扭矩计量技术标准装置的现状及发展趋势浅析

邸翔 李肖璇

摘 要：力学计量技术标准装置是重要的计量装置之一，被广泛的应用到计量技术中，在实际应用与发展均取得显著效果。在我国，力值计量技术发展较成熟，与欧美发达国家相比差距不大，但我国扭矩计量技术发展较缓慢，远落后于欧美发达国家，且已不能满足我国现代化发展的需求，因此加快建全我国扭矩计量体系和提升扭矩计量技术水平非常迫切。基于此，本文主要对扭矩计量技术标准装置的现状及发展趋势进行分析探讨。

关键词：扭矩计量技术标准装置；现状；发展趋势

1、扭矩计量技术概述

扭矩是使物体发生转动的力矩，等于力和力臂的乘积。扭矩计量的理论基础是阿基米德的“杠杆原理”，杠杆平衡的条件是作用在杠杆上的两个力矩大小必须相等，即：动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂，用公式可表达为：

F1×L1=F2×L2

其中，F1为动力，L1为动力臂，F2为阻力，L2为阻力臂。

扭矩计量技术广泛应用于机械装备、船舶、航天等工业与科研领域，在上述领域的动力系统研究与参数测量中起着非常重要的作用。

2、扭矩计量技术及标准装置的发展现状

扭矩计量器具按用途分为两大类：一是工作扭矩计量器具如扭转试验机、扭矩扳子、测功装置、转矩转速测量装置等；二是扭矩计量标准如扭矩标（基）准机、标准扭矩仪、扭矩扳子检定装置等。扭矩标准机按结构原理的不同主要分为静重式、杠杆式和参考式3类（有些文献中还分测力仪式、扭矩校准杠杆等）。

2.1 静重式扭矩标准机

静重式扭矩标准机是以砝码的重力作为标准负荷，通过力臂杠杆的作用产生标准扭矩，借助适当的机构按顺序自动、平稳、准确地把作用力矩和平衡力矩施加到被检对象上。

目前我国已建成并投入使用的扭矩基准机的测量范围为0.5Nm到5450Nm，不确定度为1×10-4（k=3）。

世界闻名的计量和测试科研机构——德国联邦物理技术研究院（PTB），其扭矩在1Nm～20kNm量程段的测量不确定度为2×10-5（k=2），技术指标比我国的扭矩计量基准高出一个数量级。PTB的扭矩测量最大量程达1.1MNm，不确定度为1×10-3（k=2）。而国内目前扭矩测量最大量程仅为200kNm，测量不确定度为3×10-4（k=2），但大量程扭矩国家基准还是空白。

2.2 杠杆式扭矩标准机

杠杆式扭矩标准机是以砝码的重力作为标准负荷，经过一定得杠杆机构放大后，再通过力臂杠杆的作用产生标准扭矩，借助适当的机构按顺序自动、平稳、准确地把作用力矩和平衡力矩施加到被检对象上的扭矩标准机。由于其可以更容易获得较大量程的扭矩值，在以后的大量程扭矩计量标准中将会是主流。

2.3 参考式扭矩标准机

参考式扭矩标准机是用一个比被检对象准确度高的标准扭矩仪作为参考标准，与被检对象串联，以手动、或机械、或液压方式施加扭矩的扭矩标准机[1]。其准确度相对低于静重式、杠杆式扭矩标准机，但由于其结构简单、造价相对便宜、易获得扭矩值等特点，在对扭矩准确度要求不高的领域仍占有一席之地。

3、扭矩计量技术标准装置的发展趋势

综上所述，我国的扭矩计量技术还存在不足之处。目前，各省、市级计量机构和国防系统的一、二级计量站都在积极投建中小量程的扭矩机标准装置，其准确度等级一般为0.03级、0.05级。静重式扭矩标准机由于其高準确度一般应于计量技术与科研机构及少数对扭矩准确度要求高的企业。杠杆式扭矩标准机的准确度等级一般为0.05级、0.1级，由于容易获得较大量程扭矩值，一般受船舶工业、机械装备等企业青睐。参考式扭矩机标准装置的准确度等级一般为0.1级、0.3级。由于静重式和杠杆式扭矩标准装置的准确度较高且价格昂贵，对于一些中小企业和对扭矩准确度要求不高的市场，参考式扭矩机标准装置无疑是最佳选择。

计量发展水平是国家核心竞争力的重要标志之一，做为科技发展的技术基础，计量技术必须寻求新的突破，才能发挥自身的作用，满足科技发展的需要，而目前看来，扭矩计量技术标准装置的发展趋势主要体现在以下几个方面。

3.1 朝微小和超大量程扭矩方向发展

随着科技的发展与工业生产的需要，及时弥补我国扭矩计量在微小和超大量程扭矩基标准的空白，已成为计量技术研究的当务之急。中国计量院与大扭矩一级计量站在这方面的研究已取得重大突破，未来我国微小和超大量程扭矩计量器具不会再无源可溯，这将推动我国经济与科研的进一步发展。

3.2 提升现有扭矩计量基标准装置的准确度

我国现已投入使用的扭矩基准装置的不确定度为1×10-4（k=3），随着扭矩计量器具准确度的提高、高精尖技术的发展，现有的扭矩基准准确度已不能满足需求。为了推动科技进步，提高我国扭矩计量技术水平，提升我国扭矩计量在国际上的地位，加快高准确度扭矩计量基标准装置的研究已成为势在必行。

3.3 研制动态扭矩计量基标准装置

扭矩计量主要还是应用在动力系统参数的测量方面，但由于目前动态扭矩计量技术尚不成熟，动力系统中的扭矩参数主要还是采用静态方法校准，显然不符合实际需求。目前国际上动态扭矩的计量技术还处于研究阶段，美国NASA、德国PTB都在动态扭矩测量技术上进行了许多试验，我国在动态扭矩测量上也进行了大量研究。动态扭矩计量基标准装置的研制将成为扭矩计量技术研究的主攻方向。

4、结束语

加快扭矩计量标准装置的研制，提升扭矩计量技术水平，将为推动科技进步、促进社会经济发展提供重要的技术基础和技术保障，对我国国际竞争力与国际影响力的提升具有重要战略意义。

参考文献

[1]唐纯谦.力学计量标准现状及研究进展[J].中国测试，2014，（03）.

[2]任怀峰.力学计量技术标准装置的现状分析与发展方向[J].电子世界，2014，（06）.

[3]方剑.浅谈力学计量技术标准装置现状[J].活力，2013，（18）.

[4]张平，陈俊.浅析力学计量技术标准装置的发展现状[J].科技资讯，2014，（02）.

[5]张少杰，马铁华，沈大伟.基于直角应变花的爆炸冲击波应力测试及分析[J].弹箭与制导学报，201l，（06）.

[6]JJG 2047—2006 扭矩计量器具检定系统表 [S] .