扭矩計量技術標準裝置的現狀及發展趨勢淺析

邸翔 李肖璇

摘 要：力學計量技術標準裝置是重要的計量裝置之一，被廣泛的應用到計量技術中，在實際應用與發展均取得顯著效果。在我國，力值計量技術發展較成熟，與歐美發達國家相比差距不大，但我國扭矩計量技術發展較緩慢，遠落后于歐美發達國家，且已不能滿足我國現代化發展的需求，因此加快建全我國扭矩計量體系和提升扭矩計量技術水平非常迫切。基于此，本文主要對扭矩計量技術標準裝置的現狀及發展趨勢進行分析探討。

關鍵詞：扭矩計量技術標準裝置；現狀；發展趨勢

1、扭矩計量技術概述

扭矩是使物體發生轉動的力矩，等于力和力臂的乘積。扭矩計量的理論基礎是阿基米德的“杠桿原理”，杠桿平衡的條件是作用在杠桿上的兩個力矩大小必須相等，即：動力乘以動力臂等于阻力乘以阻力臂，用公式可表達為：

F1×L1=F2×L2

其中，F1為動力，L1為動力臂，F2為阻力，L2為阻力臂。

扭矩計量技術廣泛應用于機械裝備、船舶、航天等工業與科研領域，在上述領域的動力系統研究與參數測量中起著非常重要的作用。

2、扭矩計量技術及標準裝置的發展現狀

扭矩計量器具按用途分為兩大類：一是工作扭矩計量器具如扭轉試驗機、扭矩扳子、測功裝置、轉矩轉速測量裝置等；二是扭矩計量標準如扭矩標（基）準機、標準扭矩儀、扭矩扳子檢定裝置等。扭矩標準機按結構原理的不同主要分為靜重式、杠桿式和參考式3類（有些文獻中還分測力儀式、扭矩校準杠桿等）。

2.1 靜重式扭矩標準機

靜重式扭矩標準機是以砝碼的重力作為標準負荷，通過力臂杠桿的作用產生標準扭矩，借助適當的機構按順序自動、平穩、準確地把作用力矩和平衡力矩施加到被檢對象上。

目前我國已建成并投入使用的扭矩基準機的測量范圍為0.5Nm到5450Nm，不確定度為1×10-4（k=3）。

世界聞名的計量和測試科研機構——德國聯邦物理技術研究院（PTB），其扭矩在1Nm～20kNm量程段的測量不確定度為2×10-5（k=2），技術指標比我國的扭矩計量基準高出一個數量級。PTB的扭矩測量最大量程達1.1MNm，不確定度為1×10-3（k=2）。而國內目前扭矩測量最大量程僅為200kNm，測量不確定度為3×10-4（k=2），但大量程扭矩國家基準還是空白。

2.2 杠桿式扭矩標準機

杠桿式扭矩標準機是以砝碼的重力作為標準負荷，經過一定得杠桿機構放大后，再通過力臂杠桿的作用產生標準扭矩，借助適當的機構按順序自動、平穩、準確地把作用力矩和平衡力矩施加到被檢對象上的扭矩標準機。由于其可以更容易獲得較大量程的扭矩值，在以后的大量程扭矩計量標準中將會是主流。

2.3 參考式扭矩標準機

參考式扭矩標準機是用一個比被檢對象準確度高的標準扭矩儀作為參考標準，與被檢對象串聯，以手動、或機械、或液壓方式施加扭矩的扭矩標準機[1]。其準確度相對低于靜重式、杠桿式扭矩標準機，但由于其結構簡單、造價相對便宜、易獲得扭矩值等特點，在對扭矩準確度要求不高的領域仍占有一席之地。

3、扭矩計量技術標準裝置的發展趨勢

綜上所述，我國的扭矩計量技術還存在不足之處。目前，各省、市級計量機構和國防系統的一、二級計量站都在積極投建中小量程的扭矩機標準裝置，其準確度等級一般為0.03級、0.05級。靜重式扭矩標準機由于其高準確度一般應于計量技術與科研機構及少數對扭矩準確度要求高的企業。杠桿式扭矩標準機的準確度等級一般為0.05級、0.1級，由于容易獲得較大量程扭矩值，一般受船舶工業、機械裝備等企業青睞。參考式扭矩機標準裝置的準確度等級一般為0.1級、0.3級。由于靜重式和杠桿式扭矩標準裝置的準確度較高且價格昂貴，對于一些中小企業和對扭矩準確度要求不高的市場，參考式扭矩機標準裝置無疑是最佳選擇。

計量發展水平是國家核心競爭力的重要標志之一，做為科技發展的技術基礎，計量技術必須尋求新的突破，才能發揮自身的作用，滿足科技發展的需要，而目前看來，扭矩計量技術標準裝置的發展趨勢主要體現在以下幾個方面。

3.1 朝微小和超大量程扭矩方向發展

隨著科技的發展與工業生產的需要，及時彌補我國扭矩計量在微小和超大量程扭矩基標準的空白，已成為計量技術研究的當務之急。中國計量院與大扭矩一級計量站在這方面的研究已取得重大突破，未來我國微小和超大量程扭矩計量器具不會再無源可溯，這將推動我國經濟與科研的進一步發展。

3.2 提升現有扭矩計量基標準裝置的準確度

我國現已投入使用的扭矩基準裝置的不確定度為1×10-4（k=3），隨著扭矩計量器具準確度的提高、高精尖技術的發展，現有的扭矩基準準確度已不能滿足需求。為了推動科技進步，提高我國扭矩計量技術水平，提升我國扭矩計量在國際上的地位，加快高準確度扭矩計量基標準裝置的研究已成為勢在必行。

3.3 研制動態扭矩計量基標準裝置

扭矩計量主要還是應用在動力系統參數的測量方面，但由于目前動態扭矩計量技術尚不成熟，動力系統中的扭矩參數主要還是采用靜態方法校準，顯然不符合實際需求。目前國際上動態扭矩的計量技術還處于研究階段，美國NASA、德國PTB都在動態扭矩測量技術上進行了許多試驗，我國在動態扭矩測量上也進行了大量研究。動態扭矩計量基標準裝置的研制將成為扭矩計量技術研究的主攻方向。

4、結束語

加快扭矩計量標準裝置的研制，提升扭矩計量技術水平，將為推動科技進步、促進社會經濟發展提供重要的技術基礎和技術保障，對我國國際競爭力與國際影響力的提升具有重要戰略意義。

參考文獻

[1]唐純謙.力學計量標準現狀及研究進展[J].中國測試，2014，（03）.

[2]任懷峰.力學計量技術標準裝置的現狀分析與發展方向[J].電子世界，2014，（06）.

[3]方劍.淺談力學計量技術標準裝置現狀[J].活力，2013，（18）.

[4]張平，陳俊.淺析力學計量技術標準裝置的發展現狀[J].科技資訊，2014，（02）.

[5]張少杰，馬鐵華，沈大偉.基于直角應變花的爆炸沖擊波應力測試及分析[J].彈箭與制導學報，201l，（06）.

[6]JJG 2047—2006 扭矩計量器具檢定系統表 [S] .