邸翔 李肖璇

摘 要：力學計量技術(shù)標準裝置是重要的計量裝置之一，被廣泛的應用到計量技術(shù)中，在實際應用與發(fā)展均取得顯著效果。在我國，力值計量技術(shù)發(fā)展較成熟，與歐美發(fā)達國家相比差距不大，但我國扭矩計量技術(shù)發(fā)展較緩慢，遠落后于歐美發(fā)達國家，且已不能滿足我國現(xiàn)代化發(fā)展的需求，因此加快建全我國扭矩計量體系和提升扭矩計量技術(shù)水平非常迫切?；诖?，本文主要對扭矩計量技術(shù)標準裝置的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行分析探討。

關(guān)鍵詞：扭矩計量技術(shù)標準裝置；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

1、扭矩計量技術(shù)概述

扭矩是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動的力矩，等于力和力臂的乘積。扭矩計量的理論基礎是阿基米德的“杠桿原理”，杠桿平衡的條件是作用在杠桿上的兩個力矩大小必須相等，即：動力乘以動力臂等于阻力乘以阻力臂，用公式可表達為：

F1×L1=F2×L2

其中，F(xiàn)1為動力，L1為動力臂，F(xiàn)2為阻力，L2為阻力臂。

扭矩計量技術(shù)廣泛應用于機械裝備、船舶、航天等工業(yè)與科研領(lǐng)域，在上述領(lǐng)域的動力系統(tǒng)研究與參數(shù)測量中起著非常重要的作用。

2、扭矩計量技術(shù)及標準裝置的發(fā)展現(xiàn)狀

扭矩計量器具按用途分為兩大類：一是工作扭矩計量器具如扭轉(zhuǎn)試驗機、扭矩扳子、測功裝置、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量裝置等；二是扭矩計量標準如扭矩標（基）準機、標準扭矩儀、扭矩扳子檢定裝置等。扭矩標準機按結(jié)構(gòu)原理的不同主要分為靜重式、杠桿式和參考式3類（有些文獻中還分測力儀式、扭矩校準杠桿等）。

2.1 靜重式扭矩標準機

靜重式扭矩標準機是以砝碼的重力作為標準負荷，通過力臂杠桿的作用產(chǎn)生標準扭矩，借助適當?shù)臋C構(gòu)按順序自動、平穩(wěn)、準確地把作用力矩和平衡力矩施加到被檢對象上。

目前我國已建成并投入使用的扭矩基準機的測量范圍為0.5Nm到5450Nm，不確定度為1×10-4（k=3）。

世界聞名的計量和測試科研機構(gòu)——德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB），其扭矩在1Nm～20kNm量程段的測量不確定度為2×10-5（k=2），技術(shù)指標比我國的扭矩計量基準高出一個數(shù)量級。PTB的扭矩測量最大量程達1.1MNm，不確定度為1×10-3（k=2）。而國內(nèi)目前扭矩測量最大量程僅為200kNm，測量不確定度為3×10-4（k=2），但大量程扭矩國家基準還是空白。

2.2 杠桿式扭矩標準機

杠桿式扭矩標準機是以砝碼的重力作為標準負荷，經(jīng)過一定得杠桿機構(gòu)放大后，再通過力臂杠桿的作用產(chǎn)生標準扭矩，借助適當?shù)臋C構(gòu)按順序自動、平穩(wěn)、準確地把作用力矩和平衡力矩施加到被檢對象上的扭矩標準機。由于其可以更容易獲得較大量程的扭矩值，在以后的大量程扭矩計量標準中將會是主流。

2.3 參考式扭矩標準機

參考式扭矩標準機是用一個比被檢對象準確度高的標準扭矩儀作為參考標準，與被檢對象串聯(lián)，以手動、或機械、或液壓方式施加扭矩的扭矩標準機[1]。其準確度相對低于靜重式、杠桿式扭矩標準機，但由于其結(jié)構(gòu)簡單、造價相對便宜、易獲得扭矩值等特點，在對扭矩準確度要求不高的領(lǐng)域仍占有一席之地。

3、扭矩計量技術(shù)標準裝置的發(fā)展趨勢

綜上所述，我國的扭矩計量技術(shù)還存在不足之處。目前，各省、市級計量機構(gòu)和國防系統(tǒng)的一、二級計量站都在積極投建中小量程的扭矩機標準裝置，其準確度等級一般為0.03級、0.05級。靜重式扭矩標準機由于其高準確度一般應于計量技術(shù)與科研機構(gòu)及少數(shù)對扭矩準確度要求高的企業(yè)。杠桿式扭矩標準機的準確度等級一般為0.05級、0.1級，由于容易獲得較大量程扭矩值，一般受船舶工業(yè)、機械裝備等企業(yè)青睞。參考式扭矩機標準裝置的準確度等級一般為0.1級、0.3級。由于靜重式和杠桿式扭矩標準裝置的準確度較高且價格昂貴，對于一些中小企業(yè)和對扭矩準確度要求不高的市場，參考式扭矩機標準裝置無疑是最佳選擇。

計量發(fā)展水平是國家核心競爭力的重要標志之一，做為科技發(fā)展的技術(shù)基礎，計量技術(shù)必須尋求新的突破，才能發(fā)揮自身的作用，滿足科技發(fā)展的需要，而目前看來，扭矩計量技術(shù)標準裝置的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 朝微小和超大量程扭矩方向發(fā)展

隨著科技的發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)的需要，及時彌補我國扭矩計量在微小和超大量程扭矩基標準的空白，已成為計量技術(shù)研究的當務之急。中國計量院與大扭矩一級計量站在這方面的研究已取得重大突破，未來我國微小和超大量程扭矩計量器具不會再無源可溯，這將推動我國經(jīng)濟與科研的進一步發(fā)展。

3.2 提升現(xiàn)有扭矩計量基標準裝置的準確度

我國現(xiàn)已投入使用的扭矩基準裝置的不確定度為1×10-4（k=3），隨著扭矩計量器具準確度的提高、高精尖技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的扭矩基準準確度已不能滿足需求。為了推動科技進步，提高我國扭矩計量技術(shù)水平，提升我國扭矩計量在國際上的地位，加快高準確度扭矩計量基標準裝置的研究已成為勢在必行。

3.3 研制動態(tài)扭矩計量基標準裝置

扭矩計量主要還是應用在動力系統(tǒng)參數(shù)的測量方面，但由于目前動態(tài)扭矩計量技術(shù)尚不成熟，動力系統(tǒng)中的扭矩參數(shù)主要還是采用靜態(tài)方法校準，顯然不符合實際需求。目前國際上動態(tài)扭矩的計量技術(shù)還處于研究階段，美國NASA、德國PTB都在動態(tài)扭矩測量技術(shù)上進行了許多試驗，我國在動態(tài)扭矩測量上也進行了大量研究。動態(tài)扭矩計量基標準裝置的研制將成為扭矩計量技術(shù)研究的主攻方向。

4、結(jié)束語

加快扭矩計量標準裝置的研制，提升扭矩計量技術(shù)水平，將為推動科技進步、促進社會經(jīng)濟發(fā)展提供重要的技術(shù)基礎和技術(shù)保障，對我國國際競爭力與國際影響力的提升具有重要戰(zhàn)略意義。

參考文獻

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