20世纪上半叶，尤其是两次世界大战，科学技术的飞速发展使ASTM也得到很大发展。战后，尤其是六七十年代，ASTM逐渐涉足于许多新兴领域，如电子、航空航天、日用消费品、能源、安全、卫生、新材料和环境保护等领域，许多与新兴技术领域有关的技术委员会建立了起来。1961年已有80多个技术委员会。标准的重点也转向以技术条件为主。为反映这种情况，1961年ASTM更名为American Society for Testing and Materials，即美国试验与材料学会，其缩写仍是ASTM。
    在很长时间里，ASTM是一个传统的民间工程师社团组织，随着ASTM组织和业务的扩大，它需要足够的资金以支持在广泛领域的标准研究和制订工作。因此它的运行和管理机制也逐渐发生变化，在七十年代，它变成一个非营利性的企业。
    在上世纪上半叶，ASTM在美国就与其它的标准化组织有广泛的合作交流，许多ASTM标准被美国国标及军标采用，如热电偶分度表就被采用为美国国标。到上世纪下半叶，世界经济发展的全球化使标准化工作也日趋全球化，ASTM工作的国际化趋势也日益明显。到20世纪末，ASTM已有一百三十多个技术委员会，会员共三万人，他们来自一百多个国家。有40%的ASTM标准走出美国而在国际上被采用。ASTM早已逐渐由一个美国的标准化组织变成一个国际性的标准化组织。为反映这种变化，由2002年起，ASTM更名为ASTM International。
    ASTM不但与ISO、IEC等国际标准化组织有密切联系，也努力发展与中国的标准化合作。我国就把ASTM标准作为我国采用国际标准和国外权威标准的参照标准之一。最近，2004年8月，ASTM与中国国家标准化委员会（SAC）在北京签订了谅解备忘录（Memorandum of Understanding），加强双方在卫生、安全、环境等领域的标准合作。中国将用ASTM的资源发展中国标准，采用ASTM标准作为国家标准，ASTM提供全套资料，参与共同制定标准，并为中国标准化人员提供培训等。

2. ASTM的组织与工作
    ASTM的最高机构是董事会及其常委会，董事长只任一年，每年更换。ASTM总部的实际管理工作由总裁（President）负责。技术工作由各技术委员会进行。技术委员会是按专业领域分的，其中有一个温度测量技术委员会，编号是E20。标准的制订、修订和复审等均在技术委员会内进行。如有必要，技术委员会下面可以按更细的专业设立分技术委员会。
    ASTM的成员是来自制造、使用、科研、大学和政府部门的科技人员，以个人名义加入，不限国籍。
    通过讨论达到统一是ASTM制定标准的原则。从建立时起，ASTM就特别重视用户方的意见，当时各技术委员会的主席均不得由来自制造方的人士担任。标准的起草通常在负责该领域的分技术委员会内进行，分技术委员会通过后的草案提交技术委员会全体成员审查、讨论及投票。以前用书面审查和投票，现已改在因特网上进行了。已存在的标准每五年复审一次，以决定是否继续生效或修订或废止。
    ASTM的标准分为七种类型：（1）技术条件（Specification）；（2）试验方法（Test method）；（3）名词术语（Terminology）；（4）指南（Guide）；（5）操作（Practice）；（6）讨论（Discussion）；（7）分类（Classification）。
    从1910年起，ASTM每年出版一套《ASTM标准年刊》（Annual Book of ASTM Standards），刊登全部有效的ASTM标准，在全世界发行。这是ASTM最重要的产品。今年年刊共77册，内含一万两千多个标准。其中14.03册是温度标准的汇编。此外，ASTM还有其他出版物，其中最主要的是《标准化新闻》（Standardization News）月刊。

二. E20温度测量技术委员会
    由于所有的试验方法和技术条件均牵涉到温度测量，所以1962年ASTM成立了E20温度测量技术委员会。目前共有成员120多人。E20有10个分技术委员会。它们是：（1）E20.02 辐射测温；（2）E20.03 电阻测温；（3）E20.04 热电偶；（4）E20.05 玻璃液体温度计及比重计；（5）E20.06 新型温度计及技术：（6）E20.07 测温基础；（7）E20.08 医学测温；（8）E20.90执行；（9）E20.91 编辑及术语；（10）E20.92 出版。
    目前由E20制订的有效标准共42个：
    按类型分：技术条件 24个；试验方法 12个；指南 4个；名词术语 1个；操作 1个。
    按测温方法分：热电偶 21个；电阻测温 2个；辐射测温 1个；医学测温 8个；玻璃液体温度计及比重计 5个；综合性（基础） 5个。

三. ASTM温度标准的一些特点
    比较一下ASTM的温度标准与IEC或我国国家标准，我个人体会，有以下一些特点。
    1. 标准制订的时间较早
    ASTM在温度方面资格比较老，也不存在要向IEC靠拢的问题，不少标准就率先制订了。尤其是在热电偶方面，ASTM标准可以说是世界上最权威的。在几十年前，还是在用48温标和68温标的时代，对标准化型热电偶(即用字母作代号的热电偶), 全世界都是采用ASTM的分度表标准, 它首次制订的时间是1963年。90年代采用90温标的分度表是国际上联合制订的，但为首的单位是美国的国家标准及技术研究院（NIST），而NIST的一批科学家又是ASTM E20的积极分子，所以ASTM就不等IEC的表决程序，先行批准和出版了标准化型热电偶分度表标准。前几年又在修订时加入了W5Re-W26Re热电偶, 把它定为C型。至于铠装热电偶标准，ASTM则在IEC前很久（1977年）就制订了。
    ASTM热电偶标准中，有两个有关难熔金属热电偶的标准：钨铼热电偶分度表和钨铼热电偶丝材。还有一个非标准型（Non-letter designated）热电偶分度表标准，包括W-W26Re、NiCr-Au0.07Fe、Pt5Mo-/Pt0.1Mo、Pt40Rh-Pt20Rh、Ni18Mo-Ni0.8Co、Ir40Rh-Ir、Au-Pt、Pt-Pa 和PlatinelⅡ 等热电偶。这些工作都是在世界上领先的。

2. 技术要求比较高
由于IEC标准要由成员国投票通过，通常在技术要求方面不得不作一些妥协以求得通过。因此一般来说IEC标准的要求不会是国际上最严的。而ASTM标准主要基于美国的技术水准，如果该领域美国是领先的，则技术要求就会较严。例如铠装热电偶标准对可挠性的要求，在IEC标准中是铠装电缆可弯成半径r=5D（D为铠装电缆外径）的圈而没有可观察到的损坏，而在ASTM标准中则要求铠装电缆在直径为2D的芯棒上绕三圈而没有损坏，而且绝缘电阻不得下降一个数量级。铠装电缆可挠性的好坏,与绝缘物的密度有很大关系。越致密则铠装电缆的实体性越好，可挠性就越好。ASTM铠装热电偶标准中，对绝缘物的密度作出了规定：MgO的密度为3580 Kg/m³。为了保证铠装热电偶绝缘物的密度，ASTM还制订了用来加工铠装电缆的绝缘材料的标准，标准中规定绝缘物粉料和素瓷珠的密度为2060-3060 Kg/m³。为保证绝缘电阻达到要求，有关标准除规定了MgO的含量外，还规定了其他有害杂质如Fe2O3、S、C等的含量。对用于贵金属铠装热电偶、亷金属铠装热电偶、铂热电阻和用于600℃以下的亷金属铠装热电偶，杂质含量的要求也不相同。

3. 标准涉及的范围比较广
IEC的TC/SC65B至今主要制定了一些有关热电偶和铂热电阻的标准，辐射温度计的标准正在制订中。而ASTM标准包含的测温种类比较多，除这三类外还有玻璃液体温度计和医用温度计。尤其要指出的是，ASTM标准中包含了八个医用温度计的标准，类型涵盖很广，包括玻璃水银类、红外类、电子类、直接式液晶类、热敏电阻类和相变类的医用温度计。去年SARS袭击我国时，不少单位都在开发、生产红外医用温度计，需要制订有关标准或计量检定规程，而当时可找到作为参考的标准只有ASTM的医用红外温度计技术条件。在ASTM的热电偶标准中，除前面所提到的一些标准外，还有在核场合和其他要求高可靠性场合用的热电偶标准以及热电偶接插件标准。

4. 重视测试方法标准
ASTM的温度标准中，有14个测试方法标准，它们是针对某个具体对象（例如铂热电阻）的性能测试方法。还有3个指南和1个操作标准，是有关温度测试中共同使用的一些方法：如何制作冰点、水三相点和金属凝固点，以及如何在安装前、安装中及安装后测试铠装热电偶等。
这些标准对测试用的仪器设备、试样准备和测试程序等都写得很详细和严谨，不但远详细于我国及IEC的标准，也远详细于我国的计量检定规程。
上述几个特点形成的主要原因是：这些标准的制订，是基于国际上尤其是美国主要科研机构、主要企业和应用部门强大的技术实力，标准中的技术内容、数据和方法都引用了大量的科研成果，是他们多年工作的总结。因此使得这些标准具有很强的实用性和先进性，并具有很高的指导价值。

5. 定期的复审
E20制订的标准，一直都按五年期定期复审（review）。复审的结果无非是三种：沿用（或仅作少量编辑性的文字修改）；修订；废止。实际上大部分是修订。每次修订都十分认真，都采用了新的知识和新的成果。修订后的标准草案也一样要技术委员会表决通过。这种标准维护的工作，在我国是十分欠缺或十分不得力的。做好这一工作的基本要素是技术委员会成员的稳定性。由于ASTM是以技术人员个人为成员的，他们都是自愿参加的，因此成员十分稳定。这些人都是长期从事温度测量的专家，知道标准的来龙去脉，有可能对标准不断地维护、更新。这点在我国或IEC TC/SC65B 的WG5中，是很难做到或做好的。