扭矩扳子檢定裝置測量不確定度的評定

賈小俊

大同市質量技術監(jiān)督檢驗測試所 山西大同 037000

眾所周知，扭矩儀是測量扭矩扳子、螺栓、扭轉部件等扭矩值的測量儀器，主要由扭矩傳感器和顯示儀表等部件構成。一般的扭矩儀都是以扭矩作為量值在儀表上顯示出來，但有小部分的扭矩儀是以電壓、頻率等參數(shù)作為量值在儀表上顯示，主要原因可能是以扭矩量值作為整套測量裝置的參數(shù)之一參與計算；或避免經(jīng)過換算導致精度和分辨力下降，故以原始數(shù)據(jù)作為量值在儀表上顯示。被檢的扭矩量值的扭矩儀由于單位不是扭矩值，與標準器儀表的顯示值單位不一樣，所以無法計算示值誤差，以內(nèi)插誤差來代替。內(nèi)插誤差表示的是用校準方程的計算值與被檢儀表的測得值之間的偏離程度，校準方程是利用測得的一組數(shù)據(jù)擬合出來的線性方程，表示的是扭矩量值與扭矩值之間的關系。在評定不確定度時也與示值誤差的不確定度不同，應評定其內(nèi)插誤差的不確定度。本文依據(jù)《扭矩扳子》檢定規(guī)程，結合工作實踐，對扭矩量值的扭矩儀進行不確定度進行評定。

1 影響扭矩扳子準確性的因素

影響扭矩扳子準確性的因素主要涉及到以下兩個方面內(nèi)容：首先是操作人員專業(yè)性。操作人員專業(yè)水平也會影響扭矩扳子的準確性，操作人員對于扭矩扳子了解程度會直接影響操作取值，如扭緊速度以及施力角度等[1]。施力角度過大，單邊摩擦會隨之增大，變速或沖擊加力會使取值出現(xiàn)波動，所以應控制施力角度并避免變速施力以及沖擊施力，并且連接螺紋緊固件時要明確初始預緊力要求，按照裝配工藝進行設計，制定合適的扭緊方法，加強力度控制。其次是讀數(shù)影響。

2 扭矩扳子檢定裝置測量不確定度的評定

2.1 驅動半軸扭矩測試應變片布置

扭矩扳子檢定裝置測量不確定度的評定之一是驅動半軸扭矩測試應變片布置。根據(jù)半浮式驅動半軸的受力分析可知，半軸在工作當中主要承擔繞著軸線的扭矩，以及由于半浮式結構布置額外承擔的彎矩、軸向力。由于只關心扭矩信號，因此選擇的應變測量橋路需要具有消除彎矩、軸向力影響的功能[2]。應變測試中常用于扭矩測試的惠斯通直流電橋的有半橋和全橋，為了實現(xiàn)消除彎矩以及軸向力的影響，而半橋不能完全實現(xiàn)消除彎矩以及軸向力的影響，因此需要選擇全橋作為測試橋路根據(jù)圓軸受扭矩作用時的應力狀態(tài)分析可得，在圓軸表面的主應力方向與軸向方向呈±45°，因此沿此方向布置應變片測量應變。在驅動半軸上布置應變片的方案，一共布置4 片應變片，分別為Straingauge1 到4，對稱布置。

2.2 讓傳感器和扭矩扳子之間存在一定縫隙

扭矩扳子檢定裝置測量不確定度的評定之二是讓傳感器和扭矩扳子之間存在一定縫隙。為避免傳感器受力狀態(tài)差導致的誤差，需要讓傳感器和扭矩扳子之間存在一定縫隙，在扭矩扳子受力時，傳感器和扳手方頭之間并不是同一個軸心，顯示扭矩值是扳手示值扭矩以及側向扭矩，四方孔以及套頭摩擦力矩和。因此，減小扳頭和四方孔間隙，使用摩擦力更低的轉接頭，讓輸出扭矩值更加準確。

2.3 扭矩板子在使用或檢定時，加載速度有效合理控制

扭矩扳子檢定裝置測量不確定度的評定之三是扭矩板子在使用或檢定時，加載速度有效合理控制。扭矩板子在使用或檢定時，加載速度不能過快，應該緩慢勻速加載，這個速度應控制在550r/min 以下。同時，這個速度是扭矩板子檢定儀電機軸的加載速度，折算成實際輸出端的速度應為（按角速度）=360×（550/2400）=82 度/ 分鐘，此速度就是我們使用扭矩扳子加載時的上限速度。就此給出扭矩扳子在使用和檢定時的建議：

（1）扭矩扳子在使用中，首先要根據(jù)測量產(chǎn)品的要求選取適中量程，所測扭力值不可小于扭矩扳子量程的百分之二十。

（2）使用扭矩扳子旋緊螺栓時應均勻使力，切記不得用力過猛。

（3）使用大規(guī)格扭矩扳子時，需外加接長套桿，有時候需要2 個人操作，此時更應注意不可用力過猛。

（4）如長期不用，調節(jié)標尺刻線應退至扭矩最小數(shù)值，避免彈性元件疲勞，導致扭矩值不準確。

（5）在檢定扭矩扳子時，角速度應該控制在82rad/min 以下[3]。

2.4 輸入量的標準不確定度評定

扭矩扳子檢定裝置測量不確定度的評定之四是輸入量的標準不確定度評定。輸入量M 的標準不確定度u1（按A 類方法評定）。某裝置配置了5 個不同量程的傳感器，用本套標準分別對不同量程的數(shù)顯扭矩扳子在相同條件下進行6 次重復測量，測量點分別為0.4N·m、2N·m、30N·m、100N·m、500N·m， 按如下公式進行計算各測量點重復性引入的標準不確定度。

3 結語

總而言之，測量不確定度作為一種重要概念，能夠對檢測質量產(chǎn)生直接影響，在本文的研究評定中，根據(jù)扭矩扳子檢定規(guī)程，對各個變量的不確定度進行了分析，并對合成不確定度和擴展不確定度進行了計算，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定提供了的參考根據(jù)。