電動扭矩扳子示值誤差的不確定度分析與評定

馮天宇

【摘要】 本文介紹了電動扭矩扳子的概念，并根據JJF 1610-2017《電動、氣動扭矩扳子校準規范》和JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》的相關要求，采用不同扭矩率的螺栓模擬器對電動扳子進行檢測，然后對其示值誤差的不確定度進行分析和評定。

【關鍵詞】 電動扳子;不確定度評定;扭矩率

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2019.04.006

Abstract： This paper introduces the concept of electric torque wrenches. According to the provision in JJF 1610-2017 Calibration Specification for Electric and Pneumatic Torque Wrenches and JJF 1059.1-2012 Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement，the electric torque wrenches were measured by experimental threaded joint with different torque rate. And the uncertainty of indication error was analyzed and evaluated.

Key words： electric torque wrench;uncertainty evaluation;torque rate

電動扭矩扳子是以電力作為動力源驅動扭矩扳手工作的一種動力扭矩工具。電動扭矩扳子可分為預置式和數字式。預置式電動扭矩扳子不顯示扭矩值，在扳子上刻有可調節的刻度值，由于扳子輸入與輸出的單位不一致，所以一般在評定不確定度時，主要評定其內插誤差的不確定度;數字式電動扭矩扳子一般可顯示扭矩值，所以主要評定其示值誤差的不確定度。

JJF 1610-2017《電動、氣動扳子校準規范》規定，需使用高、低扭矩率模擬器配合電動扭矩扳子進行測量。因此在評定不確定度時，需分別對高、低扭矩率的內插誤差或示值誤差進行評定。

本文依據規范、結合工作實踐，對電動扭矩扳子的示值誤差不確定度進行評定。

1 概述

1.1 測量依據

依據JJG 1610-2017《電動、氣動扳子校準規范》校準規范相關條款中規定的校準方法進行測量。

1.2 環境條件

室溫：10～35 ℃。

1.3 測量所用標準器

采用準確度等級為1級的電動扭矩扳子校準裝置作為標準設備，高、低扭矩率模擬器作為輔助設備。

1.4 被測對象

數字式電動扭矩扳子，可顯示扭矩值，測量范圍為5～25 Nm。

1.5 測量方法

在標準環境下，按照規范中規定的方法，使用電動扭矩扳子校準裝置，分別對電動扭矩扳子在安裝高、低扭矩率模擬器時進行測量。該過程重復測量10次，以10次測量的算術平均值作為電動扳子的扭矩輸出值。

2 數學模型

2.1 示值誤差

1）高扭矩率示值相對誤差為：

2）低扭矩率示值相對誤差為：

2.2 示值誤差的合成不確定度

根據示值誤差公式進行求導，可得高扭矩率示值誤差合成不確定度的靈敏系數為：

則高扭矩率示值誤差的合成標準不確定度為：

式中：[uRH]——采用高扭矩率模擬器時由重復性帶來的不確定度分量;

[ubH]——采用高扭矩率模擬器時由標準器帶來的不確定度分量。

同理可得，低扭矩率示值誤差合成不確定度的靈敏系數為：

低扭矩率示值誤差的合成標準不確定度為：

式中：[uRL]——采用低扭矩率模擬器時由重復性帶來的不確定度分量;

[ubL]——采用低扭矩率模擬器時由標準器帶來的不確定度分量。

3 測量數據

將電動扭矩扳子的設定值設為15 Nm，按照規范規定的方法進行測量，得到以下數據（見表1、表2）。

4 標準不確定度評定

由上述公式可看出，不確定度來源主要是由標準器帶來的不確定度分量和由測量重復性帶來的不確定度分量。

4.1 由標準器帶來的不確定度

用B類不確定度評定，電動扳子校準裝置的準確度等級為1級，則：

4.2 由測量重復性帶來的不確定度

根據表1和表2的結果可得：

4.3 標準不確定度的合成

靈敏系數、標準器和測量重復性帶來標準不確定度分量的具體結果見表3。

由表3結果求得合成不確定度為：

5 相對擴展不確定度的評定

高扭矩率示值相對誤差的擴展不確定度為：

低扭矩率示值相對誤差的擴展不確定度為：

6 結語

本文采用電動扭矩扳子校準裝置作為標準器，高、低扭矩率模擬器作為輔助設備對電動扳子進行測量，并給出了示值誤差的不確定度評定的過程。由于電動扭矩扳子為電力驅動，屬于動態扭矩，隨機誤差較大，所以測量次數增加到10次，并采用貝塞爾公式法對標準差進行計算，減小隨機誤差帶來的影響。本文選用測量范圍為5～25 Nm的電動扭矩扳子，其最大值和最小值兩個點的不確定度評定可參考上述評定過程。

【參考文獻】

[1] 測量不確定度評定與表示：JJF 1059.1-2012[S].

[2] 電動、氣動扭矩扳子校準規范：JJF 1610-2017[S].

[3] 付江紅.電動、氣動扭矩扳子示值的測量不確定度評定[J].中國計量，2016（10）：86-87.