扭矩仪标准装置建标方案探讨

张旭敏，魏居锋，刘克先

（深圳中航技术检测所，广东深圳518040）

扭矩仪标准装置建标方案探讨

张旭敏，魏居锋，刘克先

（深圳中航技术检测所，广东深圳518040）

依据计量标准考核的要求，通过对计量标准的工作原理，不确定度的评定及进行重复性、稳定性指标和不确定度的验证考核，建立扭矩仪标准装置符合量值传递的标准器组

扭矩；扭矩测量仪；扭矩传感器

1 建立计量标准的目的

在国民经济建设中，设备动力性能的检定、测试要求越来越高，而在动力性能指标诸参数中，扭矩是至关重要的。如航空、航海、电力设备、武器装备等领域中的发动机功率测试、机械传动中的效率等，均以扭矩为重要参数，因此对扭矩测量仪的计量校准、检定就显得十分重要。

本计量标准的建立目的，主要用于对扭矩测量仪进行计量和检定，确保其量值的可信度和准确度[1，2]。

2 计量标准的工作原理及组成

（1）扭矩计量标准装置是用来产生标准扭矩并施加于被校扭矩传感器。

（2）扭矩标准装置的基本原理是：

扭矩值等于力臂L（单位：米）与力（单位：N）的乘积[4，5]。

3 计量标准器及主要配套设备

计量标准器及配套设备的配置应当科学合理，完整齐全，并能满足开展检定或校准工作的需要。计量特性必须符合相应计量检定规程或技术规范的规定[4，5]。标准配置如表1.

表1 计量标准器及主要配套设备

4 计量标准的主要技术指标

（1）测量范围：（0.1～1000）N.m；

（2）准确度等级：0.3级。

5 环境条件

环境条件及设施应当满足开展检定或校准工作的要求，并按要求对环境条件进行有效监测和控制；按JJG707-2014《扭矩扳子检定规程》6.1.1要求[4]：

a）检定环境条件，温度应在（23±5）℃，检定过程中温度变化不超出±1℃.

b）相对湿度不大于90%RH的条件下检定。

因此本项目环境条件要求与实际情况如表2.

表2 环境条件

6 计量标准的量值溯源和传递框图

JJF1033-2008《计量标准考核规范》4.1.2计量标准的溯源性要求：为了保证计量标准的溯源性，计量标准的量值应当定期溯源至国家计量基准或社会公用计量标准；当不能采用检定或校准方式溯源时，应当通过比对的方式，确保计量标准量值的一致性[1]。量值溯源和传递框图如图1.

图1 计量标准的量值溯源和传递框图

7 计量标准的重复性试验

取编号为WF01002、测量范围为（0～6）N.m、分度值为0.02 N.m、出厂编号为98815的扭矩扳子，以HP-100扭矩仪检定该表5.000 N.m点，测量结果如表3.

表3 测量重复性数据/N.m

以下共重复测量10次，则

在测量不确定度报告中根据结果得到的实验标准差s（pi）=0.0015 N.m，依据《JJF1033-2008计量标准考核规范》中“关于计量标准的测量重复性考核”的说明，测量重复性应小于测量不确定度报告中重复性评定的单次测量实验标准偏差[1]：

s（p）＜s（pi）

扭矩仪标准装置的测量重复性合格.

8 计量标准的稳定性试验

取测量范围为（0～6）N.m、出厂编号为98815的扭矩扳子，以HP-100的扭矩仪分别于4个时间段检定该表3.000 N.m，各检10次，检测结果如表4.

表4 计量标准稳定性考核测量结果/N.m

根据以上数据，有

则：

被检表的示值允许误差δ=±（6×0.25%）=±0.015 N.m

所以HP-100的稳定性符合要求

9校准结果的测量不确定度评定

9.1 适用范围

适用于一般工作用扭矩扳子、扭矩表校准不确定度分析。

9.2 引用标准/文件

JJF1059—1999测量不确定度评定与表示

9.3 测量方法

依据JJG707-2003检定规程，用与被校扭矩扳子相适应的标准扭矩仪直接校准。以被校扭矩扳子的刻度值作为标称值，调整扭矩仪零位后，在扳子把手部位平稳加力至选定的扭矩值，同时读取扭矩仪的示值，重复3次，按公式（1）计算扭矩扳子的示值误差[4，5]。

9.4 数学模型

式中：△为示值误差N.m；M为扭矩扳子的标称值N.m；Q为扭矩仪的示值N.m.

9.5 测量不确定度分析

（1）扭矩扳子示值引起的不确定度分量uA1属正态分布：

重复试验10次，得单次测量结果的标准差δ一般不大于0.4%，取

而实际测量结果，为3次的平均值，n=3所以

（2）扭矩扳子读数误差（即量化误差）引起的不确定度分量uA2：

根据JJG707-2003，2.0级扭矩扳子分度数不小于100，取其20%FS点，读数误差估计为±0.1分度，均匀分布，得

（3）标准扭矩仪HP-100允许误差引起的不确定度分量uB1：

因扭矩仪按允差使用，0.5级HP-100扭矩仪的允差为±0.5%，呈均匀分布，所以

（4）标准扭矩仪±1个字量化误差，引起的不确定度分量uB2：呈正态分布

HP-100扭矩仪分度值为d=0.01 N.m，则

9.6 合成标准不确定度uC：

9.7 扩展不确定度U：取k=2

Urel=k×uC=2×0.553%=1.107%=1.1%（k=2）

10 检定或校准结果的验证

该被检表送上一级计量机构检定，检定标准器为HP-100，检定证书注明结果不确定度Urel= 0.10%，6.000 N.m点检定结果是6.014 N.m，本所检定结果是6.012 N.m

|P1-P2|=|6.012-6.014|=0.002 N.m

根据JJF1033-2008附录C中C.2.2.3中式

可知，扭矩标准器的不确定度结果是是符合要求的

11 结束语

依据《JJF1033-2008计量标准考核规范》，对活塞式压力标准装置的测量重复性指标，测量标准装置的稳定性指标和测量标准装置的测量结果的验证，利用本标准装置可以依据《JJG707-2003扭矩扳子检定规程》、《JJG797-1992扭矩扳子检定仪检定规程》，对符合技术要求的扭矩仪、扭矩扳子、扭矩表以及各类扭矩测量仪等的各项指标开展检定和校准工作[1，4，5]。

[1]JJF1033-2008计量标准考核规范[S]，北京：中国计量出版社，2008.

[2]JJF1001-1998通用计量术语及定义[S]，北京：中国计量出版社，1998.

[3]JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示[S]，北京：中国计量出版社，2012.

[4]JJG707-2014扭矩扳子检定规程[S]，北京：中国计量出版社，2003.

[5]JJG797-1992扭矩扳子检定仪检定规程[S]，北京：中国计量出版社，1992.

Discussion on Measurement and Calibration Scheme of Standard Device for Torque Meter

ZHANG Xu-min，WEI Ju-feng，LIU Ke-xian
（Shenzhen Metrology&Measurement Institute of AVIC.，Shenzhen Guangdong 518040，China）

According to the requirements of the measurement standard，to set up the measurement and calibration scheme of standard device for torque meter through analyzing the working principle of the measurement standard，the repeatability，the stability index and the verification of the uncertainty.

torque；torque measuring instrument；torque sensor

TH871.5

B < class="emphasis_bold">文章编号：1

1672-545X（2017）05-0280-03

2017-02-27

张旭敏（1964-），男，广西人，硕士，高级工程师，从事机电工程、检测测试工作；魏居锋（1967-），男，山东人，硕士，高级工程师，从事计量检定、校准测试工作；刘克先（1967-），男，湖南人，学士，高级工程师，从事计量检定、校准测试工作。