扭矩儀標準裝置建標方案探討

張旭敏，魏居鋒，劉克先

（深圳中航技術檢測所，廣東深圳518040）

扭矩儀標準裝置建標方案探討

張旭敏，魏居鋒，劉克先

（深圳中航技術檢測所，廣東深圳518040）

依據計量標準考核的要求，通過對計量標準的工作原理，不確定度的評定及進行重復性、穩定性指標和不確定度的驗證考核，建立扭矩儀標準裝置符合量值傳遞的標準器組

扭矩；扭矩測量儀；扭矩傳感器

1 建立計量標準的目的

在國民經濟建設中，設備動力性能的檢定、測試要求越來越高，而在動力性能指標諸參數中，扭矩是至關重要的。如航空、航海、電力設備、武器裝備等領域中的發動機功率測試、機械傳動中的效率等，均以扭矩為重要參數，因此對扭矩測量儀的計量校準、檢定就顯得十分重要。

本計量標準的建立目的，主要用于對扭矩測量儀進行計量和檢定，確保其量值的可信度和準確度[1，2]。

2 計量標準的工作原理及組成

（1）扭矩計量標準裝置是用來產生標準扭矩并施加于被校扭矩傳感器。

（2）扭矩標準裝置的基本原理是：

扭矩值等于力臂L（單位：米）與力（單位：N）的乘積[4，5]。

3 計量標準器及主要配套設備

計量標準器及配套設備的配置應當科學合理，完整齊全，并能滿足開展檢定或校準工作的需要。計量特性必須符合相應計量檢定規程或技術規范的規定[4，5]。標準配置如表1.

表1 計量標準器及主要配套設備

4 計量標準的主要技術指標

（1）測量范圍：（0.1～1000）N.m；

（2）準確度等級：0.3級。

5 環境條件

環境條件及設施應當滿足開展檢定或校準工作的要求，并按要求對環境條件進行有效監測和控制；按JJG707-2014《扭矩扳子檢定規程》6.1.1要求[4]：

a）檢定環境條件，溫度應在（23±5）℃，檢定過程中溫度變化不超出±1℃.

b）相對濕度不大于90%RH的條件下檢定。

因此本項目環境條件要求與實際情況如表2.

表2 環境條件

6 計量標準的量值溯源和傳遞框圖

JJF1033-2008《計量標準考核規范》4.1.2計量標準的溯源性要求：為了保證計量標準的溯源性，計量標準的量值應當定期溯源至國家計量基準或社會公用計量標準；當不能采用檢定或校準方式溯源時，應當通過比對的方式，確保計量標準量值的一致性[1]。量值溯源和傳遞框圖如圖1.

圖1 計量標準的量值溯源和傳遞框圖

7 計量標準的重復性試驗

取編號為WF01002、測量范圍為（0～6）N.m、分度值為0.02 N.m、出廠編號為98815的扭矩扳子，以HP-100扭矩儀檢定該表5.000 N.m點，測量結果如表3.

表3 測量重復性數據/N.m

以下共重復測量10次，則

在測量不確定度報告中根據結果得到的實驗標準差s（pi）=0.0015 N.m，依據《JJF1033-2008計量標準考核規范》中“關于計量標準的測量重復性考核”的說明，測量重復性應小于測量不確定度報告中重復性評定的單次測量實驗標準偏差[1]：

s（p）＜s（pi）

扭矩儀標準裝置的測量重復性合格.

8 計量標準的穩定性試驗

取測量范圍為（0～6）N.m、出廠編號為98815的扭矩扳子，以HP-100的扭矩儀分別于4個時間段檢定該表3.000 N.m，各檢10次，檢測結果如表4.

表4 計量標準穩定性考核測量結果/N.m

根據以上數據，有

則：

被檢表的示值允許誤差δ=±（6×0.25%）=±0.015 N.m

所以HP-100的穩定性符合要求

9校準結果的測量不確定度評定

9.1 適用范圍

適用于一般工作用扭矩扳子、扭矩表校準不確定度分析。

9.2 引用標準/文件

JJF1059—1999測量不確定度評定與表示

9.3 測量方法

依據JJG707-2003檢定規程，用與被校扭矩扳子相適應的標準扭矩儀直接校準。以被校扭矩扳子的刻度值作為標稱值，調整扭矩儀零位后，在扳子把手部位平穩加力至選定的扭矩值，同時讀取扭矩儀的示值，重復3次，按公式（1）計算扭矩扳子的示值誤差[4，5]。

9.4 數學模型

式中：△為示值誤差N.m；M為扭矩扳子的標稱值N.m；Q為扭矩儀的示值N.m.

9.5 測量不確定度分析

（1）扭矩扳子示值引起的不確定度分量uA1屬正態分布：

重復試驗10次，得單次測量結果的標準差δ一般不大于0.4%，取

而實際測量結果，為3次的平均值，n=3所以

（2）扭矩扳子讀數誤差（即量化誤差）引起的不確定度分量uA2：

根據JJG707-2003，2.0級扭矩扳子分度數不小于100，取其20%FS點，讀數誤差估計為±0.1分度，均勻分布，得

（3）標準扭矩儀HP-100允許誤差引起的不確定度分量uB1：

因扭矩儀按允差使用，0.5級HP-100扭矩儀的允差為±0.5%，呈均勻分布，所以

（4）標準扭矩儀±1個字量化誤差，引起的不確定度分量uB2：呈正態分布

HP-100扭矩儀分度值為d=0.01 N.m，則

9.6 合成標準不確定度uC：

9.7 擴展不確定度U：取k=2

Urel=k×uC=2×0.553%=1.107%=1.1%（k=2）

10 檢定或校準結果的驗證

該被檢表送上一級計量機構檢定，檢定標準器為HP-100，檢定證書注明結果不確定度Urel= 0.10%，6.000 N.m點檢定結果是6.014 N.m，本所檢定結果是6.012 N.m

|P1-P2|=|6.012-6.014|=0.002 N.m

根據JJF1033-2008附錄C中C.2.2.3中式

可知，扭矩標準器的不確定度結果是是符合要求的

11 結束語

依據《JJF1033-2008計量標準考核規范》，對活塞式壓力標準裝置的測量重復性指標，測量標準裝置的穩定性指標和測量標準裝置的測量結果的驗證，利用本標準裝置可以依據《JJG707-2003扭矩扳子檢定規程》、《JJG797-1992扭矩扳子檢定儀檢定規程》，對符合技術要求的扭矩儀、扭矩扳子、扭矩表以及各類扭矩測量儀等的各項指標開展檢定和校準工作[1，4，5]。

[1]JJF1033-2008計量標準考核規范[S]，北京：中國計量出版社，2008.

[2]JJF1001-1998通用計量術語及定義[S]，北京：中國計量出版社，1998.

[3]JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示[S]，北京：中國計量出版社，2012.

[4]JJG707-2014扭矩扳子檢定規程[S]，北京：中國計量出版社，2003.

[5]JJG797-1992扭矩扳子檢定儀檢定規程[S]，北京：中國計量出版社，1992.

Discussion on Measurement and Calibration Scheme of Standard Device for Torque Meter

ZHANG Xu-min，WEI Ju-feng，LIU Ke-xian
（Shenzhen Metrology&Measurement Institute of AVIC.，Shenzhen Guangdong 518040，China）

According to the requirements of the measurement standard，to set up the measurement and calibration scheme of standard device for torque meter through analyzing the working principle of the measurement standard，the repeatability，the stability index and the verification of the uncertainty.

torque；torque measuring instrument；torque sensor

TH871.5

B < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0280-03

2017-02-27

張旭敏（1964-），男，廣西人，碩士，高級工程師，從事機電工程、檢測測試工作；魏居鋒（1967-），男，山東人，碩士，高級工程師，從事計量檢定、校準測試工作；劉克先（1967-），男，湖南人，學士，高級工程師，從事計量檢定、校準測試工作。