扭矩扳子检定装置测量不确定度的评定

贾小俊

大同市质量技术监督检验测试所 山西大同 037000

众所周知，扭矩仪是测量扭矩扳子、螺栓、扭转部件等扭矩值的测量仪器，主要由扭矩传感器和显示仪表等部件构成。一般的扭矩仪都是以扭矩作为量值在仪表上显示出来，但有小部分的扭矩仪是以电压、频率等参数作为量值在仪表上显示，主要原因可能是以扭矩量值作为整套测量装置的参数之一参与计算；或避免经过换算导致精度和分辨力下降，故以原始数据作为量值在仪表上显示。被检的扭矩量值的扭矩仪由于单位不是扭矩值，与标准器仪表的显示值单位不一样，所以无法计算示值误差，以内插误差来代替。内插误差表示的是用校准方程的计算值与被检仪表的测得值之间的偏离程度，校准方程是利用测得的一组数据拟合出来的线性方程，表示的是扭矩量值与扭矩值之间的关系。在评定不确定度时也与示值误差的不确定度不同，应评定其内插误差的不确定度。本文依据《扭矩扳子》检定规程，结合工作实践，对扭矩量值的扭矩仪进行不确定度进行评定。

1 影响扭矩扳子准确性的因素

影响扭矩扳子准确性的因素主要涉及到以下两个方面内容：首先是操作人员专业性。操作人员专业水平也会影响扭矩扳子的准确性，操作人员对于扭矩扳子了解程度会直接影响操作取值，如扭紧速度以及施力角度等[1]。施力角度过大，单边摩擦会随之增大，变速或冲击加力会使取值出现波动，所以应控制施力角度并避免变速施力以及冲击施力，并且连接螺纹紧固件时要明确初始预紧力要求，按照装配工艺进行设计，制定合适的扭紧方法，加强力度控制。其次是读数影响。

2 扭矩扳子检定装置测量不确定度的评定

2.1 驱动半轴扭矩测试应变片布置

扭矩扳子检定装置测量不确定度的评定之一是驱动半轴扭矩测试应变片布置。根据半浮式驱动半轴的受力分析可知，半轴在工作当中主要承担绕着轴线的扭矩，以及由于半浮式结构布置额外承担的弯矩、轴向力。由于只关心扭矩信号，因此选择的应变测量桥路需要具有消除弯矩、轴向力影响的功能[2]。应变测试中常用于扭矩测试的惠斯通直流电桥的有半桥和全桥，为了实现消除弯矩以及轴向力的影响，而半桥不能完全实现消除弯矩以及轴向力的影响，因此需要选择全桥作为测试桥路根据圆轴受扭矩作用时的应力状态分析可得，在圆轴表面的主应力方向与轴向方向呈±45°，因此沿此方向布置应变片测量应变。在驱动半轴上布置应变片的方案，一共布置4 片应变片，分别为Straingauge1 到4，对称布置。

2.2 让传感器和扭矩扳子之间存在一定缝隙

扭矩扳子检定装置测量不确定度的评定之二是让传感器和扭矩扳子之间存在一定缝隙。为避免传感器受力状态差导致的误差，需要让传感器和扭矩扳子之间存在一定缝隙，在扭矩扳子受力时，传感器和扳手方头之间并不是同一个轴心，显示扭矩值是扳手示值扭矩以及侧向扭矩，四方孔以及套头摩擦力矩和。因此，减小扳头和四方孔间隙，使用摩擦力更低的转接头，让输出扭矩值更加准确。

2.3 扭矩板子在使用或检定时，加载速度有效合理控制

扭矩扳子检定装置测量不确定度的评定之三是扭矩板子在使用或检定时，加载速度有效合理控制。扭矩板子在使用或检定时，加载速度不能过快，应该缓慢匀速加载，这个速度应控制在550r/min 以下。同时，这个速度是扭矩板子检定仪电机轴的加载速度，折算成实际输出端的速度应为（按角速度）=360×（550/2400）=82 度/ 分钟，此速度就是我们使用扭矩扳子加载时的上限速度。就此给出扭矩扳子在使用和检定时的建议：

（1）扭矩扳子在使用中，首先要根据测量产品的要求选取适中量程，所测扭力值不可小于扭矩扳子量程的百分之二十。

（2）使用扭矩扳子旋紧螺栓时应均匀使力，切记不得用力过猛。

（3）使用大规格扭矩扳子时，需外加接长套杆，有时候需要2 个人操作，此时更应注意不可用力过猛。

（4）如长期不用，调节标尺刻线应退至扭矩最小数值，避免弹性元件疲劳，导致扭矩值不准确。

（5）在检定扭矩扳子时，角速度应该控制在82rad/min 以下[3]。

2.4 输入量的标准不确定度评定

扭矩扳子检定装置测量不确定度的评定之四是输入量的标准不确定度评定。输入量M 的标准不确定度u1（按A 类方法评定）。某装置配置了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， 按如下公式进行计算各测量点重复性引入的标准不确定度。

3 结语

总而言之，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。