扭矩扳子示值誤差測量結(jié)果不確定度評(píng)定分析

張健

太原市標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量質(zhì)檢院 山西太原 030000

扭矩扳子是扳手中的一種，學(xué)名有扭力扳手、扭矩扳手、扭矩可調(diào)扳手幾種。其動(dòng)力源分類標(biāo)準(zhǔn)為：手動(dòng)力矩扳手、電動(dòng)力矩扳手以及液壓力矩扳手三種。其中手動(dòng)力矩扳手又可區(qū)分為數(shù)顯式、預(yù)置式以及表盤式三種[1-2]。從特征來看，扭矩扳手能夠設(shè)置扭矩值，并且扭矩也是可以變化的。從優(yōu)點(diǎn)來看，扭矩扳手省時(shí)省力、扭矩可調(diào)，并且操作方面比較簡單容易。扭矩扳手的用途主要體現(xiàn)在緊固螺栓、螺絲和螺母等，并在螺紋緊固過程時(shí)，需要調(diào)整力矩大小，從而來確保螺紋緊固，并且避免由于力矩太大而出現(xiàn)螺紋破壞的現(xiàn)象。

1 扭矩概述

扭矩能夠使得物品發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，是力矩的一種。力矩是力臂乘以作用力，是力對(duì)物品產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)常見的物理量。

2 扭矩扳手的原理分析

扭矩扳手的原理是通過力矩原理來提供一種可以進(jìn)行調(diào)節(jié)、支持固定扭矩值的扳手。扭矩扳手考慮了人體工程學(xué)，能夠設(shè)計(jì)出握感舒適的扳手，從而減少長時(shí)間、高強(qiáng)度工作模式下的疲勞感，手柄的振動(dòng)感能夠給予使用者清晰的反饋。鎖定環(huán)接近手掌虎口，能夠有效避免誤操作過程中更改扭矩值，從而破壞螺紋等的現(xiàn)象。在使用扭矩扳手的過程中，扭矩值達(dá)到了預(yù)先設(shè)置好的數(shù)值時(shí)，就會(huì)發(fā)出提示聲音，從而提示操作者工作完成。在扳手內(nèi)部的一個(gè)重要部件是彈簧，其壓縮程度體現(xiàn)在扳手上就是響應(yīng)的扭矩值，扭矩值可以按照彈簧的質(zhì)地與做工來確定范圍。使用扭矩扳手需要注意的是，加力要緩慢且均勻，平穩(wěn)緩慢是影響到扭矩值的關(guān)鍵因素。

3 扭矩扳子檢定裝置的組成

由扭矩傳感器、扭矩測試儀、扭矩源發(fā)生裝置（扭矩加載機(jī)構(gòu)）組成。

4 測量方法及測量依據(jù)

通過標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀的運(yùn)用，對(duì)示值誤差進(jìn)行檢定。采取扭矩扳子檢定裝置測量[3]。開機(jī)后將加載方向確定，將被測對(duì)象扭頭同軸與扭矩標(biāo)準(zhǔn)器套筒相連接，預(yù)扭后將扭矩標(biāo)準(zhǔn)器零位調(diào)整，選擇適當(dāng)?shù)呐ぞ刂诞?dāng)作測量點(diǎn)，通過加載裝置的運(yùn)用緩慢、平穩(wěn)地進(jìn)行扭矩施加，促進(jìn)被測對(duì)象指示動(dòng)作的產(chǎn)生建立的扭矩扳子檢定裝置型號(hào)為NJY-800，配備了5 個(gè)扭矩傳感器，量程為（0.1-1.4）N·m、（1-5.6）N·m、（5-45）N·m、（20-113）N·m、（100-812）N·m，準(zhǔn)確度等級(jí)為:0.3 級(jí)。

（1）測量方法：采用直接比較法。

（2）測量依據(jù)：JJG707-2014《扭矩扳子檢定規(guī)程》。

5 建立數(shù)學(xué)模型

e=M-ˉM （1）

式中，e 為扭矩扳子的示值誤差，單位N·mM 為檢定點(diǎn)扭矩扳子的示值誤差，單位N·m 珚M 為檢定點(diǎn)扭矩測試儀的算術(shù)平均值，單位N·m。

6 測量不確定度來源

扭矩扳子檢定裝置測量不確定度來源主要有: ①測量重復(fù)性。②上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)傳遞增。③扭矩儀示值不準(zhǔn)確。

7 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

（1）輸入量M 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1（按A 類方法評(píng)定）。本裝置配置了5 個(gè)不同量程的傳感器，用本套標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)不同量程的數(shù)顯扭矩扳子在相同條件下進(jìn)行6 次重復(fù)測量，測量點(diǎn)分別為0.4N·m、2N·m、30N·m、100N·m、500N·m，按公式。（2）計(jì)算各測量點(diǎn)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

（2）上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)傳遞引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2（按B 類方法評(píng)定）。由上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)傳遞引入的不確定度分量，上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度U=0.1%（k=2）k=，在測量點(diǎn)0.4N·m、2N·m、30N·m、100N·m、500N·m 處的標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式（3）計(jì)算。

（3）扭矩儀示值誤差引入和標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3（按B 類方法評(píng)定）。扭矩儀準(zhǔn)確度等級(jí)為0.3 級(jí)，示值誤差為±0.3%，假設(shè)均勻分布k=，在測量點(diǎn)0.4N·m、2N·m、30N·m、100N·m、500N·m 處的標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式（4）計(jì)算。

8 測量不確定度的報(bào)告

扭矩扳子測量范圍：（0.1-800）N·m。測量不確定度：Urel=0.4%（k=2）。

9 結(jié)語

在檢定扭矩扳手的過程中，扭矩扳手旋轉(zhuǎn)面需要與水平面保持水平，力的施加方向需要垂直于扭矩扳子，力的施加位置需要在加力線的附近，方孔式傳感器的受力狀態(tài)需要確保與扳子的方頭在一條軸心上，并且需要判斷扭矩扳子是否合格，對(duì)不合格的扳子進(jìn)行調(diào)整。因此在檢定扭矩扳子的過程中，也需要確保檢定人員的專業(yè)素養(yǎng)能夠符合各項(xiàng)檢定標(biāo)準(zhǔn)。只有確保檢定扭矩扳手符合標(biāo)準(zhǔn)，才能延長扭矩扳子的使用壽命[4-6]。測量不確定度作為一種重要概念，能夠?qū)z測質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，在本文的研究評(píng)定中，根據(jù)扭矩扳子檢定規(guī)程，對(duì)各個(gè)變量的不確定度進(jìn)行了分析，并對(duì)合成不確定度和擴(kuò)展不確定度進(jìn)行了計(jì)算，從而為相同類型的扭矩扳子檢定裝置不確定度的測量與評(píng)定提供了的參考根據(jù)。