扭矩扳子检定装置测量不确定度评定

2013-12-10张昌俊张伏龙张华

计测技术 2013年1期

张昌俊，张伏龙，张华

(中国人民解放军63963 部队计量站，北京100072)

0 引言

扭矩扳子在装甲装备研制和保障工作中应用十分广泛，如发动机的拆装、变速箱的拆装、炮塔的拆装和底盘的拆装等等，这些扭矩扳子量值的准确与否关系到操作对象安装的准确性以及安全性，并进而影响到装备研制和保障工作的质量。

为了对扭矩扳子开展计量校准，本计量站建立了扭矩扳子检定装置。在建标过程中，为了考核标准装置的性能，验证标准装置能否达到JJG707 －2003 《扭矩扳子检定规程》的要求，依据GJB2749A－2009 《军事计量测量标准建立与保持通用要求》、GJB3756 －99《测量不确定度表示及评定》，开展了标准装置测量不确定的评定。

1 评定方法

建立的扭矩扳子检定装置型号为NJY －1000，配三个扭矩传感器，量程分别为5 ～50 Nm，50 ～500 Nm，200 ～1000 Nm，准确度等级为0.5。

测量环境温度为(20 ±3)℃，相对湿度40% ～70%RH。

被测对象:①TG20 型扭矩扳子，编号196，量程5 ～20 Nm，测量点5 Nm，最大允许误差±5%;②TG100 型扭矩扳子，编号196，量程20 ～100 Nm，测量点25，50 Nm，最大允许误差±4%;③TG300 型扭矩扳子，编号0703024，量程60 ～300 Nm，测量点200，250 Nm，最大允许误差±4%;④TG760 型扭矩扳子，编号0711190，量程280 ～760 Nm，测量点500 Nm，最大允许误差±4%;⑤TG2000 型扭矩扳子，编号071，量程750 ～2000 Nm，测量点1000 Nm，最大允许误差±4%。

测量方法:测量标准重复性测试和稳定性考核时，用专用砝码、标准杠杆对扭矩扳子检定仪施加标准扭矩;检定扭矩扳子时，将扭矩扳子安装在扭矩扳子检定装置上，将扭矩值预置为测量点的值，将标准装置显示器设置为最大值显示方式，通过棘轮装置加力，当扭矩达到设定值时，扳子会发出响声，此时扭矩扳子检定装置显示的扭矩即为标准扭矩。

数学模型〔1〕为

式中:e 为示值误差;Mi为每一检定点扭矩扳子的示值;为每一检定点检定中标准装置示值的平均值。

2 测量标准的不确定度评定

2.1 不确定度分量评定

1)测量重复性引入的标准不确定度u1，(按A 类方法评定)

用测量结果平均值的实验标准偏差表示。用扭矩专用砝码、标准杠杆，对扭矩扳子检定仪施加标准扭矩，每个量程取高、中、低3 个测量点，在相同条件下短时间内，每一个测量点分别重复测量6 次，重复性实验标准偏差s，不确定度u1=，结果见表1 测量重复性引入的不确定度。

2008年10月17日，中国工会第十五次全国代表大会在北京隆重开幕，习近平代表党中央作了题为《在夺取全面建设小康社会新胜利中充分发挥工人阶级主力军作用》的致辞，指出：“工会工作是党的群众工作的重要组成部分。各级党委和政府要坚决贯彻落实全心全意依靠工人阶级的方针，进一步重视发挥工会组织的重要作用，切实加强和改善党对工会的领导，支持工会依照法律和自己的章程开展工作，及时研究解决工会工作中的重大问题和实际困难。要把更多的资源和手段赋予工会组织，把党政所需、职工所急、工会所能的事更多地交给工会组织去办，不断扩大工会组织的社会影响力，为工会事业发展创造更好环境。”

表1 测量重复性引入的不确定度 Nm

2)测量标准示值分辨力引入的不确定度u2(按B类方法评定)

示值分辨力引入的误差取最小显示位数Δ 的1/2，按平均分布，，结果见表2 测量标准示值分辨力引入的不确定度。

表2 测量标准示值分辨力引入的不确定度 Nm

3)扭矩仪的示值误差引入的不确定度u3，(按B类方法评定)

表3 示值误差引入的不确定度 Nm

(4)示值稳定性引入的不确定度u4，(按B 类方法评定)

测量标准稳定性测试时，用扭矩专用砝码、标准杠杆对扭矩扳子检定仪施加标准扭矩，每个量程取低、中、高3 个测量点，在相同条件下重复测量6 次，取其算术平均值作为测量结果，每隔一个月以上测量一次，共测4 次，用极差法计算测量标准的稳定性，，d4=2.06，结果表4 示值稳定性引入的不确定度。

表4 示值稳定性引入的不确定度 Nm

2.2 合成标准不确定度

合成标准不确定度结果见表5。

2.3 扩展不确定度

测量标准扩展不确定度U =kuc，取k =2，置信度为95%，结果见表6 扩展不确定度。

表5 合成标准不确定度 Nm

表6 扩展不确定度 Nm

3 测量结果的测量不确定度评定

3.1 不确定度分量评定

1)测量重复性分量引入的标准不确定度u1(按A类方法评定)

用测量结果算术平均值的实验标准偏差表示。对扭矩扳子的各个测量点，在相同条件下进行6 次重复测量，按公式(1)进行计算各测量结果中此分量的标准不确定度。

各测量点的测量数据及不重复性引入的标准不确定度如表7 测量重复性分量引入的标准不确定度。

表7 测量重复性分量引入的标准不确定度 Nm

2)扭矩扳子检定装置分量的标准不确定度u2(按B 类方法评定)

扭矩扳子检定装置分量的标准不确定度可直接引用“3 测量标准不确定度评定”中合成标准不确定度结果，如表8 扭矩扳子检定装置分量引入的不确定度。

表8 扭矩扳子检定装置分量引入的不确定度Nm

3)指示器分辨力分量的标准不确定度u3的评定(按B 类方法评定)

标准装置指示器的分辨力为显示的最小位数，被检扭矩扳子指示器分辨力为最小刻度的1/10，显然，标准装置指示器的分辨力值远小于被检扭矩扳子指示器分辨力，因此取被检扭矩扳子指示器分辨力x3作为引入的不确定度的来源，按均匀分布，取包含因子k =，计算由此引入的标准不确定度分量u3，其结果按照公式(2)进行计算。结果见表9 指示器分辨力分量引入的标准不确定。

表9 指示器分辨力分量引入的的标准不确定Nm

4)扭矩扳子的复现性(安装和受力状态)引入的不确定度u4(按B 类方法评定)［5］

由于扭矩扳子本身结构特点以及校准过程中连接和施扭状态存在的偏差(如由于扭矩扳子施扭方向的差异导致自身重量引入的附加扭矩、与扭矩扳子检定装置的敏感元件连接配合不理想导致的受力同轴度的偏差、安装时受力水平度偏差、扭矩扳子在变形过程中把手与挡杆之间摩擦力矩引入的偏差以及人员操作稳定度差异等因素)，使扭矩扳子在不同时间、不同人员、不同连接件以及不同标准器进行校准时，其校准数据会在一定范围内存在着分散性。此分散性会因扭矩扳子结构特点的不同而不同，但对于一定准确度等级的扭矩扳子来说，尽管结构形式各有差异，但其校准数据一般都集中在一个特定区域之内，此区域的确定可通过大量的试验或经验数据的积累来确定。因此由此引入的不确定度量可采用实际试验数据和经验数据相结合的方法来进行评价。

为确定安装和受力状态引入的不确定度，针对每一个校准点，实验室针对不同的状态进行了试验，这些试验包括:扭矩扳子重复拆装，改变扭矩扳子与扭矩扳子检定仪的连接件的安放位置，更换同类连接件，在一定角度范围内改变样品把手安装高度，更换操作人员等，对不同的状态记录测量值。

根据试验结果，按极差法计算其不确定度u4，取包含因子d6=2.53，u4按公式(3)进行计算，结果见表10 扭矩扳子的复现性(安装和受力状态)引入的不确定度。