扭矩扳子檢定儀的測(cè)量方法與數(shù)據(jù)處理

李鷹

無(wú)錫市計(jì)量測(cè)試院 江蘇無(wú)錫 214000

改革開放以來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)得到了迅猛的發(fā)展，我國(guó)工業(yè)也取得了巨大的進(jìn)步，與此同時(shí)，扭矩扳子作為工業(yè)生產(chǎn)中的一種重要工具，也得到了推廣和普及。扭矩扳子的準(zhǔn)確性與產(chǎn)品的質(zhì)量性能息息相關(guān)，為確保其準(zhǔn)確性，合理使用扭矩扳子檢定儀的測(cè)量方法非常重要，從而更好的保證其效果。

1 扭矩扳子檢定儀概述

扭矩扳子檢定儀（以下簡(jiǎn)稱扭矩儀）主要是用來(lái)檢測(cè)扭矩扳手、扭矩改錐以及扭矩螺絲刀等手動(dòng)工具的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具。為保證扭矩扳子的計(jì)量性能，至少每年用扭矩儀對(duì)其檢定一次，甚至有些工廠為了保證良品率，每日作業(yè)前都使用扭矩儀對(duì)扳手進(jìn)行一次簡(jiǎn)單的測(cè)量。扭矩儀的準(zhǔn)確度等級(jí)要比扭矩扳子高，主要分為0.3級(jí)、0.5級(jí)、1級(jí)和2級(jí)。根據(jù)扭矩儀的工作原理可將其分為機(jī)械式、液壓式和電子式三種，如今也是越來(lái)越受到重視。

2 標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子校準(zhǔn)現(xiàn)狀

隨著世界工業(yè)的快速發(fā)展，扭矩扳子因其便攜的特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用，其扭矩扳子校準(zhǔn)檢定技術(shù)也獲得迅速的發(fā)展，因此也產(chǎn)生了扭矩扳子檢定儀的溯源問(wèn)題。歐洲在這一領(lǐng)域的研究起步較早，2000年前，歐洲校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室機(jī)構(gòu)就發(fā)布了扭矩扳子檢定儀校準(zhǔn)導(dǎo)則DKD-R3-8，這一導(dǎo)則規(guī)定了扭矩扳子檢定儀的校準(zhǔn)設(shè)備為標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子或力臂砝碼組合裝置。隨后，關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子的校準(zhǔn)導(dǎo)則DKD-R3-7頒布，導(dǎo)則中規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子的校準(zhǔn)方案，并建議盡量使用標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子。歐洲的標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子都溯源至德國(guó)國(guó)家聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB），因此PTB較早就開展了標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子校準(zhǔn)方法及裝置的研究。PTB主要采用空氣軸承靜重式扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)和參考式扭矩校準(zhǔn)裝置進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子的校準(zhǔn)檢定。這樣的校準(zhǔn)形式比較快捷方便，獲得很多校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)可。日本國(guó)家計(jì)量院（NMIJ）也對(duì)標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子進(jìn)行研究，他們主要采用空氣軸承靜重式扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)檢定。在國(guó)內(nèi)，扭矩站也曾嘗試用空氣軸承靜重式扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子進(jìn)行校準(zhǔn)。但在校準(zhǔn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子在扭矩標(biāo)準(zhǔn)裝置上校準(zhǔn)時(shí)是垂直安裝的，與實(shí)際使用狀態(tài)的水平安裝位置不同，另外，扳子本身的重力和扳子的安裝垂直度等也會(huì)影響到扳子校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度。因此，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了一臺(tái)可以水平位置校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子的裝置，以提高校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度[1]。目前，各國(guó)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子的校準(zhǔn)檢定方式都在摸索階段，使用的校準(zhǔn)裝置也不同，國(guó)際上沒(méi)有一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一的方法，這也使得各國(guó)的校準(zhǔn)檢定結(jié)果存在差異。

3 扭矩扳子檢定儀的測(cè)量方法

3.1 標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子測(cè)量

杠桿和砝碼測(cè)量采用該方法對(duì)扭矩儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先要將扭矩儀或扭矩傳感器固定在與地面垂直的專用檢測(cè)架上，保證其在加載杠桿和砝碼后不發(fā)生偏移或傾斜。將杠桿的支點(diǎn)軸與扭矩儀的承扭部分同軸相連，將被檢儀表清零，在測(cè)量前應(yīng)預(yù)加載砝碼至最大量程3次，然后卸除砝碼，檢查儀表回零情況并重新將儀表清零。先選定一個(gè)方向，緩慢平穩(wěn)的加載砝碼，待儀表上顯示的扭矩值穩(wěn)定時(shí)記錄數(shù)據(jù)，直至完成全部測(cè)量點(diǎn)的檢測(cè)。檢定過(guò)程中不允許調(diào)整儀表，每個(gè)點(diǎn)測(cè)量3次，以3次測(cè)量的平均值作為測(cè)量結(jié)果。測(cè)量方向改變時(shí)，重復(fù)以上步驟。

3.2 杠桿和砝碼測(cè)量

采用標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子測(cè)量時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子以被檢狀態(tài)安裝在扭矩儀上，調(diào)整扳子的受力點(diǎn)至平均力臂長(zhǎng)度處，預(yù)扭3次，每次應(yīng)至少保持30s-1min，卸除負(fù)載后檢查儀表回零情況，并將儀表清零。正式測(cè)量時(shí)平穩(wěn)的施加扭矩至測(cè)量點(diǎn)，保持一定時(shí)間待儀表數(shù)值穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)，直至完成所有測(cè)量點(diǎn)的檢測(cè)。對(duì)0.3級(jí)、0.5級(jí)和2級(jí)的扭矩儀需進(jìn)行此過(guò)程3遍，對(duì)1.0級(jí)需進(jìn)行2遍。至此，對(duì)于2級(jí)的扭矩儀已經(jīng)測(cè)量完畢，0.3級(jí)和0.5級(jí)則需要將扭矩儀重新安裝，調(diào)整方榫的方位，再測(cè)量一遍，1級(jí)則不需要調(diào)整。最后，0.3級(jí)、0.5級(jí)和1級(jí)的扭矩儀須將受力點(diǎn)調(diào)整到最短力臂長(zhǎng)度處再測(cè)量一遍。測(cè)量方向改變時(shí)，重復(fù)以上步驟。

4 扭矩扳子檢定儀示值誤差測(cè)得值不確定評(píng)定

（1）測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀(型號(hào)STW－1000)，測(cè)量范圍(10～1000)Nm，準(zhǔn)確度等級(jí)0.3級(jí)。

（2）測(cè)量對(duì)象。扭矩扳子檢定儀(型號(hào)DOTE100N/1)，測(cè)量范圍(10～1000)Nm，準(zhǔn)確度等級(jí)1級(jí)。

（3）各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

①扭矩扳子檢定儀與標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀之間由于安裝，加載速度等因素引入的不確定度分量u(M)2。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和以往的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)此分量引入的測(cè)量偏差小于0.001，設(shè)其滿足均勻分布，k槡=3，則：

②扭矩扳子檢定儀示值重復(fù)性引起的不確定度分量u(M)1

在相同的工況下，對(duì)100Nm測(cè)量點(diǎn)連續(xù)測(cè)量10次，所得到測(cè)量列Mi(i為測(cè)量序號(hào))如表1。

表1

則校準(zhǔn)點(diǎn)單次測(cè)量的重復(fù)性：

因規(guī)程規(guī)定測(cè)量次數(shù)為3次，則示值重復(fù)性引起的相對(duì)不確定度分量u(M)3為：

5 結(jié)語(yǔ)

扭矩扳子的準(zhǔn)確性與產(chǎn)品的質(zhì)量性能息息相關(guān)，為確保其準(zhǔn)確性，必須定期進(jìn)行檢定，并且還需確保檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此本文從多個(gè)方面進(jìn)行扭矩扳子分析，以期提供一些借鑒。