張旭敏，魏居鋒，劉克先

（深圳中航技術(shù)檢測(cè)所，廣東深圳518040）

扭矩儀標(biāo)準(zhǔn)裝置建標(biāo)方案探討

張旭敏，魏居鋒，劉克先

（深圳中航技術(shù)檢測(cè)所，廣東深圳518040）

依據(jù)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核的要求，通過對(duì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的工作原理，不確定度的評(píng)定及進(jìn)行重復(fù)性、穩(wěn)定性指標(biāo)和不確定度的驗(yàn)證考核，建立扭矩儀標(biāo)準(zhǔn)裝置符合量值傳遞的標(biāo)準(zhǔn)器組

扭矩；扭矩測(cè)量?jī)x；扭矩傳感器

1 建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的目的

在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，設(shè)備動(dòng)力性能的檢定、測(cè)試要求越來越高，而在動(dòng)力性能指標(biāo)諸參數(shù)中，扭矩是至關(guān)重要的。如航空、航海、電力設(shè)備、武器裝備等領(lǐng)域中的發(fā)動(dòng)機(jī)功率測(cè)試、機(jī)械傳動(dòng)中的效率等，均以扭矩為重要參數(shù)，因此對(duì)扭矩測(cè)量?jī)x的計(jì)量校準(zhǔn)、檢定就顯得十分重要。

本計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的建立目的，主要用于對(duì)扭矩測(cè)量?jī)x進(jìn)行計(jì)量和檢定，確保其量值的可信度和準(zhǔn)確度[1，2]。

2 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的工作原理及組成

（1）扭矩計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置是用來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)扭矩并施加于被校扭矩傳感器。

（2）扭矩標(biāo)準(zhǔn)裝置的基本原理是：

扭矩值等于力臂L（單位：米）與力（單位：N）的乘積[4，5]。

3 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器及主要配套設(shè)備

計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備的配置應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理，完整齊全，并能滿足開展檢定或校準(zhǔn)工作的需要。計(jì)量特性必須符合相應(yīng)計(jì)量檢定規(guī)程或技術(shù)規(guī)范的規(guī)定[4，5]。標(biāo)準(zhǔn)配置如表1.

表1 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器及主要配套設(shè)備

4 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)指標(biāo)

（1）測(cè)量范圍：（0.1～1000）N.m；

（2）準(zhǔn)確度等級(jí)：0.3級(jí)。

5 環(huán)境條件

環(huán)境條件及設(shè)施應(yīng)當(dāng)滿足開展檢定或校準(zhǔn)工作的要求，并按要求對(duì)環(huán)境條件進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和控制；按JJG707-2014《扭矩扳子檢定規(guī)程》6.1.1要求[4]：

a）檢定環(huán)境條件，溫度應(yīng)在（23±5）℃，檢定過程中溫度變化不超出±1℃.

b）相對(duì)濕度不大于90%RH的條件下檢定。

因此本項(xiàng)目環(huán)境條件要求與實(shí)際情況如表2.

表2 環(huán)境條件

6 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的量值溯源和傳遞框圖

JJF1033-2008《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》4.1.2計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性要求：為了保證計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的量值應(yīng)當(dāng)定期溯源至國家計(jì)量基準(zhǔn)或社會(huì)公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)不能采用檢定或校準(zhǔn)方式溯源時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過比對(duì)的方式，確保計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量值的一致性[1]。量值溯源和傳遞框圖如圖1.

圖1 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的量值溯源和傳遞框圖

7 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性試驗(yàn)

取編號(hào)為WF01002、測(cè)量范圍為（0～6）N.m、分度值為0.02 N.m、出廠編號(hào)為98815的扭矩扳子，以HP-100扭矩儀檢定該表5.000 N.m點(diǎn)，測(cè)量結(jié)果如表3.

表3 測(cè)量重復(fù)性數(shù)據(jù)/N.m

以下共重復(fù)測(cè)量10次，則

在測(cè)量不確定度報(bào)告中根據(jù)結(jié)果得到的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s（pi）=0.0015 N.m，依據(jù)《JJF1033-2008計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》中“關(guān)于計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量重復(fù)性考核”的說明，測(cè)量重復(fù)性應(yīng)小于測(cè)量不確定度報(bào)告中重復(fù)性評(píng)定的單次測(cè)量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差[1]：

s（p）＜s（pi）

扭矩儀標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量重復(fù)性合格.

8 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性試驗(yàn)

取測(cè)量范圍為（0～6）N.m、出廠編號(hào)為98815的扭矩扳子，以HP-100的扭矩儀分別于4個(gè)時(shí)間段檢定該表3.000 N.m，各檢10次，檢測(cè)結(jié)果如表4.

表4 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性考核測(cè)量結(jié)果/N.m

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，有

則：

被檢表的示值允許誤差δ=±（6×0.25%）=±0.015 N.m

所以HP-100的穩(wěn)定性符合要求

9校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定度評(píng)定

9.1 適用范圍

適用于一般工作用扭矩扳子、扭矩表校準(zhǔn)不確定度分析。

9.2 引用標(biāo)準(zhǔn)/文件

JJF1059—1999測(cè)量不確定度評(píng)定與表示

9.3 測(cè)量方法

依據(jù)JJG707-2003檢定規(guī)程，用與被校扭矩扳子相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀直接校準(zhǔn)。以被校扭矩扳子的刻度值作為標(biāo)稱值，調(diào)整扭矩儀零位后，在扳子把手部位平穩(wěn)加力至選定的扭矩值，同時(shí)讀取扭矩儀的示值，重復(fù)3次，按公式（1）計(jì)算扭矩扳子的示值誤差[4，5]。

9.4 數(shù)學(xué)模型

式中：△為示值誤差N.m；M為扭矩扳子的標(biāo)稱值N.m；Q為扭矩儀的示值N.m.

9.5 測(cè)量不確定度分析

（1）扭矩扳子示值引起的不確定度分量uA1屬正態(tài)分布：

重復(fù)試驗(yàn)10次，得單次測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差δ一般不大于0.4%，取

而實(shí)際測(cè)量結(jié)果，為3次的平均值，n=3所以

（2）扭矩扳子讀數(shù)誤差（即量化誤差）引起的不確定度分量uA2：

根據(jù)JJG707-2003，2.0級(jí)扭矩扳子分度數(shù)不小于100，取其20%FS點(diǎn)，讀數(shù)誤差估計(jì)為±0.1分度，均勻分布，得

（3）標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀HP-100允許誤差引起的不確定度分量uB1：

因扭矩儀按允差使用，0.5級(jí)HP-100扭矩儀的允差為±0.5%，呈均勻分布，所以

（4）標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀±1個(gè)字量化誤差，引起的不確定度分量uB2：呈正態(tài)分布

HP-100扭矩儀分度值為d=0.01 N.m，則

9.6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uC：

9.7 擴(kuò)展不確定度U：取k=2

Urel=k×uC=2×0.553%=1.107%=1.1%（k=2）

10 檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的驗(yàn)證

該被檢表送上一級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)檢定，檢定標(biāo)準(zhǔn)器為HP-100，檢定證書注明結(jié)果不確定度Urel= 0.10%，6.000 N.m點(diǎn)檢定結(jié)果是6.014 N.m，本所檢定結(jié)果是6.012 N.m

|P1-P2|=|6.012-6.014|=0.002 N.m

根據(jù)JJF1033-2008附錄C中C.2.2.3中式

可知，扭矩標(biāo)準(zhǔn)器的不確定度結(jié)果是是符合要求的

11 結(jié)束語

依據(jù)《JJF1033-2008計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》，對(duì)活塞式壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量重復(fù)性指標(biāo)，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性指標(biāo)和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量結(jié)果的驗(yàn)證，利用本標(biāo)準(zhǔn)裝置可以依據(jù)《JJG707-2003扭矩扳子檢定規(guī)程》、《JJG797-1992扭矩扳子檢定儀檢定規(guī)程》，對(duì)符合技術(shù)要求的扭矩儀、扭矩扳子、扭矩表以及各類扭矩測(cè)量?jī)x等的各項(xiàng)指標(biāo)開展檢定和校準(zhǔn)工作[1，4，5]。

[1]JJF1033-2008計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范[S]，北京：中國計(jì)量出版社，2008.

[2]JJF1001-1998通用計(jì)量術(shù)語及定義[S]，北京：中國計(jì)量出版社，1998.

[3]JJF1059.1-2012測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S]，北京：中國計(jì)量出版社，2012.

[4]JJG707-2014扭矩扳子檢定規(guī)程[S]，北京：中國計(jì)量出版社，2003.

[5]JJG797-1992扭矩扳子檢定儀檢定規(guī)程[S]，北京：中國計(jì)量出版社，1992.

Discussion on Measurement and Calibration Scheme of Standard Device for Torque Meter

ZHANG Xu-min，WEI Ju-feng，LIU Ke-xian
（Shenzhen Metrology&Measurement Institute of AVIC.，Shenzhen Guangdong 518040，China）

According to the requirements of the measurement standard，to set up the measurement and calibration scheme of standard device for torque meter through analyzing the working principle of the measurement standard，the repeatability，the stability index and the verification of the uncertainty.

torque；torque measuring instrument；torque sensor

TH871.5

B < class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1

1672-545X（2017）05-0280-03

2017-02-27

張旭敏（1964-），男，廣西人，碩士，高級(jí)工程師，從事機(jī)電工程、檢測(cè)測(cè)試工作；魏居鋒（1967-），男，山東人，碩士，高級(jí)工程師，從事計(jì)量檢定、校準(zhǔn)測(cè)試工作；劉克先（1967-），男，湖南人，學(xué)士，高級(jí)工程師，從事計(jì)量檢定、校準(zhǔn)測(cè)試工作。