扭矩扳子检定仪测量不确定度评估

扭矩扳子检定仪测量不确定度评估

孔日汉

广东省陆河县质量技术监督检测所广东省陆河县516700

摘要：扭矩扳子对于军工设备的研制具有重要意义，它关系到不同设备的拆装，而且量值的准确性影响着设备拆装的安全性及准确度，进而影响到军工装备的质量。本文主要研究扭矩扳子测定仪的测量不确定度评估，从对该方面知识的研究，来了解对扭矩扳子量值的规范和纠正，确保量值的准确性。文章先从扭矩扳子检定仪的概述角度出发，简述其工作原理及设备组成情况，分析不同评估层次的评估模型，再深入分析测量不确定度的评估。

关键词：扭矩扳子；量值；不确定度评估

前言：扭矩扳子在测量领域具有非常重要的作用，其所测量出来的数值具有一定的准确性，并且能够成为其他测量的标准参数。为了确保该种测量方式下示值传递的准确性，需要定期对扭矩扳子检定仪进行检定或校准，并且按照检定规程的规定进行检定，从而传递出更加准确的量值。本次研究符合JJG707-2014扭矩扳子检定规程的要求，下文详细阐述了该计量标准的测量不确定度评估。

一、扭矩扳子检定仪概述

（一）检定仪组成系统

扭矩扳子的检定仪主要是由扭矩施加系统、扳子连接系统、传感器以及模数转换系统组成。而其中的扭矩施加系统，主要是通过传动机箱、钢体支架以及导向杆等组成，当以滑块来施加扭矩时，支点就会以圆形为轨迹运行，其扭矩在施加的过程中不会发生变化。而扳子连接系统被划分为不同的规格，不同的规格其设计的传感器接头不同，在调整扳子的角度时，就能够选择合适的角度来进行连接，从而调整扳子的力臂，让其达到误差最小的状态[1]。传感器主要用于信号传输，其将扭矩的数值转换成电流信号，将其传达给连接的组件。在此期间，系统会将传感器传输过来的电流信号放大，并且传输到测量系统中，而转换系统则是将测量过程中不稳定的电流转换为相对稳定的电流，从而减少波动，提升测量的稳定性。

二、扭矩扳子检定仪测量不确定度评估分析

（一）测量方法及对象

我们选用机械预置式扭矩扳子（编号：TLZG-137-005，型号为NB-500，测量范围：（100～500）Nm，示值相对误差：±5%。）为被测对象。根据检定规程要求的环境温度范围：（10～30）℃，相对湿度不大于85%，测量时室温为22℃，相对湿度为40%的条件。用扭矩扳子检定仪（型号为CNJ（500N.m），精度等级0.3级，测量范围：100～500N•m对其进行检测。按要求开机预热，选定加载方向，根据扭矩扳子额定扭矩值，合理选择扭矩仪的传感器，将扭矩扳子的数值，调整至所需的检定点，把扭矩扳子的方榫插入扭矩仪相对应传感器的套筒内，预扭后调整扭矩仪的零位，用加载装置缓慢平稳地施加扭矩，至扭矩扳子发出“咔”声响讯号，即可读取并记录扭矩仪所显示的扭矩值。

（二）测量模型

e=Mi–Q

上面公式中，e为扭矩扳子的示值误差（Nm）;Mi为扭矩扳子的扭矩值（Nm）;Q为标准扭矩仪显示出的扭矩值（Nm）。

（三）输入量的标准不确定度评定

1.1输入量Mi的标准不确定度u（Mi）的评定输入量Mi的标准不确定度来源主要是扭矩值测量的重复性，可以通过连续重复测量得到测量值，采用A方法进行评定。

选择最大量程的20%（即100Nm）作为测量点，在相同的条件下进行10次独立重复测量，得到测量值如表1所示。

1.2输入量Q的标准不确定度u（Q）的评定输入量Q的不确定度主要来源于扭矩扳子检定装置。可根据检定证书给出的最大相对允许误差来评定，即采用B类方法进行评定。

1.2.1标准扭矩仪检定证书给出的最大相对允许误差为±0.3%，估计为均匀分布，取包含因子。k=在测量点250Nm处，标准不确定度为

u（Q）=α（500Nm×50%）/k=0.3%（500Nm×50%）/=0.43Nm

估计Δu（Q）/u（Q）为0.10，则自由度为νQ=50。

1.2.2根据JJG707-2014《扭矩扳子检定规程》的要求，扭矩扳子应在温度范围（23±5）℃，相对湿度不大于90%的环境条件下进行检定，本实验室满足要求，所以温度变化对检定结果的不确定度影响可忽略不计。

1.2.3扭矩扳子的扭矩值是通过扭矩仪数显方式来读取，所以人员读数对检定结果的不确定度的影响也可忽略不计。

2标准不确定度汇总

输入量的标准不确定度汇总如表4所示：

NB-500机械预置式扭矩扳子50%量程测量点处测量结果的相对扩展不确定度（即Mi=250Nm）：U95rel=1.3%。

NB-500机械预置式扭矩扳子100%量程测量点处测量结果的相对扩展不确定度（即Mi=500Nm）：U95rel=0.9%。

对于不同检定点测量结果的扩展不确定度均可按上述方法分析评定。

6不确定度报告

用1.0级扭矩检定装置检定4级扭矩扳子的示值误差的测量结果扩展不确定度为：

U95rel=1.4%

参考文献：

[1]何建新.对JJG707-2014《扭矩扳子》中扭矩示值检定方法的理解[J].计量与测试技术，2017，44（10）：47-48.

[2]水清波.扭矩扳子检定仪测量不确定度评估[J].电子产品可靠性与环境试验，2016，34（06）：11-14.

[3]张伟，曾凡亮，陈海凌.数字式扭矩扳子校准值的测量不确定度评定[J].计量与测试技术，2016，43（02）：35-36.