扭矩扳子示值误差测量结果不确定度评定分析

张健

太原市标准计量质检院 山西太原 030000

扭矩扳子是扳手中的一种，学名有扭力扳手、扭矩扳手、扭矩可调扳手几种。其动力源分类标准为：手动力矩扳手、电动力矩扳手以及液压力矩扳手三种。其中手动力矩扳手又可区分为数显式、预置式以及表盘式三种[1-2]。从特征来看，扭矩扳手能够设置扭矩值，并且扭矩也是可以变化的。从优点来看，扭矩扳手省时省力、扭矩可调，并且操作方面比较简单容易。扭矩扳手的用途主要体现在紧固螺栓、螺丝和螺母等，并在螺纹紧固过程时，需要调整力矩大小，从而来确保螺纹紧固，并且避免由于力矩太大而出现螺纹破坏的现象。

1 扭矩概述

扭矩能够使得物品发生转动，是力矩的一种。力矩是力臂乘以作用力，是力对物品产生转动的一个常见的物理量。

2 扭矩扳手的原理分析

扭矩扳手的原理是通过力矩原理来提供一种可以进行调节、支持固定扭矩值的扳手。扭矩扳手考虑了人体工程学，能够设计出握感舒适的扳手，从而减少长时间、高强度工作模式下的疲劳感，手柄的振动感能够给予使用者清晰的反馈。锁定环接近手掌虎口，能够有效避免误操作过程中更改扭矩值，从而破坏螺纹等的现象。在使用扭矩扳手的过程中，扭矩值达到了预先设置好的数值时，就会发出提示声音，从而提示操作者工作完成。在扳手内部的一个重要部件是弹簧，其压缩程度体现在扳手上就是响应的扭矩值，扭矩值可以按照弹簧的质地与做工来确定范围。使用扭矩扳手需要注意的是，加力要缓慢且均匀，平稳缓慢是影响到扭矩值的关键因素。

3 扭矩扳子检定装置的组成

由扭矩传感器、扭矩测试仪、扭矩源发生装置（扭矩加载机构）组成。

4 测量方法及测量依据

通过标准扭矩仪的运用，对示值误差进行检定。采取扭矩扳子检定装置测量[3]。开机后将加载方向确定，将被测对象扭头同轴与扭矩标准器套筒相连接，预扭后将扭矩标准器零位调整，选择适当的扭矩值当作测量点，通过加载装置的运用缓慢、平稳地进行扭矩施加，促进被测对象指示动作的产生建立的扭矩扳子检定装置型号为NJY-800，配备了5 个扭矩传感器，量程为（0.1-1.4）N·m、（1-5.6）N·m、（5-45）N·m、（20-113）N·m、（100-812）N·m，准确度等级为:0.3 级。

（1）测量方法：采用直接比较法。

（2）测量依据：JJG707-2014《扭矩扳子检定规程》。

5 建立数学模型

e=M-¯M （1）

式中，e 为扭矩扳子的示值误差，单位N·mM 为检定点扭矩扳子的示值误差，单位N·m 珚M 为检定点扭矩测试仪的算术平均值，单位N·m。

6 测量不确定度来源

扭矩扳子检定装置测量不确定度来源主要有: ①测量重复性。②上级标准传递增。③扭矩仪示值不准确。

7 输入量的标准不确定度评定

（1）输入量M 的标准不确定度u1（按A 类方法评定）。本装置配置了5 个不同量程的传感器，用本套标准分别对不同量程的数显扭矩扳子在相同条件下进行6 次重复测量，测量点分别为0.4N·m、2N·m、30N·m、100N·m、500N·m，按公式。（2）计算各测量点重复性引入的标准不确定度。

（2）上级标准传递引入的标准不确定度u2（按B 类方法评定）。由上级标准传递引入的不确定度分量，上级标准测量不确定度U=0.1%（k=2）k=，在测量点0.4N·m、2N·m、30N·m、100N·m、500N·m 处的标准不确定度按公式（3）计算。

（3）扭矩仪示值误差引入和标准不确定度u3（按B 类方法评定）。扭矩仪准确度等级为0.3 级，示值误差为±0.3%，假设均匀分布k=，在测量点0.4N·m、2N·m、30N·m、100N·m、500N·m 处的标准不确定度按公式（4）计算。

8 测量不确定度的报告

扭矩扳子测量范围：（0.1-800）N·m。测量不确定度：Urel=0.4%（k=2）。

9 结语

在检定扭矩扳手的过程中，扭矩扳手旋转面需要与水平面保持水平，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线的附近，方孔式传感器的受力状态需要确保与扳子的方头在一条轴心上，并且需要判断扭矩扳子是否合格，对不合格的扳子进行调整。因此在检定扭矩扳子的过程中，也需要确保检定人员的专业素养能够符合各项检定标准。只有确保检定扭矩扳手符合标准，才能延长扭矩扳子的使用寿命[4-6]。测量不确定度作为一种重要概念，能够对检测质量产生直接影响，在本文的研究评定中，根据扭矩扳子检定规程，对各个变量的不确定度进行了分析，并对合成不确定度和扩展不确定度进行了计算，从而为相同类型的扭矩扳子检定装置不确定度的测量与评定提供了的参考根据。